你有没有想过，为什么所有的球类里，好像只有高尔夫球的表面是坑坑洼洼的？
既然这些坑能减小空气阻力，让高尔夫球飞到原来 2 倍远的距离，那为什么飞机没有这样的设计？
复习：高尔夫球
先简单复习一下高尔夫球为什么有坑（熟悉的话可以直接跳过这一小节）。
一开始高尔夫球也是没凹坑的，后来打着打着，发现旧的被打出伤痕累累的旧球，比新球飞得远，于是才开始在凹坑上动脑筋[1]。下面就是高尔夫球的演变过程。
我们知道，当高尔夫球在空气中向前飞行时，除了球面与空气间的摩擦力，还有一种阻力，是球前后的压强差带来的所谓“压差阻力”[2]。
你可以简单理解成，迎风的那一面顶着风形成一个高压区，而背后形成一个低压区，前后有了压强差，也就有了一个阻碍运动的力。
想再说细致一点？如果我们把高尔夫球表面那里放大，我们会看到空气与球表面的摩擦会减慢迎面而来的空气的速度，从而在球的表面形成一个很薄的、流动很慢的空气层，我们称之为边界层，它贴着表面缓慢流动。当空气流过球后，这个边界层不可能一直贴着球，就会与球体分离开来，又重新填充到球的后方，形成一个湍流区，在这里我们就叫它尾流吧。
尾流对飞行有什么影响呢？尾流区越大，此处的压强就越小，压差阻力就越大。反之，尾流区越小，压强就越大，压差阻力就越小。
光滑球体表面摩擦系数小，就会拥有一个顺滑的边界层，气流以丝滑的层流（想像一下，一层一层的丝袜滑过大腿）为主，当气流流过球的最大直径后，层流就立即离开球体，产生大的湍流，尾流区就比较大。但当高尔夫球上出现凹坑时，流过的空气就会在凹坑上提前激起小小的空气湍流，这个湍流让边界层不再是顺滑的层流，结果就是，当气流流过球的最大直径后，早已在高尔夫球表面形成的湍流会继续黏在表面附近打转，从宏观上看就是气流经球体后又被拖向球体一段距离，才不依不舍地从球体表面分离开来（准确地说，边界层的分离点被推后），气流区就会变得细小一点，从而使得压差阻力变小。
插曲：其它球类
事实上，凹坑并不是高尔夫球所独有的。
比如下面这张图，是 2022 卡塔尔世界杯用球。它不像之前的球那样通过突出的纹理来增加表面粗糙度，而是布满了凹坑。它的 20 个面的接缝又宽又深，也同样起到了凹坑的作用。
相比之下，2010 年南非世界杯用球（Jabulani）表面很光滑，只有 8 个面，接缝又短又细，虽然表面增加了纹理，但与 2022 的用球相比，光滑的表面阻力更大，球员都抱怨说它会在空中突然减速，就像羽毛球一样。
下图就是在风洞中测试的结果[3]，红色的是 2022 卡塔尔世界杯用球 Al Rihla，而黄色的是更光滑的 2010 年南非世界杯用球 Jabulani：
可以看到更光滑的 Jabulani 在低速下空阻更大，变化过于陡峭，球员肯定不喜欢。
正文：飞机机翼为什么没有凹坑？
终于说到正题了。
既然表面凹坑能让空阻更小，为什么飞机不用呢？用一下不是能节省很多油么？
前面讲过，高尔夫球上的凹坑的作用，是更早地把层流变成小湍流，从而拖长边界层，减小阻力。
从上图也能看出，速度是一个关键因素。对于那些速度慢的小物体来说，事实上，黏性力的作用比惯性力更明显。我们会用“雷诺数”去具体描述流体的这种特点（惯性力和黏性力的比）：
这里其它符号都先不用管，只需要知道，雷诺数 R_e 与速度 v 成正比，与通道直径 d 也成正比。也就是说，越细越慢，雷诺数就越小；越粗越快，雷诺数就越大。
流体力学挺复杂，我们不去抠这个雷诺数的细节，只需要知道，雷诺数越小，越表现为层流；雷诺数越大，越表现为湍流。
如果你有学物理的天赋，你瞪一下公式就会立即明白，像汽车和飞机（机翼）这样大物体来说，个头又粗又大，速度又快，雷诺数肯定大得不得了，因此流经表面的气流很快就会从层流变为湍流。
还记得么，高尔夫球上凹坑的作用，是“更早地把层流变成湍流”。但在飞机面前，这已经不重要了。它的尺寸足够大，飞得足够快，有坑没坑，层流都会很早地变湍流。对于没有特别设计过的普通全尺寸飞机来说，这种从层流到湍流的转变(转捩)通常会出现在非常靠近机翼前缘的地方。
但是，湍流对机翼来说大大地没好处，会导致表面摩擦力的增加。因此，飞机（机翼）会采用流线形的设计（飞机也不用像高尔夫那样旋转），从而更好地克服湍流的影响，而不必像旋转的球形高尔夫那样，浑身是坑。换句话说，对于飞机的流线造型来讲，机翼上的边界层已经被设计成不太容易分离的样子(更光滑的表面也可以推迟转捩)。还记得前面那个空阻的公式么？这时候空阻主要表现为摩擦阻力(原错别字已改)，凹坑不但没什么用，还会增加摩擦阻力，如果积了灰和污垢，更是会增加重量。所以设计成凹坑表面意义不大。
但机身不都是流线形的，有的地方还是会出现湍流，这时就会在表面上安装扰流片[4]，产生绕机翼上表面的流向涡，引导原本远离翼面的气流重新附着在表面。F1 赛车上也同样有这样的设计。这就是另一个话题了。
欢迎关注我哦，点左下角的头像，点 + 关注。我会分享更多无用的知识给你看的。
微信扫一扫 
