一项颠覆航空工程基本原理的研究发现，在物体表面施加肉眼不可见的微小粗糙度（DMR），不仅不会增加阻力，反而能延迟空气从平顺的层流转变为混乱的湍流。实验证明，这种方法最高可将空气阻力降低 43.6%，其主要作用是减少表面摩擦，而非抑制尾部分离。这一发现与高尔夫球凹痕或鲨鱼皮涂层的作用机制完全不同，有望为飞机等交通工具带来显著的能效提升。
一个被颠覆的旧观念
长期以来，航空工程界普遍认为，为了减少空气阻力，物体表面必须尽可能光滑。这个观念源于 1940 年代的研究，当时的技术无法避免表面粗糙，而这些粗糙被证实会促使气流过早变为阻力更大的湍流。
- 层流: 空气平顺、有序地流过表面，摩擦阻力低。
- 湍流: 空气流动混乱、无序，摩擦阻力高。
减少空气阻力的关键在于，尽可能延长气流保持在低阻力的层流状态。
几十年来，“表面必须光滑”一直是减少空气阻力的基本前提。
然而，后续研究暗示，在特定条件下，某些粗糙度或许能起到意想不到的积极作用。
新发现：微粗糙度降低阻力
东北大学的研究团队首次通过实验证明，一种被称为 分布式微粗糙度 (DMR) 的技术可以显著降低空气阻力。
- 什么是 DMR？ 它是一种极其细微、随机分布的表面粗糙度，肉眼无法分辨。其高度仅为边界层厚度的 1%。
- 惊人效果: 在风洞实验中，应用了 DMR 的模型在特定速度区间的空气阻力最大降低了 43.6%。
- 更广适用性: 在更高的速度（雷诺数）下，DMR 表面的阻力也持续低于光滑表面。
这项技术与模仿鲨鱼皮的“沟槽”技术完全不同。鲨鱼皮技术是通过沿气流方向的微小凹槽来整理湍流，而 DMR 则是通过随机的微小凸起或凹陷来 延迟湍流的发生。
独特的实验验证方法
要精确测量微小粗糙度带来的微小阻力变化，传统风洞实验存在一个致命缺陷：用于固定模型的支撑杆会干扰气流，影响测量结果的准确性。
为了解决这个问题，研究团队使用了世界最大的 磁悬浮风洞（1m-MSBS）。
这个设备利用电磁力将模型无接触地悬浮在风洞中，完全消除了支撑杆对气流的干扰，从而实现了前所未有的测量精度。
通过这种精确测量，研究人员确认了 DMR 在宽速度范围内优于光滑表面的减阻效果。
作用机制：减少摩擦而非压力
空气阻力主要由两部分组成：
- 摩擦阻力: 空气流过表面时因粘性产生的摩擦。
- 压力阻力: 物体后方因气流“分离”形成的低压区所产生的阻力。
高尔夫球上的凹痕是通过主动制造湍流，让气流更晚地从球体表面分离，从而减小压力阻力。但 DMR 的作用机制恰恰相反。
计算机模拟和可视化实验证实，DMR 带来的阻力下降量，大约是完全消除尾部分离所能减少阻力的 五倍。这意味着：
DMR 的主要减阻效果并非抑制气流分离，而是通过延迟湍流的发生，直接降低了壁面摩擦阻力本身。
DMR 的巨大优势与前景
与“鲨鱼皮”等需要精确加工方向性凹槽的技术相比，DMR 的优势在于其极高的被动性和全向性。
- 安装简便: 由于其粗糙度是随机的，不依赖于气流方向，因此应用非常灵活。
- 成本低廉: 无需运动部件或电力，可以通过喷涂玻璃微珠或喷砂等简单工艺实现。
- 效果显著: 在不增加额外能耗的情况下实现高减阻效果。
如果将 DMR 技术应用于飞机，有望通过提升燃油效率，显著降低运营成本和二氧化碳排放。研究团队的下一步计划是进一步优化其形态和分布，并探索其在更高速范围内的应用潜力。