地面效应
地面效应（Ground effect）亦称为翼地效应或翼面效应，指交通载具的起升力装置在接近地面工作时，接受由地面产生的气动力效果。当运动的飞行器距地面（或水面）很近时，整个飞行器体的上下压力差增大，升力会陡然增加。大量风洞试验证明，当机翼距地面高度为翼展15%时，翼地效应最明显，能使翼尖涡流减小，使经过机翼的气流基本与地平线平行，一旦气流与海平面平行，原来的诱导阻力就会变成升力，此时升阻比会提高约30%，这就是地效应的作用。
在20世纪20年代，飞行员们就已经直接通过飞行经验了解地面效应了。1934年，美国国家航空咨询委员会（NACA）的一份技术报告“Technical Memorandum 771”就指出了地面效应对飞行器起飞和降落的影响。一些飞行员甚至故意借用地面效应战术省油低飞。比如，1930年德国巨型飞艇Dornier DO-X在飞跃大西洋时就利用了地面效应。
地面效应在飞机即将坠机时，可以挽救飞机和乘客，还可以在飞行器起飞时，让飞机容易升空，看起来很有益。经常开车的人都知道，小轿车在高速行驶时会“打飘”，好像被某种力量向上托着一样。这就是地面效应对小轿车的影响。而更快速掠地飞行的飞机，地面对它的影响更大。其实所有贴地或贴看水面高速行驶的机、车都会受到地面效应的影响。但是，对于没有经验的飞行员来说，地面效应未必是福，它反而是导致空难的一大原因。科学家一直想利用地面效应来设计贴近地面（水面）行驶的车辆、舰船或飞机，这可以大大提高速度，减少耗能。其中地效飞行器就是个例子，它是一种利用地面效应提供支撑力而飞行的动载工具。
定义
地面效应是交通载具在非常接近地面运行时出现的一种性能升高的状态。
简史
在20世纪20年代，飞行员们就已经通过一手的飞行经验了解地面效应了。在1926年美国国家航空咨询委员会（NACA）就在第265号报告中指出，地效飞行器飞行器的另一大技术难点在于，一旦飞离地面或水面，地效飞行器很容易昂头，也就是纵向稳定性比较差（longitudinal instability）。这个问题直到现在还在困扰着研发人员们。1934年，美国国家航空咨询委员会（NACA）的一份技术报告“Technical Memorandum 771”就指出了地面效应对飞机起飞和降落的影响。一些飞行员甚至故意借用地面效应战术省油低飞。比如，1930年德国巨型飞艇Dornier DO-X在飞跃大西洋时就利用了地面效应。而在第二次世界大战时，当飞机没油或者引擎故障时，一些飞行员就会在海面低飞，借助地面效应让飞机飞得持久一些。
20世纪60年代，苏联和德国都在积极研发利用地面效应的飞行器——地效飞行器。1967年，当前苏联研发的地效飞行器Ekranoplan的原型机出现在里海时，美国的情报部门受到震撼。当美国中央情报局（CIA）的分析师看到Ekranoplan的卫星照片时，搞不清楚它到底是船还是飞机，因为它的吨位和船一样大，超过当时已知的任何飞机，但机翼又很小，而且还能高速飞行（最高速度为560–740千米/小时）。因此，他们给这种“元祖”地效飞行器取了个绰号——“里海怪物”（the Caspian Sea Monster）。
原理
飞行员根据自己的经验肯定，着陆时由于地面的存在形成了使着陆速度减小的“空气垫”。风洞试验研究及理论研究都说明了此经验。当飞机远离地面，来流可“自由”沿机翼上、下翼面流向后方。当接近地面飞行时，由于受地面的“约束”，来流经上、下翼面后，气流应与地面平行流动。机翼所构成的洗流角急剧地减小。因此，在地面上，诱导速度ω=0，洗流角ε=0，上下翼面气流合成速度与地面平行。因为ε=Cᵧ/πλ，可知ε与机翼升力系数Cᵧ成正比，与几何展弦比人成反比。因此，在同一个Cᵧ值下，近地面时ε的减小可以用一个大于λ的虚假展弦比λₓ考虑之。λ的增大使诱阻系数Cₓₗ急剧减小，使大迎角的阻力系数减小特别多λₓ的经验公式为：
式中，λᵧₓ为机翼有效展弦比；l为机翼翼展，h为飞机停机时25%平均气动力弦那点至地面的距离。不同形状和几何参数的机翼的压力分布试验表明：在正迎角时，由于地面存在，使机翼上翼面前部的稀薄度增大，后部的稀薄度减小；使下翼面的压力增大。二者汇合后，迎角不变的情况下接近地面的升力系数有相当大的提高，此种提高可能是下翼面的冲击空气产生的。然而，地面效应使负迎角的升力系数减小，这是由于近地面时下翼面负压增大之故。因此，飞机宜在正迎角下工作，以便利用有利的地面效应。由附面层理论可知，分离现象与翼面的正压力梯度有关。近地面使上翼面的正压力梯度增大，故促使机翼提前发生分离，使其临界迎角α及最大升力系数有所减小。如上所述，近地面时升力的增大及阻力的减小，必然使升阻比K值有较大的增加。由于近地面正迎角时，下翼面正压力的增大沿弦长方向大致是一致的，故升力增量作用点接近于50%翼弦点，且通常位于气动力中心之后，因而地面效应通常增大飞机的纵向稳定性。上述的近地面机翼气动力特性的主要结论，对后掠翼及小展弦比三角机翼的飞机基本上也是正确的。经典理论认为，当距地面高度为一个翼展时地面效应消失。但对现代小展弦比的高速飞机，此高度要比一个翼展大得多。
适用条件
飞行器只能在贴近地面或水面的高度飞行，这个高度一般是在机翼长度的15%以内，在遇到障碍物时地效飞行器不能硬抗，通常只能绕过，很容易因为地面或水面的异常凸起而倒地不起。在飞行器升空并飞离地面效应区域时，会发生下列情形：1、飞行器需要增加迎角以维持相同的升力系数。2、飞行器的诱导阻力将增加，进而需要增加推力。3、飞行器发生上仰倾向，由于水平尾翼下洗流速度的增加将需要较小的升降舵控制行程。4、飞行器在离开地面效应区域时将遇到静压源压力的降低，并且指示空速相应增加。
风洞试验
固定地板法
把模型安放在风洞地板附近，用改变地板距模型高度的方法进行风洞试验。但存在如下问题：
1、由于风洞地板本身产生附面层厚度，甚至出现分离而使模拟不正确，这使升力线斜率的误差达30%。克服该误差的办法是：在风洞地板上实测附面层厚度，然后调整有效α来考虑位移厚度；另一种克服办法是采用运动地板。按理论要求，地板运动应模拟飞机的实际情况。然而，由于皮带运动速度一般在75%〜125%变化，故仍然带来不真实性。
2、如果地板与模型的组合在风洞中放置不适当，地板上下的阻塞不同，造成绕过地板有环量产生，结果使绕过模型的气流成为非直匀流，实际上不能达到模型处气流应为“自由流”的要求。克服该问题的办法是在地板上下给出相同的面积或用其他方法调整阻塞，使其上下阻塞相同。
直接映像法
用恒同的模型倒安置在试验用模型的反面，这类似于理论映像系统。这种方法的主要问题是要求试验工程师必须准确无误地对准真实的模型映像位置。
应用
地面效应在飞机即将坠机时，可以挽救飞机和乘客，还可以在飞机起飞时，让飞机容易升空，看起来很有益。但是，对于没有经验的飞行员来说，地面效应未必是福，它反而是导致空难的一大原因。科学家一直想利用地面效应来设计贴近地面（水面）行驶的车辆、舰船或飞机，这可以大大提高速度，减少耗能。
地效飞行器
地效飞行器利用地面效应提供支撑力而飞行的动载工具。地效飞行器装有固定机翼，能贴近地面（或水面）飞行。机翼下表面离地面很近，形成气流的堵塞，使机翼升力增加，称为地面效应。地效飞行器除了机翼、机身产生的升力外，在机翼与地面或水面之间还能产生一股向上的托力。这股托力能轻而易举地托举飞行器离开地面或水面。地效飞行器在飞行过程中受到的阻力比船在水中航行受到的阻力要小得多，因此其速度也快得多。当运动的飞行器贴近地面或水面飞行时，气流流过机翼后会向后下方流动，这时地面或者水面将产生一股反作用力，当它在距离水面等于或小于1/2翼展的高度上飞行时，整个机体的上下压力差增大，升力会陡然增加，阻力减小，阻挡飞行器机翼下坠。这种可以使飞行器诱导阻力减小，同时能获得比空中飞行更高升阻比的物理现象，被科学家称为地面效应，并由此开辟了地效飞行技术。
中国第一艘12座海洋地效翼船在南海海域进行各项飞行测试后，宣布试飞取得成功。该项技术填补了中国在地效翼船领域的空白。这艘由海南英格地效翼船制造有限公司制造生产的CYG－11型地效翼船，飞行高度1－4米，飞行速度达210公里／小时，核载人数12人，载重量为1200千克，百公里耗油28升。
优点
适航性强：载量大、隐形效果好、适航性优异，能贴近地面或海面、沙漠或沼泽表面飞行，可以利用雷达的盲区，悄无声息地快速接近目标，用于突击登陆，能够轻易越过岸边反登陆障碍物和地雷。巡航速高：地效飞行器由于只是近水，但是在水面以上的空间低空飞行，它的航速是普通舰艇的10倍甚至10倍以上，是气垫船的3倍以上。普通舰艇的航速一般在30节左右，气垫船为40-140节，地效飞机则高达100-320节。飞行时，它完全脱离水面，航速可与直升机媲美。如俄罗斯联邦武装力量装备的“里海怪物”地效飞机，装备10台发动机，巡航高度10米，速度达400千米/小时，可搭载500名士兵进行低空飞行、水上滑行，越过沙丘、沼泽地等执行搜索潜艇、运送装备等任务，可奔袭数千千米。安全抗浪：地效飞行器在距离水面1~6米的高度低空飞行，一旦出现紧急情况，可随时在水面降落。在军事上它可以利用对方探测雷达的盲区，对方很难发现，躲避对方舰载和防空火力的攻击。小型机可抗浪1米左右，中型机可抗3米左右的浪，大型机对5米的浪也无需顾虑。在陆地上，它可以轻易飞越沙漠、沼泽、雪地，必要时还可飞到几十米乃至上千米的高度。成本较低：售价约为同级飞机的50%~60%，比购买一架飞机或一艘军舰的效费比低得多。另外，地效飞行器利用襟翼，能自如地倒退、悬停，以及垂直起降，在军事上运用地效飞行器进行登陆、机降和反潜作战，都将是十分有效的手段。
缺点
当要以比飞机轮船更高的运载效率运作时，需要尽量紧贴水面。地效飞行器可不是像水上飞机低速滑水的东西而是高速飞行的物体，一旦出现机翼机身碰水就很容易失控。所以稍高海况下，要保证安全就要飞高些。这就大大抵消了地效带来的优势。而且现代海运极其发达的情况下，近海区域航行着无数舰船，那些以几十节航速航行的船只尚且经常相撞，一个几百节速度的飞船就更加危险。地效飞行器在高速低高度飞行时机动性能很差（转弯、爬升一旦做的过大就会导致失控），无法有效避开障碍物。苏联的地效飞行器试验就出现过大量事故。现有技术条件下，机体寿命、结构废重太大也抵消了优势，地效飞行器重量远比水上飞机大，这意味降落时的冲击会比水上飞机大得多、受现有材料性能限制，造出真正使用寿命、维护费用达到经济可行的地效飞行器还很难。因此目前投入民用的只有小型地效飞行器，苏联的那些巨大的地效飞行器搞了这么多年，看起来威猛，但实际上都是以巨额资金支撑起来的无底洞。
影响
可以距地面一个翼展的高度内发觉和测量到地面效应。无论如何，当飞行器（特别是下单翼飞机）以低空速在低高度保持恒定姿态飞行的时候，地面效应是最明显的（例如，在飞行器升空并加速到爬升速度的起飞过程中，以及在接地之前的着陆拉平过程中）。当机翼受地面效应影响时，上洗流（上冲气流）、下洗流（下冲气流）和翼尖涡流都有所减弱。翼尖涡流减小的结果是诱导阻力也减小。当机翼在1/4翼展高度时，诱导阻力大约减少25%，当机翼在1/10翼展高度时，诱导阻力大约减少50%。在寄生阻力占主导的高速飞行过程中，诱导阻力占总阻力的一小部分。因此，在起飞和着陆期间地面效应的影响是更主要的考虑因素。
地面效应在飞机即将坠机时，可以挽救飞机和乘客，还可以在飞行器起飞时，让飞机容易升空，看起来很有益。经常开车的人都知道，小轿车在高速行驶时会“打飘”，好像被某种力量向上托着一样。这就是地面效应对小轿车的影响。而更快速掠地飞行的飞机，地面对它的影响更大。其实所有贴地或贴看水面高速行驶的机、车都会受到地面效应的影响。但是，对于没有经验的飞行员来说，地面效应未必是福，它反而是导致空难的一大原因。科学家一直想利用地面效应来设计贴近地面（水面）行驶的车辆、舰船或飞机，这可以大大提高速度，减少耗能。
类似现象
地面效应的一个反向“双生子”却早被用在了竞技领域。飞机接近地面时会难以下降，实际上如果改变机翼的造型，却可能出现被地面吸住情况。一些赛车底部凸起，形成了文丘里管，制造了一个低压区（红色）。当机翼下部是凸起的形状，飞机就有可能被大地“吸住”。这是因为，这时凸面的机翼和地面之间形成了文丘里管，由于伯努利定律，此时机翼下方会出现一个低压区。这个现象也叫“地面效应”（ground effect），并在20世纪70年代被F1赛车俱乐部发掘。
车辆在转弯时要降低速度，不然很容易翻车。不过，如果车子能“吸”在地面上，转弯时就不用减速了。能吸在地面上的赛车可以在过弯时撇下“抓地力”不强的对手，轻松实现弯道超车。20世纪70年代，路特斯汽车一级方程式锦标赛车队就开始研发利用赛车下盘文丘里管的加速“皮肤”。从图片中可以看到，莲花78赛车底部是凸面，和地面形成了一个文丘里管，产生了一个低压区，从而被吸在地面上。当文丘里管的气密性被破坏，“抓地力”会突然松脱而导致车辆失控。比如在1982年的荷兰大奖赛时，名车手瑞内‧阿尔努（René Arnoux）的赛车失控摔向轮胎墙就是车辆底部的文丘里管失效引发的。因此在1983年，2012年世界一级方程式锦标赛管理机构（FISA）决定限制地面效应，规定各车队的地盘必须要平，不得再使用“氪金皮肤”来使赛车得到地面效应。
参考资料
探秘地效应飞行器.中国社会科学网.2025-04-07
什么是地效飞行器?.中国经济网.2025-03-29
地面打出隔空掌.百家号.2025-03-29
你没发现飞机降落时很奇怪吗？有人用这物理规律造出怪物飞机.澎湃新闻.2025-03-29
中国新型地效翼船在南海试飞 可避开雷达声纳.环球网.2025-04-07