Сопротивление формы представляет собой разницу равнодействующих давлений на передней и задней сторонах, причем эти стороны разделяются линией в тех точках на поверхности, в которых давление достигает НУЛЯ при переходе от избыточного давления на передней стороне к разрежению на задней стороне. Таким образом сопротивление формы складывается из избыточного давления на передней стороне и подсасывания с задней стороны. Мы можем представить себе избыточное давление таким образом, что определенная масса воздуха, попадающая в единицу времени на площадь сечения, постепенно теряет все свое количество движения в направлении полета в течение единицы времени. Эта потеря равняется, согласно уравнению количества движения, силе сопротивления. Фактически, конечно, указанная масса воздуха может при известных обстоятельствах сохранить часть своего уменьшающегося в направлении полета количества движения и обтекать тело со стороны. Во сколько раз будет тогда меньше зависит главным образом от формы передней части тела. Для чисто цилиндрических тел, передняя ограничивающая поверхность которых, равная площади главного миделя, располагается перпендикулярно направлению полета, значение приблизительно равно 1, поскольку образующийся впереди конус застойного воздуха не будет благоприятствовать обтеканию. При наличии конусообразной головки с полууглом раскрытия а можно с известным приближением предположить, что в направлении полета теряется часть количества движения. При а=90° мы получаем снова ранее определенное нами предельное значение. При а=22,5°, т. е. среднем угле снарядов хорошей формы, будет равно 0,15, если предположить, что к=1. Все эти рассуждения, конечно, будут справедливы лишь весьма условно для скоростей ниже скорости звука и для скоростей, очень незначительно превышающих скорость звука. Но как только скорость полета достигнет такой величины, что угол Маха будет равен или меньше полу угла раскрытия а, а следовательно, заостренная головка полностью будет находиться в невозмущенном потоке воздуха (что, по Кранцу, наблюдается при очень быстро летящих оживальных снарядах), то предположение, что будет уже иметь известные основания и величина будет представлять уже довольно хорошее приближение. Во всяком случае, мы видим, что форма передней части тeла имеет решающее влияние на сопротивление формы. При скоростях полета ниже весьма вероятно, что потери количества движения будут испытывать и те массы воздуха. Для этого случая были произведены точные теоретические исследования Прандтлем и Буземаном. Если мы учтем здесь, что воздух является упругой сжимаемой средой, то в основание адиабатическое изменение состояния идеальных газов, мы получим избыточное давление на передней стороне по сравнению с давлением воздуха в состоянии покоя вместо прежнего равное.
Нагревание воздуха, соответствующее адиабатическому увеличению давления. Индекс а означает здесь снова величину Т во внешнем, находящемся в покос воздухе. Сопротивление формы, однако, приобретает чрезвычайно серьезное значение еще и оттого, что головная часть движущегося тела нагревается. Это нагревание, как мы знаем из примера раскаленных и испаряющихся метеоров, может достичь при больших скоростях чрезвычайно высоких температур. Все известные методы для подсчета этого нагревания обладают большими неточностями. Самый неблагоприятный предельный случай касается положения, основанного на теплоте сжатия застойного воздуха на передней стороне тела. Потеря кинетической энергии единицы массы застойного воздуха полностью превращается в соответственное увеличение теплоты его, следовательно, газ (воздух) обладает температурой выше температуры тела, так что между телом и воздухом возникает теплообмен, причем температура тела продолжает повышаться до тех пор, пока теплопоглощение и теплоотдача тела не уравновесятся. Эти температуры застойного воздуха будут оказывать гораздо более неблагоприятное влияние, нежели ранее рассматриваемые нами температуры трения, так как они связаны со значительно большим количеством тепла. При потере составляющей скорости температура воздуха, следовательно, повышается. Трудно сказать, будут ли вообще достигнуты эти температуры вследствие энергичного излучения сильно сжатых газов и в какой степени получающееся вследствие этого тепло сжатого воздуха будет сообщаться самому телу. Для конуса, летящего в предельных областях атмосферы со скоростью 6000 м/сек, общая температура воздуха в области застойного давления должна была составить приблизительно T~450D. Гораздо более точное определение температур в застойной области в зависимости от скоростей полета можно получить, пользуясь одновременно уравнением адиабатического сжатия воздуха и уравнениями давления Буземана. Так, например, для вполне тупой головной части мы получаем адиабатическую температуру в застойной области, равную где Т0 обозначает температуру невозмущенного внешнего воздуха. Эта температура равна теоретическому максимальному значению температуры трения. Следует иметь в виду, что температура трения наблюдается лишь в пределах пограничного слоя. Температура же застойной области появляется во всем пространстве, где имеется подпор воздуха, так что эти температуры накладываются только в пограничном слое, причем в данном случае при подсчете температуры от трения следует учитывать и замедленную скорость на внешней границе пограничного слоя. Таким образом температура застойной области у тупой головки является максимальной, но теоретически она распространяется по всей поверхности тела. От отношения истинной температуры области повышенного давления к максимальной температуре трения в рассматриваемом нами месте зависит, как далеко будет проникать высокая температура воздуха во внешние зоны пограничного слоя и за пределы этого слоя. Второй составляющей сопротивления формы будет равнодействующая разрежения на обратной стороне — сопротивление засасывания или, коротко, подсасывание. В то время как составляющая сопротивления формы от давления может расти беспредельно вместе со скоростью, подсасывание ограничивается абсолютным вакуумом на задней стороне тела и поэтому на единицу площади миделя оно может быть максимально равно внешнему давлению воздуха, т. е. поблизости земли -10 330 кг/м3. У тел с вогнутой задней стороной (например, снаряды с пустотелым днищем, насадки сопел, ракет и т. п.) этот абсолютный вакуум достигается тогда, когда скорость полета будет равна той скорости, c которой воздух проникает в пустое пространство. Как известно, что рассчитывается при помощи основного закона газодинамики, для адиабатических процессов. Как мы уже отмечали, эта простая зависимость будет справедлива только для задней части более или менее цилиндрических тел с пустотелым, т. е. вогнутым днищем. Из опытов баллистики мы знаем, что такого рода днище снаряди обладает большей засасывающей способностью, нежели плоское или выпуклое днище. Согласно расчетам Мейера, справедливым прежде всего для плоского потока, мы должны предположить, что при непрерывно сужающихся назад сечениях тела абсолютный вакуум достигается только при гораздо больших скоростях или вовсе не может быть достигнут. Наоборот, при очень высоких скоростях давление с подветренной стороны приближается к нулю. Более точный расчет распределения давления в этом потоке, пользуясь способом Буземана, который приспособил метод Мейера для пространственных задач. При помощи этого метода получается, что при головке хорошей формы плохая форма задней стороны тела может значительно повысить общее сопротивление, так что, следовательно, и форма заднего конца тела имеет очень большое значение при сверхзвуковых скоростях. У германских снарядов «S» головка выполняется укороченной формы и общее сопротивление при скорости 800 м/сек составляет, примерно, 5 кг/см2, а следовательно, подсасывание равняется приблизительно 20% общего сопротивления. В пределах скоростей v=0 и с=2,23 а или же при еще более высоких скоростях подсасывание увеличивается, по всей вероятности, непрерывно повышаясь, причем аналитически учесть это увеличение возможно только частично.