Что означает «Правило площадей»
Принцип проектирования, по которому площадь поперечных сечений самолёта должна плавно меняться вдоль его длины, чтобы уменьшить волновое сопротивление.
- Автор
- Ричард Уиткомб, 1952
- Первое применение
- Convair F-102 Delta Dagger
- Внешний признак
- «осиная талия» фюзеляжа у крыла
- Эффект
- заметно ниже волновое сопротивление на M 0,95–1,2
Идея и открытие
Весной 1952 года Ричард Уиткомб, работавший в NASA в Лэнгли, понял, что волновое сопротивление околозвукового самолёта определяется не отдельной формой крыла или фюзеляжа, а общим законом изменения площади поперечного сечения вдоль продольной оси. Если график площади сечения, учитывающий фюзеляж, крылья, оперение и гондолы, меняется плавно, как у тела вращения с минимальным волновым сопротивлением, то скачки уплотнения слабее. Резкий рост площади в районе крыла, наоборот, провоцирует сильный скачок.
Открытие пришлось как нельзя вовремя: самолёт Convair YF-102 не мог выйти на сверхзвуковую скорость из-за волнового кризиса. После переделки фюзеляжа по правилу площадей — сужения в районе крыла и увеличения ниже и выше по потоку — истребитель легко преодолел звук.
Как это выглядит на самолёте
Для выравнивания графика площади фюзеляж в зоне крыла сужают, а в хвостовой части вводят обтекатели. Самолёты получаются характерной «осиной талии»: у F-102, F-106 и Northrop T-38 она хорошо заметна. Иногда вместо сужения фюзеляжа на крыле размещают «антискачковые» тела — удлинённые обтекатели, которые одновременно служат топливными баками или вмещают шасси. Такие решения использованы, например, на гражданском Convair 990 Coronado.
- Сужение фюзеляжа у крыла — «осиная талия».
- Выступающие гондолы на задней кромке крыла — «антискачковые тела».
- Размещение вооружения и баков с учётом общей площади.
- Согласование формы носа, кабины и воздухозаборников.
Правило площадей на лайнерах
Boeing 747 с горбатой надстройкой — наглядный пример. Верхняя палуба увеличивает площадь сечения впереди крыла, как раз там, где предусмотрено сужение, и компенсирует рост площади, который дало бы крыло. Благодаря этому 747 может лететь на числе Маха 0,85–0,86 без серьёзных потерь на волновое сопротивление.
Горб Boeing 747 — не просто дополнительное место для пассажиров. Он удлинил плавную часть графика площадей и снизил волновое сопротивление в крейсерском режиме.
Признание и награды
За открытие правила площадей Уиткомб получил премию Коллиера в 1954 году, а позднее — Национальную медаль США в области технологий. Правило применяют и сегодня, но не в виде железного закона: современные расчётные методы позволяют оптимизировать общую форму самолёта, а принцип плавного изменения площади остаётся основой компоновки быстрых машин.