Сверхкритический профиль

Идея Уиткомба

В начале 1960-х конструкторы столкнулись со стеной: при приближении к скорости звука на верхней поверхности обычного профиля образуется местная сверхзвуковая зона, замыкаемая сильным скачком уплотнения. Скачок резко увеличивает сопротивление и вызывает срыв потока. Ричард Уиткомб из NASA предложил сделать верхнюю поверхность профиля почти плоской. Тогда сверхзвуковая зона получается протяжённой, но слабой, скачок становится мягким, а волновое сопротивление падает.

Цена такого решения — отрицательная кривизна в задней части и необходимость компенсировать потерю подъёмной силы изгибом задней кромки вниз. Это даёт заметный отрицательный момент на пикирование, который воспринимается оперением.

Как выглядит профиль

Сверхкритический профиль имеет большой радиус носка, плоскую верхнюю поверхность, максимальную толщину, смещённую вперёд, и вогнутую нижнюю поверхность у задней кромки. По сравнению с традиционным профилем той же толщины критическое число Маха выше на 0,05–0,10. Крыло можно сделать толще, лёгче и объёмнее для топлива, либо оставить толщину прежней и лететь быстрее.

Где применяют

Первое экспериментальное применение — модифицированный самолёт Vought F-8 в программе NASA в 1970-х. Затем сверхкритические профили стали стандартом: Airbus A310 и более поздние семейства, Boeing 777 и 787, региональные Bombardier CRJ и Embraer E-Jet. Благодаря им лайнеры летают при числе Маха 0,80–0,85 при приемлемом сопротивлении и достаточной толщине крыла.

Ограничения

Профиль чувствителен к изменениям формы: лёд, повреждение обшивки или даже налёт грязи нарушают расчётное распределение давления. На малых скоростях подъёмная сила достаточно мала, поэтому крыло требует мощной механизации, а стреловидность крыла дополняет решение, уменьшая эффективное число Маха нормальной составляющей потока.