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面积法则

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面积法则[1](英语:area rule),又称面积律、面积法。帮助人类突破音障两个很大的帮手,一个是面积律,另一个则是超临界翼型(supercritical airfoil)。[2]

截面积分布会决定波阻力大小,与实际形状关系不大。虽然并非全然相等,但可以看出这里蓝色截面与浅绿色截面的面积差不多。

概观

穿音速面积律

惠特科姆与F106在1991年的合照
使用面积律的F102模型

二次世界大战以后,许多飞机开始改成使用喷射发动机作为动力来源,但是它们的速度都在马赫数1以下,因为它们遇到同样的问题,就是音障

即使到了1950年代,美国空军的YF-102使用三角翼,依然无法突破音障。1951年至1952年,经过多次的实验以后,NACA兰利航空实验室的航空工程师、美国著名空气动力学家理查德·惠特科姆(Richard T.Whitcomb)发现,如果以从机头至机尾的飞机中心轴(x)来看飞机的截面积(A),在截面积变化曲线越平滑的话(dA/dx越小),产生的穿音速阻力就会越小。惠特科姆将此知识用在YF-102上,使后继机YF-102A能真正突破马赫数1,它也是第一架采用穿音速面积律的飞机。[3]早期利用穿音速面积律的飞机有个特色,就是它的机身会像可乐瓶,因为要满足面积律,增加机翼截面积的部分,就必须在机身减少截面积。因此,F-102有著可乐瓶状的机身。[2]

超音速面积律

由于穿音速面积律的理论基础有限,1953年美国航空工程师Robert T. Jones提出超音速面积律。这使得面积律的应用范围从穿音速能够延伸到超音速。与穿音速面积律不同,超音速面积律的截面是以与马赫锥面平行的截面积为准。亦可以想成,当马赫数趋近于1时,马赫角会趋近90度,而马赫锥会趋近于平面,刚好与穿音速面积律的截面相同。[4][5][3]

参考文献

参见

外部链接