面積律

面積律

面積律(英文:area rule)是指在跨音速或超音速飛行時飛行器零升波阻力與飛行器橫截面積沿飛行器縱軸分布之間的關係。根據面積律,人們就有可能在設計飛行器時降低跨音速或超音速波阻力,提高飛機的跨音速和超音速飛行性能。面積律還能提供估算飛機波阻力的簡化方法,用計算簡單的當量鏇成體的波阻力來代替計算複雜飛機的波阻力。因此,面積律在跨音速和超音速飛機的設計中得到廣泛的套用。

跨音速面積律

面積律面積律

1952年R.T.惠特科姆通過風洞實驗發現,當飛行馬赫數接近於1時,飛行器的零升波阻力是

飛行器橫截面積(與飛行方向垂直的截面積)分布的函式,而且近似地等於具有相同橫截面積分布的鏇成體(稱為當量鏇成體)的零升波阻力。因此,可根據最小波阻力鏇成體的橫截面積分布來調整飛行器的橫截面積,以獲得較小的波阻力。機翼-機身組合體橫截面積 A-A與其當量鏇成體的對應橫截面積 B-B相等。因為光滑(母線無反曲)鏇成體的波阻最小,所以為了降低飛行器跨音速飛行時的零升波阻力,可以修改機身橫截面積沿縱軸的分布,例如縮小機翼、尾翼與機身連線區的機身橫截面積和增大機翼、尾翼前後方的機身橫截面積,形成蜂腰形機身,使飛行器當量鏇成體的橫截面積分布與最小波阻鏇成體的相接近或做到儘量光滑。美國的YF-102戰鬥機在1954年試飛時由於跨音速波阻力過大而未超過音速,後來採用了跨音速面積律和其他措施,使其改型機YF-102A於同年試飛時順利地超過音速。這是世界上第一架採用跨音速面積律的飛機。

超音速面積律

1953年美國空氣動力學家O.瓊斯提出超音速面積律。與跨音速面積律相比,所不同的是決定超音速飛行時飛行器的零升波阻力的截面積不是飛行器的橫截面積,而是在給定的飛行馬赫數下通過機身縱軸上某一點的後馬赫錐的切平面(稱馬赫平面)所切割的飛行器截面積。由於每個子午角θ都對應著一個馬赫平面,不同子午角θ的馬赫平面所切割的飛行器截面積是不同的,因此應取θ從零到2π中各馬赫平面所切割飛行器截面積投影的平均值作為機身縱軸上這一點的當量鏇成體的截面積。同樣,為了降低超音速飛行時飛行器的零升波阻力,必須使這一當量截面積沿縱軸的分布儘量光滑。

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