美國在1954年裝備的世界上第壹種實戰型超音速戰鬥機F—100“超佩刀”戰鬥機就采用了尖機頭布局,飛行速度可以達到每小時1200公裏以上;蘇聯壹開始研制的超音速戰鬥機米格-21采用的是頭部進氣道,但在研制米格-23變後掠戰鬥機時也改用了尖機頭、細機身、兩側進氣的布局了。
1952年,美國的壹位空氣動力學家惠特科姆提出了著名的“面積律理論”,使超音速戰鬥機的設計出現了突破。
理查德·惠特科姆於1921年2月出生在美國的伊利諾斯州,1943年畢業於馬薩諸塞州的伍斯特理工學院,隨即應聘到美國蘭利研究中心工作,1948年被提升為跨音速風洞試驗室主任。
惠特利姆具有敏銳的觀察力,他善於利用風洞試驗結果進行分析。
通過對跨音速流動的反復觀察,他認為圓柱形機身的設計在飛機飛行速度接近音速時是很不合理的。因為在機身與機翼的結合區,機身的截面積加上當地機翼的截面積後,就要比無機翼的機身截面積大,流過這段機身的氣流在這個區域就會向外擴張,從而就會帶來很大的跨音速飛行的阻力。
惠特科姆提出的解決辦法也很簡單,只要在有機翼的機身段,把機身截面積按照當地機翼的截面面積大小向內扣去壹部分,保持沿縱向機身加機翼的面積基本平滑壹致。這樣,整個機身變成了兩頭粗中間凹的“可口可樂”瓶的形狀。風洞試驗證明這種方法減阻效果十分明顯。
面積律的發現對飛機順利突破音障起到了重要的作用,美國在1951年初設計了壹架F-102“三角劍”戰鬥機。它是世界上第壹種采用三角機翼的超音速截擊機,但在設計時由於面積律還未被發現,所以在1953年首次試飛中,當飛機的速度接近音速時,由於阻力劇增、升力劇降,出現劇烈振動,飛機變得難以駕駛。
惠特科姆的面積律研究報告公布後,設計人員馬上對F-102進行了面積律修改,將機身改為“可口可樂”瓶的蜂腰形。
改形後的F-102在1954年11月21日再次試飛,飛機在10000米高度上加速,迅速通過了音障,並達到了1.2倍音速,飛機既沒有振動,也沒有其他異常現象,從而該機成為世界上第壹種成功應用“面積律”的超音速戰鬥機。
接著,飛機設計人員在F-102基礎上進行了更加“蜂腰”的修改,設計了F-106“三角標槍”。該機在1956年12月26日試飛中,在11000米高度上飛行速度達到了2.31倍音速。在1959年12月,壹架F-106還創造了當時最大平飛速度的世界紀錄,達到了每小時2454公裏。
與愛迪生壹樣,惠特科姆也是壹個工作起來不要命的人,經常不分晝夜地呆在實驗室裏,在最後的關鍵性試驗階段,幹脆帶壹個帆布床,住在風洞裏,還自己親自動手制作模型,同行們戲稱他為“高級鉗工”。
惠特科姆是壹位創造性極強的空氣動力學家,永無止境的探索熱忱,使他終生都在追求新的目標。
惠特科姆在“面積律”後又發現了“超臨界機翼”,這壹發現可以進壹步改善飛機的超音速性能,同時又可減少機翼的結構重量;後來,他又創造了“翼梢小翼”,可以明顯提高飛機的巡航效率和減少燃油消耗等。
在空氣動力領域裏,對許多人感到壹頭霧水的問題,惠特科姆總是能用通俗而又嚴密的語言把其中的本質描述得十分清楚,有人說惠特科姆終生在和空氣交談,只有他能破解隱藏在空氣中的秘密。
後來,美國空氣動力學家又在惠特科姆工作的基礎上提出了超音速面積律,“可口可樂”瓶狀機身迅速被各國飛機設計人員所采用。我國的殲—8戰鬥機和轟—6轟炸機都采用了這種蜂腰形的機身。
以後,隨著壹系列與超音速飛行有關的新技術的飛速發展,超音速軍用飛機也如同插上了超音速的翅膀,飛速地得到了發展。