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面积律

2023-04-11 22:16自然百科人已围观

[拼音]：mianjilü

[外文]：area rule

在跨音速或超音速飞行时飞行器零升波阻力与飞行器横截面积沿飞行器纵轴分布之间的关系。根据面积律，人们就有可能在设计飞行器时降低跨音速或超音速波阻力，提高飞机的跨音速和超音速飞行性能(见飞行速度)。面积律还能提供估算飞机波阻力的简化方法，用计算简单的当量旋成体的波阻力来代替计算复杂飞机的波阻力（见空气动力特性）。因此，面积律在跨音速和超音速飞机的设计中得到广泛的应用。

跨音速面积律

1952年R.T.惠特科姆通过风洞实验发现，当飞行马赫数接近于1时，飞行器的零升波阻力是飞行器横截面积(与飞行方向垂直的截面积)分布的函数，而且近似地等于具有相同横截面积分布的旋成体（称为当量旋成体）的零升波阻力。因此，可根据最小波阻力旋成体的横截面积分布来调整飞行器的横截面积，以获得较小的波阻力。机翼-机身组合体（图1 ）横截面积 A-A与其当量旋成体的对应横截面积 B-B相等。因为光滑（母线无反曲）旋成体的波阻最小，所以为了降低飞行器跨音速飞行时的零升波阻力，可以修改机身横截面积沿纵轴的分布，例如缩小机翼、尾翼与机身连接区的机身横截面积和增大机翼、尾翼前后方的机身横截面积，形成蜂腰形机身，使飞行器当量旋成体的横截面积分布与最小波阻旋成体的相接近或做到尽量光滑。美国的YF-102战斗机在1954年试飞时由于跨音速波阻力过大而未超过音速，后来采用了跨音速面积律和其他措施，使其改型机YF-102A于同年试飞时顺利地超过音速。这是世界上第一架采用跨音速面积律的飞机。

超音速面积律

1953年美国空气动力学家O.琼斯提出超音速面积律。与跨音速面积律相比，所不同的是决定超音速飞行时飞行器的零升波阻力的截面积不是飞行器的横截面积，而是在给定的飞行马赫数下通过机身纵轴上某一点的后马赫锥的切平面（称马赫平面，图2a）所切割的飞行器截面积（图2b ）。由于每个子午角θ都对应着一个马赫平面，不同子午角θ的马赫平面所切割的飞行器截面积是不同的，因此应取θ从零到2π中各马赫平面所切割飞行器截面积投影的平均值作为机身纵轴上这一点的当量旋成体的截面积。同样，为了降低超音速飞行时飞行器的零升波阻力，必须使这一当量截面积沿纵轴的分布尽量光滑。