武器發展史上的傑出設計:蜂腰機身,你知道嗎?

飛行器的飛行速度接近1倍音速時,零升力波阻是飛行器橫截面積分佈的函數,而且近似等於具有相同橫截面積分佈的旋成體的零升力波阻。因此可根據最小波阻旋成體的截面積分佈來調整飛行器的橫截面積,以減小波阻。因為光滑(母線無反曲)旋成體的波阻最小,所以為了降低飛行器跨聲速飛行時的零升波阻力,沿飛行器飛行方向垂直的截面面積分布應該相當於一個阻力最小的當量旋成體橫截面積的分佈,如果無法做到這一點,其分佈曲線也應該儘量接近理想分佈曲線,以儘可能減小跨聲速阻力。

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換句話說,飛行器與飛行方向垂直的截面面積在軸座標上形成的起伏曲線越平緩,那麼這架飛機突破音障時的阻力越小。具體的應用是縮小機翼、尾翼與機身連接區的機身橫截面積,做成向內凹的蜂腰形狀。1950年美國空軍進行全天候截擊機招標。1951 年,空軍追加戰術技術要求:新飛機必須能在攜帶空空導彈的情況下,平飛速度超過音速。最終,康維爾公司的YF-102贏得競爭。

起初,康維爾公司和美國空軍都認為YF-102可以輕易突破音障,根據最初的計算,YF-102使用J40發動機可以在56000英尺高度達到1.8馬赫,而使用J67則可使該機在62000英尺達到1.93馬赫。空軍對YF-102很有信心,因此在YF-102的研發過程中引入“庫克·克萊治”方法,即在試飛的同時,以預生產型進行低速生產並投入試飛,由於試飛飛機數量增多,試飛進度快,從而加快研製進度。50年代初,NACA的高速風洞投入使用,之後的風洞實驗表明YF-102的跨聲速阻力遠遠超過估計值,即使J57也難以使該機突破音障。

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YF-102:普通機身

理查德·惠特科姆的小組在隨後的研究中發現了跨音速面積律,康維爾公司立即對YF-102進行修改。1953 年 5 月,康維爾公司再次對 YF-102 進行測試,風洞試驗顯示該機阻力已經明顯下降。之後NACA再次提出改進方案,隨後康維爾公司再次對YF-102進行修改,並於 10 月再次進行風洞試驗,實驗結果令人滿意,NACA認為修改後的YF-102已達到軍方的要求。然而此時首批10架YF-102原型機已經離開生產線,隨後又有32 架預生產型也被生產出來。這使得康維爾公司只能寄希望於風洞實驗結果與實際存在差距。

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YF-102A:蜂腰機身

1953年10月24日,YF-102原型機首飛,在這次試飛中,YF-102甚至未能超過0.9馬赫,1954年1月11日,第二架YF-102原型機投入試飛。最終試飛結果表明,YF-102在平飛中無法突破音障,實用升限也未能達到要求,僅40000英尺。於是空軍下令暫停YF-102的生產線。僅117天后,1954年11月21日,按照面積率進行改進的YF-102A投入試飛,改進後的YF-102A達到要求,最大平飛速度達到1.2馬赫。武器發展史上的傑出設計:蜂腰機身,你知道嗎?可以在評論區留言哦。


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