náhled|Rozložení průřezové plochy podél celého draku letadla určuje vlnový odpor, do značné míry nezávisle na skutečném tvaru. Modrý a světle zelený tvar mají přibližně stejnou plochu. Whitcombovo pravidlo ploch pojmenované po inženýrovi NACA Richardu Whitcombovi a také nazývané transsonické pravidlo ploch, je konstrukční postup používaný ke snížení odporu letadla při transsonických rychlostech, které se vyskytují přibližně mezi Mach 0,75 a 1,2. Pro nadzvukové rychlosti se používá jiný postup nazývaný nadzvukové pravidlo ploch, které vyvinul aerodynamik NACA Robert Jones.
Transsonická oblast je dnes jedním z nejdůležitějších rychlostních rozsahů pro civilní i vojenská letadla s pevnými nosnými plochami, přičemž transsonické zrychlení je významným výkonovým požadavkem u bojových letounů — a je zlepšeno snížením transsonického odporu.
Historie
Německo náhled|vpravo|Patentový výkres firmy Junkers z března 1944. Objev pravidla ploch učinil rakouský inženýr Otto Frenzl, když porovnával šípové křídlo s křídlem ve tvaru „W“, které vykazovalo extrémně vysoký vlnový odpor,. během své práce na transsonickém aerodynamickém tunelu v závodech Junkers v Německu mezi lety 1943 a 1945. 17. prosince 1943 sepsal popis s názvem Anordnung von Verdrängungskörpern beim Hochgeschwindigkeitsflug („Uspořádání vytlačovacích těles při vysokorychlostním letu“); ten byl použit v patentu podaném v roce 1944.. Výsledky tohoto výzkumu byly široce prezentovány v březnu 1944 Theodorem Zobelem na Deutsche Akademie der Luftfahrtforschung (Německá akademie leteckého výzkumu) v přednášce „Zásadně nové cesty ke zvýšení výkonu vysokorychlostních letadel“..
Následné německé válečné konstrukce letadel vzaly tento objev v úvahu, což je patrné na štíhlé střední části trupu letounů, včetně Messerschmittu P.1112, P.1106 a dálkového bombardéru Focke-Wulf 1000x1000x1000 typ A, ale také na konstrukcích s delta křídlem, například Henschel Hs 135. Několik dalších badatelů bylo blízko k vyvinutí podobné teorie, zejména Dietrich Küchemann, který navrhl zúžený stíhací letoun, jenž byl po objevení americkými jednotkami v roce 1946 přezdíván „Küchemannova láhev Coca-Coly“ (Küchemann Coke Bottle). V tomto případě Küchemann k teorii dospěl studiem proudění vzduchu, zejména interakce neboli lokálních proudnic v místě styku trupu a šípového křídla. Trup byl tvarově upraven — „zúžen“ — tak, aby odpovídal proudění. Požadavek na tvarování vyplývající z tohoto „blízkého proudového pole“ (near field) by vznikl také z Whitcombova pozdějšího přístupu vycházejícího ze „vzdáleného proudového pole“ (far field) ke snižování odporu pomocí jeho sonického pravidla ploch.
USA náhled|Duben 1955: Whitcomb zkoumá model letadla navržený v souladu s jeho pravidlem ploch. Wallace D. Hayes, průkopník nadzvukového letu, vyvinul transsonické pravidlo plochv publikacích počínajících rokem 1947 svou doktorskou prací na California Institute of Technology.. Richard T. Whitcomb, po němž je pravidlo pojmenováno, toto pravidlo nezávisle objevil v roce 1952, když pracoval v National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). Při používání nového 8stopého vysokorychlostního tunelu (8-foot High-Speed Tunnel), aerodynamického tunelu s provozem až do rychlosti Mach 0,95 v NACA Langley Research Center, byl překvapen nárůstem odporu způsobeným vznikem rázových vln. Whitcomb si uvědomil, že pro analytické účely lze letoun zjednodušit na protáhlé, co nejvíce zúžené rotační těleso, aby se zmírnily náhlé nespojitosti, a tedy i náhlý nárůst odporu. Rázové vlny bylo možné pozorovat pomocí Schlierenovy fotografie, ale důvod jejich vzniku při rychlostech hluboko pod rychlostí zvuku, někdy již kolem Mach 0,70, zůstával záhadou.
Koncem roku 1951 uspořádala laboratoř přednášku Adolfa Busemanna, slavného německého aerodynamika, který po druhé světové válce přešel do Langley. Hovořil o chování proudění kolem letounu, když jeho rychlost dosáhne kritického Machova čísla, kdy se vzduch přestává chovat jako nestlačitelná tekutina. Zatímco byli inženýři zvyklí uvažovat o vzduchu proudícím hladce kolem trupu letounu, při vysokých rychlostech neměl vzduch čas „uhnout stranou“ a začal se chovat, jako by proudil v tuhých trubicích, konceptu, který Busemann nazval „streampipes“ na rozdíl od klasických proudnic (streamlines), a žertoval, že se inženýři musí považovat za „instalatéry trubek“ (pipefitters).
O několik dní později měl Whitcomb okamžik heuréky. Důvod vysokého odporu spočíval v tom, že tyto „trubice“ vzduchu se ve třech rozměrech vzájemně rušily. Nešlo už jen o to uvažovat proudění vzduchu přes dvourozměrný průřez letounu, jak se dělalo dříve — nyní bylo nutné brát v úvahu i vzduch „po stranách“ letounu, který s těmito trubicemi rovněž interagoval. Whitcomb pochopil, že tvarování musí být aplikováno na letoun jako celek, nikoli pouze na trup. To znamenalo, že se musí započítat dodatečná průřezová plocha křídel a ocasních ploch do celkového tvarování, a že trup musí být v místech jejich napojení skutečně zúžen, aby se více přiblížil ideálu.
Odkazy
Reference
Související články Aerodynamický třesk Aerodynamika
Externí odkazy
Kategorie:Letecká terminologie Kategorie:Konstrukce letadel Kategorie:Aerodynamika