Почему дозвуковой самолёт встречает ударную волну
Самолёт может лететь медленнее звука, а воздух над отдельными участками крыла — уже быстрее него. Крыло ускоряет поток, особенно там, где он огибает верхнюю поверхность. Когда этот локальный сверхзвуковой поток снова замедляется, возникает ударная волна: резкий переход, при котором меняются скорость и давление воздуха.
Проблема не только в самой волне. За ней поток может оторваться от крыла — перестать плавно обтекать его. Сопротивление тогда резко растёт, а самолёт теряет эффективность. Пилоты и конструкторы называют область скоростей, где это начинается, трансзвуковой: самолёт ещё не летит быстрее звука целиком, но на крыле уже соседствуют дозвуковые и сверхзвуковые участки.
Как другая форма меняет картину потока
Обычный профиль крыла сильно ускоряет воздух над выпуклой передней частью. В сверхкритическом профиле верхняя поверхность более плоская, а основная выпуклость смещена к задней части. Поэтому поток разгоняется менее резко, и ударная волна оказывается слабее. Она не исчезает, но её воздействие на обтекание уменьшается.
Это позволяет отодвинуть резкий рост сопротивления к более высокой скорости. Для авиалайнера важен не рекорд скорости, а возможность долго лететь на крейсерском режиме, не тратя столько топлива на сопротивление воздуха. Крыло при этом должно создавать достаточную подъёмную силу и оставаться пригодным для разных режимов полёта — форма не может быть оптимальной только для одной точки.
От рисунка потока к крылу самолёта
Дым в трубе делал невидимое движение воздуха заметным, но окончательное решение требовало измерений и испытаний: по одной линии дыма нельзя определить все силы на крыле. Значение работы Уиткомба — в том, что наблюдаемую картину удалось связать с конкретной причиной и превратить в геометрию, которую можно проверять в расчётах и экспериментах. Так аэродинамическая загадка стала практическим способом снизить сопротивление на скоростях, важных для пассажирской авиации.
