Введение
Ричард Трэвис Уиткомб (21 февраля 1921 – 13 октября 2009) – американский инженер-аэродинамик, получивший известность благодаря своим вкладам в науку аэродинамики.
Richard Travis Whitcomb (February 21, 1921 – October 13, 2009) was an American aeronautical engineer who was noted for his contributions to the science of aerodynamics.
Биография
Уиткомб родился в Эванстоне, штат Иллинойс. Его отец, служивший пилотом аэростатов в Первой мировой войне, был инженером-механиком, специализирующимся на динамике вращающихся систем. В 1932 году семья переехала в Уорстер, штат Массачусетс, когда его отец устроился на работу в компанию Norton. В детстве Уиткомб увлекался самолетами; он строил модели и участвовал с ними в соревнованиях, постоянно стремясь улучшить их характеристики. Он окончил Вустерский политехнический институт в 1943 году, получив степень бакалавра в области авиационной инженерии. Он работал в Исследовательском центре Лэнгли, управляемом Национальным консультативным комитетом по аэронавтике (NACA) и его правопреемником, NASA.
Зональное правило
После Второй мировой войны исследования NACA сосредоточились на потоках воздуха вблизи скорости звука и на низких сверхзвуковых скоростях. Рассмотрев резкое увеличение сопротивления, которое испытывает комбинация крыла и фюзеляжа примерно на , Уиткомб пришел к выводу, что "возмущения и ударные волны являются лишь функцией продольного изменения площади поперечного сечения" – то есть эффект крыльев можно представить как эквивалент фюзеляжа с некоторым утолщением в средней части, площадь поперечного сечения которого равна площади крыльев. Поскольку в реальном случае от крыльев отказаться было невозможно, альтернативой устранению этого "утолщения" было уменьшение площади поперечного сечения фюзеляжа вблизи крыльев. Это стало известно как правило площадей, которое позволило значительно снизить сопротивление самолетов вблизи скорости звука. Его влияние на авиаконструкторскую мысль было немедленным: прототип Convair YF-102, например, оказался неспособным превысить скорость звука в горизонтальном полете. Это было исправлено путем изменения формы фюзеляжа. За свое открытие Уиткомб получил Кубок Коллиера в 1954 году. В 1958 году Уиткомб был назначен главой отдела трансонической аэродинамики Лэнгли и начал работу над возможной конструкцией сверхзвукового пассажирского самолета (SST). Он построил предлагаемые модели, но к 1962 году отказался от проекта из-за неразрешимой проблемы сопротивления. В поисках новых направлений исследований он вернулся к вопросу о трансзвуковом сопротивлении, особенно на крыльях.
Сверхкритический профиль
Чтобы снизить сопротивление в трансонической фазе, Уиткомб понял, что необходимо изменить распределение давления на крыле, чтобы задержать и ослабить ударную волну, возникающую на верхней поверхности при замедлении высокоскоростного потока до дозвукового. Руководствуясь интуицией, а не математическими расчетами, он построил секцию крыла с хордой 2 фута (1 м) и многократно испытывал ее в высокоскоростной аэродинамической трубе Лэнгли, добавляя (с помощью автомобильной шпатлевки) или удаляя (с помощью напильника и наждачной бумаги) материал до достижения желаемых обтеканий. Хотя таким образом был создан аэродинамический профиль с низким сопротивлением (в трансзвуковом диапазоне), руководство Уиткомба отметило, что не следует ожидать от каждого производителя самолетов использования напильника и наждачной бумаги для проектирования необходимых форм. Поэтому NASA заключило контракт с Институтом Куранта при Нью-Йоркском университете, где математик Пол Гарабедиан и аэродинамик Энтони Джеймсон работали с Уиткомбом над разработкой практического вычислительного метода для проектирования сверхкритических профилей – наиболее эффективных в трансзвуковом диапазоне. С использованием этого метода были изготовлены сверхкритические крылья и испытаны на полноразмерных самолетах: в 1971 году Vought F 8 Crusader, а в 1973 году General Dynamics F 111 Aardvark были испытаны в Центре летных исследований NASA в Калифорнии. За свой вклад NASA наградило Уиткомба призом в размере 25 000 долларов, а в 1974 году он получил Мемориальный трофей братьев Райт от Национальной аэронавтической ассоциации. Необычный профиль неожиданно оказался полезным и для общей авиации: его относительно тупой передний край позволял создавать высокие коэффициенты подъемной силы перед сваливанием, и Уиткомб опубликовал низкоскоростной профиль, который он назвал GA(W) 1; в настоящее время он широко используется в легких самолетах и планерах. После исследований крыльев Уиткомб вновь обратился к возможности создания полностью сверхкритического самолета и в 1971 году опубликовал предварительные данные о околозвуковом транспортном самолете (НСТ), который, по его прогнозам, мог бы достичь относительно эффективной крейсерской скорости 0,98 Маха. Как и в случае с его разработками сверхкритических крыльев, он в основном разрабатывал конструкцию в аэродинамической трубе, придавая форму своей модели с помощью шпатлевки и ножа, пока различные вторичные ударные волны, возникающие на пересечении крыла и фюзеляжа, не были максимально ослаблены. Предложение Уиткомба о НСТ не было реализовано за пределами концептуальной стадии.
Крылья
Аэродинамики на протяжении десятилетий знали, что какое-то устройство на законцовках крыла способно уменьшить концевые вихри, а значит, и сопротивление. Однако, по-видимому, Уиткомб первым пришел к выводу, что такое устройство будет наиболее эффективно, если оно будет выполнено в виде дополнительного вертикального (или близкого к вертикальному) крыла. Он представил результаты своих исследований, демонстрирующие улучшения примерно на 5 процентов, но внедрение в промышленности происходило медленно. Потребовалось почти три десятилетия, чтобы его разработки стали широко распространенными; сейчас они регулярно используются на самолетах – от авиалайнеров до планеров.
Поздние годы
После своих новаторских исследований в области трансонического обтекания, Уиткомб несколько лет посвятил совершенно другой сфере – поиску возможности получения полезной энергии из окружающей среды, используя потенциальные направления квантовой физики. Однако эти исследования не дали результатов, и в 1980 году он неожиданно объявил о своем уходе на пенсию из Лэнгли. Уиткомб продолжал выступать консультантом для авиационной отрасли по запросу. Он продолжал жить в многоквартирном доме в Хэмптоне, штат Вирджиния, где проживал с 1943 года. Он так и не женился, но на протяжении 25 лет был близок с математиком NASA, Барбарой Дёрлинг. Она скончалась в 2001 году. Уиткомб умер в Ньюпорт-Ньюс, штат Вирджиния, в 2009 году.