【簡(jiǎn)介：】圖注:F-102
所謂“蜂腰”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是殲-10等超聲速戰(zhàn)斗機(jī)為了提高跨聲速和超聲速性能而采取的一種特殊的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)。因飛機(jī)的機(jī)身不再是像傳統(tǒng)飛機(jī)那樣采用前后一樣寬的圓

圖注:F-102

所謂“蜂腰”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是殲-10等超聲速戰(zhàn)斗機(jī)為了提高跨聲速和超聲速性能而采取的一種特殊的氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)。因飛機(jī)的機(jī)身不再是像傳統(tǒng)飛機(jī)那樣采用前后一樣寬的圓柱形機(jī)身，而是在機(jī)身中段連接機(jī)翼的部分有一個(gè)明顯的收腰設(shè)計(jì)，就像是蜂腰一樣縮進(jìn)去而得名。

蜂腰設(shè)計(jì)的原理，是基于空氣動(dòng)力學(xué)的一個(gè)重要的理論發(fā)現(xiàn)“跨聲速面積律”而產(chǎn)生的?？缏曀倜娣e律的最早發(fā)現(xiàn)者，是美國(guó)著名空氣動(dòng)力學(xué)家惠特科姆。

20世紀(jì)50年代初，美國(guó)空軍的戰(zhàn)斗機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了噴氣式化，F(xiàn)-86等戰(zhàn)斗機(jī)的速度突破螺旋槳飛機(jī)的極限，創(chuàng)造出一個(gè)又一個(gè)速度飛行記錄，此時(shí)研制戰(zhàn)斗機(jī)所遇到的下一個(gè)難關(guān)就是如何進(jìn)一步提升飛行速度，突破音障。當(dāng)時(shí)美國(guó)的航空科研人員們普遍認(rèn)為，要突破音障，需要采取的兩個(gè)辦法，一是進(jìn)一步增加戰(zhàn)斗機(jī)的后掠角，二是進(jìn)一步提高渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。然而他們很快發(fā)現(xiàn)，飛機(jī)在音障附近飛行時(shí)，遇到的氣動(dòng)阻力會(huì)顯著增加，是高亞聲速時(shí)氣阻的好幾倍。雖然將F-86這樣的高亞聲速戰(zhàn)斗機(jī)的后掠角從35度增加到45度，但其最大速度僅略有增加，不足以突破音障，而采用了更大推力J57型發(fā)動(dòng)機(jī)的F-100戰(zhàn)斗機(jī)，其平飛最大速度也不過(guò)1.03馬赫，雖然堪堪突破聲速，但一方面這種狀態(tài)難以長(zhǎng)時(shí)間保持，另一方面，航空界的觀點(diǎn)認(rèn)為如果飛機(jī)的速度不能超過(guò)1.2馬赫，那么只能算是跨聲速區(qū)間飛行。一時(shí)間，可以說(shuō)美國(guó)航空界為戰(zhàn)斗機(jī)超聲速問(wèn)題忙得焦頭爛額。

就在這個(gè)時(shí)候，惠特科姆的頭腦中卻靈光乍現(xiàn)，冒出了一個(gè)天才般的想法。1951年，在一次氣動(dòng)力學(xué)術(shù)研討會(huì)上，當(dāng)時(shí)的美國(guó)航空學(xué)會(huì)首席空氣動(dòng)力學(xué)家阿道夫.布澤曼博士（布澤曼是當(dāng)時(shí)世界著名的空氣動(dòng)力學(xué)家，是發(fā)現(xiàn)后掠翼可以有效降低飛行阻力提高飛行速度的第一人）一篇闡述跨聲速氣流基本特性及相關(guān)問(wèn)題的論文給當(dāng)時(shí)也在苦苦思考超聲速問(wèn)題的惠特科姆以很大啟發(fā)，惠特科姆根據(jù)布澤曼的理論進(jìn)一步研究、計(jì)算和思考，他認(rèn)為，飛機(jī)之所以在突破音障時(shí)遇到阻力，就是因?yàn)轱w機(jī)前方的來(lái)流量很大，就像是馬路上奔騰而來(lái)的滾滾車流，擋住了飛機(jī)的去路，要想使飛機(jī)實(shí)現(xiàn)超聲速飛行，就必須讓從飛機(jī)正前方快速流過(guò)的高速空氣流有一個(gè)去處，有一個(gè)宣泄的途徑?；萏乜颇吩诙嗄旰蠡貞浀溃骸爱?dāng)時(shí)我的腦子里出現(xiàn)了一個(gè)像可樂(lè)瓶的形狀，第二天，我就得出了這條經(jīng)驗(yàn)法則：即飛機(jī)的跨聲速阻力是整架飛機(jī)截面縱向展開(kāi)的函數(shù)?！?/p>

這條規(guī)律，就是后來(lái)為人們所熟知的，大名鼎鼎的“跨聲速面積律”法則，聽(tīng)起來(lái)它的描述相當(dāng)專業(yè)，但簡(jiǎn)單解釋的話，就是說(shuō)飛機(jī)的阻力大小，與飛機(jī)正向的迎風(fēng)截面積大小直接相關(guān)，飛機(jī)的迎風(fēng)截面積越小，阻力就越小。布澤曼博士很快便意識(shí)到了惠特科姆的“跨聲速面積律”理論將對(duì)飛機(jī)突破聲速限制產(chǎn)生重大的影響，他稱贊惠特科姆道：“他捧出了一個(gè)光芒四射的思想?！?/p>

根據(jù)惠特科姆的理論所制造出的飛機(jī)樣機(jī)很快便被制造出來(lái)，它們就是F-102和F-105戰(zhàn)斗機(jī)。它們都毫無(wú)例外的采用了跨聲速面積律的蜂腰設(shè)計(jì)，雖然后掠角沒(méi)有明顯增大，發(fā)動(dòng)機(jī)推力也沒(méi)有增加，但由于跨聲速阻力的顯著降低，F(xiàn)-102輕松突破了F-100所無(wú)法逾越的跨聲速區(qū)域，其最大平飛速度達(dá)到了1.25馬赫，成為名副其實(shí)的超聲速戰(zhàn)斗機(jī)。隨后，世界上其他國(guó)家的一大批新機(jī)型也紛紛效法，可以毫不夸張地說(shuō)，惠特科姆憑借一己之力，將戰(zhàn)斗機(jī)帶入了超聲速時(shí)代。