Ричард Уиткомб

Ричард Уиткомб (англ. Richard Whitcomb; 21 февраля 1921, Эванстон, штат Иллинойс — 13 октября 2009, Ньюпорт-Ньюс, штат Виргиния) — американский авиационный инженер и учёный в области аэродинамики, работавший в Национальном консультативном комитете по аэронавтике (NACA) и его преемнике — Национальном управлении по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA). Наиболее известен как автор трёх фундаментальных концепций, оказавших значительное влияние на проектирование сверхзвуковых и дозвуковых самолётов: правила площадей, суперкритического профиля крыла и винглетов (концевых аэродинамических поверхностей). За свои достижения удостоен Национальной медали науки (1973) и Национальной медали США в области технологий и инноваций (2003).

Биография

Ранние годы и образование

Ричард Уиткомб родился 21 февраля 1921 года в Эванстоне (штат Иллинойс). Его отец, Фредерик Уиткомб, был инженером-строителем, мать, Эдит Уиткомб, — домохозяйкой. Семья переехала в Вустер (штат Массачусетс), где Ричард окончил среднюю школу. В 1939 году поступил в Вустерский политехнический институт, который окончил в 1943 году с дипломом инженера-механика. Ещё во время учёбы проявил интерес к аэродинамике, участвуя в студенческих проектах по моделированию воздушных потоков.

Работа в NACA и NASA

После окончания института Уиткомб в 1943 году был принят на работу в Langley Memorial Aeronautical Laboratory (ныне Исследовательский центр Лэнгли) NACA в Хэмптоне (штат Виргиния). Он начал карьеру в отделе аэродинамики, занимаясь экспериментальными исследованиями в аэродинамических трубах. В 1950-х годах, в разгар гонки вооружений и разработки сверхзвуковых самолётов, Уиткомб сосредоточился на проблемах, связанных с волновым сопротивлением. В 1970-х годах, после образования NASA, он продолжил работу в Лэнгли, где оставался до выхода на пенсию в 1980 году.

Личная жизнь и смерть

Уиткомб был женат на Элизабет Уиткомб, в браке родились двое детей. Он увлекался парусным спортом и столярным делом. Умер 13 октября 2009 года в Ньюпорт-Ньюсе (Виргиния) от осложнений, связанных с сердечной недостаточностью.

Научные достижения

Правило площадей

В 1952 году Уиткомб сформулировал и экспериментально подтвердил правило площадей — принцип, согласно которому для минимизации волнового сопротивления на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях поперечное сечение фюзеляжа и крыльев самолёта должно плавно изменяться вдоль продольной оси, образуя «гладкую» кривую распределения площадей. Это означало, что в местах крепления крыльев фюзеляж следовало сужать (так называемая «талия Уиткомба»). Правило было впервые применено при проектировании истребителя Convair F-102 Delta Dagger, который изначально не мог преодолеть звуковой барьер. После модификации фюзеляжа в соответствии с правилом площадей самолёт достиг сверхзвуковой скорости. Позднее это правило легло в основу многих сверхзвуковых самолётов, включая Convair B-58 Hustler и пассажирский Concorde.

Суперкритический профиль крыла

В 1960-х годах Уиткомб разработал суперкритический профиль крыла — аэродинамический профиль, характеризующийся относительно плоской верхней поверхностью и изогнутой задней кромкой. Такая форма позволяет отодвинуть возникновение волнового кризиса на более высокие скорости (до 0,95—0,98 Маха), снижая волновое сопротивление и улучшая аэродинамическое качество. Первые испытания проводились на модифицированном истребителе Northrop T-38 Talon. Суперкритические профили стали широко применяться на пассажирских самолётах (Boeing 757, Boeing 767, Airbus A310) и военных транспортниках (C-17 Globemaster III).

Винглеты

В 1976 году Уиткомб предложил и запатентовал винглеты — небольшие вертикальные или наклонные аэродинамические поверхности, устанавливаемые на законцовках крыла. Винглеты уменьшают индуктивное сопротивление, возникающее из-за перетекания воздуха с нижней поверхности крыла на верхнюю, что повышает топливную эффективность самолёта на 4–8 % в крейсерском режиме. Первым серийным самолётом, оснащённым винглетами, стал Learjet 28/29 (1977). Впоследствии они стали стандартным элементом конструкции многих пассажирских и бизнес-джетов (Boeing 737NG, Boeing 747-400, Airbus A320neo).

Награды и признание

Уиткомб получил ряд престижных наград, включая:

• Collier Trophy (1954) — за разработку правила площадей.
• Национальная медаль науки (1973) — за вклад в аэродинамику.
• Национальная медаль США в области технологий и инноваций (2003) — за создание суперкритического профиля и винглетов.
• Премия Райта (Wright Brothers Medal) от Общества автомобильных инженеров (SAE).
• В 2006 году включён в Национальный зал славы изобретателей (США).

Влияние на авиастроение

Концепции Уиткомба стали стандартными инструментами в арсенале авиационных инженеров. Правило площадей используется при проектировании всех современных сверхзвуковых самолётов, включая истребители пятого поколения (F-22 Raptor, Су-57). Суперкритические профили являются основой крыльев большинства широкофюзеляжных лайнеров. Винглеты, в свою очередь, применяются не только в авиации, но и в ветроэнергетике для повышения эффективности лопастей ветрогенераторов.

Критика и ограничения

Некоторые специалисты отмечают, что суперкритический профиль крыла требует более сложной технологии производства и точного контроля формы поверхности, что увеличивает стоимость изготовления. Винглеты, хотя и снижают индуктивное сопротивление, могут создавать дополнительные нагрузки на конструкцию крыла и увеличивать массу самолёта. Правило площадей, эффективное на околозвуковых скоростях, менее значимо для дозвуковых режимов полёта.

Источники

• Anderson, J. D. A History of Aerodynamics and Its Impact on Flying Machines. Cambridge University Press, 1997.
• Whitcomb, R. T. A Study of the Zero-Lift Drag-Rise Characteristics of Wing-Body Combinations Near the Speed of Sound. NACA Report 1273, 1956.
• Whitcomb, R. T. A Design Approach and Selected Wind-Tunnel Results at High Subsonic Speeds for Wing-Tip Mounted Winglets. NASA TN D-8260, 1976.
• National Academy of Engineering. Memorial Tributes: Richard T. Whitcomb. Vol. 15, 2011.
• NASA Langley Research Center. Richard T. Whitcomb: A Biographical Sketch. 2009.