战机飞不快，先给机身“瘦腰”？

如果想让一架战斗机飞得更快，除了换装推力更大的发动机，还有啥办法？20世纪50年代，美国康维尔公司研制F-102时，一直为了飞机飞不快的问题头疼。它的机头尖、机身长，还装着宽大的三角翼，看着挺流畅，速度却始终达不到要求。后来，工程师在机翼附近把机身收细，再调整前后的外形，给飞机改出了一截“细腰”，才找到了减小阻力的关键办法。

飞行中的F-102A截击机。它在机翼附近收窄机身，并调整前后轮廓，以减小跨音速阻力。图片来源：美国空军博物馆

F-102A截击机外形图。工程师按照面积律调整机身轮廓，以减小飞机接近音速时的阻力。图片来源：NASA

飞不快怎么办？

F-102原本是冲着超声速飞行设计的，可早期风洞试验就发现，它一接近声速，阻力就明显增大，这样估计没法在平飞时突破声障。后来原型机上天一试，果然，速度始终达不到预期。

飞机接近声速时，气流的变化会带来不少不稳定因素。飞机本身还没达到声速，流过机翼等部位的空气，却可能已经局部超过声速，还会产生激波，使阻力进一步增加。因此，外形看着流畅，低速时飞得快，不代表接近声速时也能飞得快。

当时，美国国家航空咨询委员会（NASA的前身）也在研究怎样减小这种阻力。兰利实验室的气动专家理查德·惠特科姆认为，不能把机翼和机身分开看，得从整架飞机的外形上找原因。

1955年4月20日，理查德·惠特科姆检查按照跨音速面积律设计的模型。图片来源：NASA

把整架飞机一起“切开”

简单理解，就是想象从机头到机尾，一片片横着切开飞机，看看每个切面有多大。机头细，切面就小，往后机身越来越粗，切面也逐渐变大，接近机尾时，切面又逐渐缩小。

切到机翼与机身相连的地方，就得把两侧机翼的截面积一起算进去。机身本身的粗细变化可能很平顺，可加上机翼，这一段的总截面积就可能突然增加。惠特科姆发现，要减小飞机接近声速时的阻力，就要让机翼、机身和尾翼合起来的截面积，从前往后增减得越来越平缓才行。

既然机翼让这一段的总截面积增加了，就把同一位置的机身适当收细，再调整前后的外形，让各处的面积逐渐过渡。这样一来，机身看着多了一截“细腰”，整架飞机的截面积变化却更平顺了。

1953年用于试验的F-102火箭动力模型，左为应用面积律前的方案，右为修改后的方案。两者的机身轮廓明显不同。图片来源：NASA

需要注意的是，这里比较的是飞机横着切开后，每个切面的面积，不是俯视照片里飞机轮廓有多大。所以，判断一架飞机是否符合面积律，不能光看它有没有细腰，还得把机翼、尾翼等部分都算进去，看整体截面积是怎样变化的。

给战机改外形

惠特科姆和康维尔研制团队先拿模型做试验，把机翼附近的机身收细，再改一改后部的形状。风洞试验发现，这样改确实能明显减小阻力，原先飞不快的问题有望解决了。

可真要改飞机，康维尔却犹豫了，原型机已经开造，生产准备也做了不少，这时候改方案，前面的投入有些就得重来，还要多花钱花时间。但后来直到原型机试飞，速度果然达不到要求，他们这才下决心改设计。

修改后的F-102A在1954年12月首次试飞，成功飞过了声速。这都得益于团队把飞机外形改得更合理。工程师不仅收细了机身中段，还调整了前后的轮廓，让机翼、机身和尾翼合起来的截面积变化更加平缓。

腰越细，飞机就越快吗？

飞机要装发动机、油箱和各种设备，还得给武器留位置，机身当然收太细。面积律也不是让所有飞机都长出细腰，而是要把各个部位的外形搭配好，让整架飞机的截面积变化更平缓。

有些地方实在没法收细，就得从其他部位想办法。比如F-105，工程师没有一味缩小机身，而是在后部增加了局部鼓包，让机翼后缘附近的截面积减小的平缓一些。所以，咱们平常看着飞机多出来的一块，也可能是在帮助飞机减小阻力。

不过，减小阻力只是其中一件事，飞机还得飞得稳、结构结实，内部的设备也得装得下，还得综合考虑。

下次看到战机机翼附近的“细腰”，你就能明白个中原理了，机翼让这一段的总截面积增加了，机身就相应缩小一点，再把前后的形状调整好。机身和机翼配合得合适，才能帮助飞机飞得更快。

素材参考/ 美国国家航空航天局（NASA）公开资料整理，主要参考《惠特科姆面积律》《理查德·T.惠特科姆》《F-102A》。

编辑/云苓

审核/老虎、武瑾媛

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