חוק השטחים של וויתקומב – הבדלי גרסאות

'''חוק השטחים של ריצ'רד וויתקומב''' (לעיתים נקרא בפשטות '''חוק השטחים''', ב[[אנגלית]]: '''Area Rule''') היא טכניקה בה משתמשים [[הנדסת אווירונאוטיקה|בתיכון כלי טיס]] בתחום ה[[עבר-קולי]] ו[[מספר מאך|על-קולי]]. לראשונה פורסמה ב-[[1950]] על ידי [[ריצ'רד וויתקומב]] שעבד באותה עת במתקן [[הוועדה הלאומית המייעצת לאווירונאוטיקה|NACA]] שב[[לאנגלי (וירג'יניה)|לנגלי]], ב[[מנהרת רוח|מנהרת הרוח]] הגדולה (eight foot wind tunnel), שם חקר דרכי התמודדות עם העלייה הדרסטית ב[[גרר (כוח)|גרר]] כאשר [[כלי טיס]] מתחילים להתקרב למהירות הקול. באוקטובר [[1947]] [[טייס ניסוי|טייס הניסוי]] ה[[אמריקאי]] [[צ'אק ייגר]] פרץ לראשונה את [[מחסום הקול]] והביא עידן חדש ל[[תעופה]] וב[[שנות ה-50 של המאה ה-20|שנות בחמישים]] החלה תנופה בעידן [[מטוס סילון|מטוסי הסילון]] ו[[כלי טיס צבאי|כלי טיס צבאיים]]ים רבים תוכננו לטוס בקרבת ואף מעבר למהירות הקול. [[מלחמת קוריאה]] היוותה גם תמריץ משמעותי, בה טייסים אמריקאים ניפגשו [[קרב אוויר|קרבות אוויר]] עם מטוסי קרב חדישים מתוצרת [[ברית המועצות]] (דוגמת [[מיג-15|מיג 15]]) והצורך במהירות, זריזות ומאפיינים נוספים נדרשו עבור המטוסים החדישים על מנת להתעלות על מטוסי הקרב הסובייטים.

<math>\mu = \arcsin{\frac{1}{M}}</math>

ולכן עבור <math>M</math>= 1.3, נקבל כי <math>\mu</math>= 50.3⁰.

מטוסים המיועדים ל[[שיוט (תעופה)|שייט]] במהירות גבוהה בדרך כלל בעלי כנפיים משוכות לאחור מסיבה זו בדיוק. דוגמה קלאסית של תכנון פילוג שטחי החתך הוא מטוס ה[[קונקורד]], בעל [[כנף דלתא|כנף הדלתא]] הענקית. דוגמה נוספת היא מטוס ה[[בואינג 747|בואינג 747 ג'מבו]], אשר בתיכון הראשוני של המטוס, הוסיפו קומה שנייה בחלקו הקדמי של המטוס, על מנת דווקא להגדיל את השטח החתך בחלק זה (למרותאם שאינטואיטיביתכי אינטואיטיבית תכנון זה לא מיטבי, שכן הוספת שטח מעלה גרר) ובכך "החליקה" את גידול שטח החתך מקצה החרטום ועד לתחילת האזור בו הכנפיים מתחברות לגוף המטוס. אמנם הייתה עלייה ב[[גרר צורה|גרר הצורה]] של המטוס, אך ההורדה המשמעותית ב[[גרר גלים|גרר הגלים]] הביאה להורדת סך גרר המטוס במהירות [[שיוט (תעופה)|שיוט]] גבוהה.

אחד החוקרים שעבד עם סטאק במנהרה היה מהנדס צעיר בשם ריצ'רד ט. ויטקומב. ויטקומב הוקסם ממטוסים בכלל ומ[[אווירודינמיקה]] בפרט, מאז שהיה ילד צעיר, כשהוא בנה ובחן מספר רב של דגמים של [[טיסנאות|טיסנים]]. הוא הועסק על ידי מרכז המחקר לאנגלי בשנת 1943, לאחר קבלת [[מהנדס|תואר מהנדס]] מן המכון הפולי-טכני ווסטר (Worcester Polytechnic Institute). מנהלי לאנגלי רצו בתחילה שיעבוד במחלקת כלי הטיס, אך ויטקומב התעקש לעבוד [[אווירודינמיקה|באווירודינמיקה]]. הוא קיבל את העדפתו והוצב אצל סטאק במנהרת רוח הגדולה -8-foot high speed wind tunnel. עד יולי [[1948]] פיתח ויטקומב מוניטין של מהנדס שפונים אליו לרעיונות מקוריים. הוא הציע סדרה של ניסויים, במנהרה הגדולה, עבור מגוון רחב של תצורות שונות של מטוס עם כנפיים משוכות לאחור. הוא קיווה שהניסויים יחשפו תצורה שתוביל לירידה משמעותית בגרר במהירויות עבר קוליות.

לחוקרים היתההייתה חסרה ההבנה בכל הקשור להתנהגות הזרימה באזור העבר קולי. חוקרים אחרים, עקב מגבלות הניסויים במנהרות רוח במהירויות עבר קוליות, החליטו לנקוט בשתי גישות חדשות.

שני מטוסים עברו תיכון מחדש אשר שילבו את חוק השטחים, על מנת לצמצם את גרר הגלים בהתקרב למהירות הקול. מטוס ה- [[קונבאיר F-102 דלתא דאגר|F-102A]] עבר "הצרת מותניים" באזור בו עובי הכנף מקסימלי, על מנת למתן את העלייה ולאחר מכן הירידה בשטח חתך המטוס. התצורה החדשה של המטוס הקלה משמעותית על המעבר למהירות הקול עם גרר נמוך משמעותית משהיה לפני התיכון המחודש. כתוצאה ישירה מכך, מטוס הקרב השתמש בהרבה פחות כוח על מנת להתגבר על הגרר העולה ובכך נחסכה כמות דלק משמעותית אשר הביאה שיפור משמעותי ביצואי תאוצה וטווח המטוס.