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]]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.

 

[[קובץ:Area rule unifilar drawing.png|ממוזער|הדגמה ליישום שטח החתך ע"ג מטוס]]

במהירויות טיסה גבוהות, המהירות המקומית של זרימת האוויר יכולה להגיע למהירות הקול שבה הזרימה עוברת סביב גוף המטוס וה[[כנף (תעופה)|כנפיים]]. המהירות שבה מתרחשת התפתחות זו משתנה ממטוס למטוס והוא ידוע כ[[מספר מאך קריטי]] (מכאן גם השם ל[[כנף סופר-קריטית|פרופילים סופר-קריטיים]]). גלי ההלם הנוצרים בנקודות אלו של זרימה קולית/על קולית גורמת לעלייה חדה בגרר, הנקרא '''גרר גלים'''. לרוב, בתיכון מטוס עבר קולי או על קולי, משתמשים בגרף של מספר מאך מול גרר, במקדמי עילוי שונים, על מנת לתאר את נקודת תחילת עליית הגרר (Drag Rise) של המטוס. על מנת למזער ככל הניתן את כוח הגרר שגלי ההלם יוצרים, הצורה אווירודינמית של כלי הטיס צריכה להשתנות כך ששטח חתך הרוחבי ישתנה בצורה מתונה וחלקה ככל האפשר.

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 (אם כי 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.

 

[[קובץ:CD0 of unswept wings Area Rule.jpg|ממוזער|445x445 פיקסלים|השפעות חוק על שטחים על גרר עבר-קולי. לקוח מהמאמר של וויתקומב שרישמית פורסם בשנת 1956.]]

חוקרים במנהרות הרוח של מרכז המחקר שבלאנגלי החלו לעבוד על בעיית הגרר בתחום העבר קולי (במהירויות מתקרבות ועולות על מהירות הקול) עוד לפני תום [[מלחמת העולם השנייה]]. ב -[[1943]], [[ג'ון סטאק]], ראש סניף המנהרה של "לאנגלי", קיבל אישור להכפיל את העוצמה במנהרה מ -8,000 כוחות סוס ל -16,000 כוחות סוס. השדרוג, שהושלם באביב [[1945]], אפשר לחוקרים לייצר נתוני זרימה אמינים במנהרה למהירויות עד מאך 0.95. המנהרה הייתה גדולה מאוד יחסית לתקופה (גובה של 8 רגל - כ-2.5 מטרים) .