В военно-морской архитектуре и аэрокосмической технике коэффициент крупности — это отношение длины корпуса к его максимальной ширине. Короткие и широкие формы имеют низкий коэффициент крупности, а длинные и узкие — высокий. Самолеты, которые проводят время на сверхзвуковых скоростях, например Конкорд , обычно имеют высокий коэффициент крупности.
На скоростях ниже критического числа Маха одной из основных форм сопротивления является поверхностное трение . Как следует из названия, это сопротивление, вызванное взаимодействием воздушного потока с обшивкой самолета. Чтобы свести к минимуму это сопротивление, самолет должен быть спроектирован так, чтобы минимизировать открытую площадь кожи или «смачиваемую поверхность». Одним из решений этой проблемы является создание фюзеляжа «яйцеобразной» формы, например, который используется на самодельном Questair Venture .
Теоретическое идеальное соотношение крупности в фюзеляжах дозвуковых самолетов обычно составляет около 6:1, однако это может быть нарушено другими конструктивными соображениями, такими как требования к размерам сидений или груза. Поскольку фюзеляж с более высокой толщиной может иметь уменьшенные поверхности хвостового оперения, это идеальное соотношение практически можно увеличить до 8:1. [1]
Однако большинство самолетов имеют коэффициент крупности, значительно превышающий этот. Часто это происходит из-за конкурирующей необходимости разместить рулевые поверхности хвостового оперения на конце более длинного рычага момента , чтобы повысить их эффективность. Уменьшение длины фюзеляжа потребовало бы более крупных органов управления, что компенсировало бы экономию на лобовом сопротивлении от использования идеального коэффициента крупности. Примером высокопроизводительной конструкции с несовершенным коэффициентом крупности является Lancair . В других случаях проектировщик вынужден использовать неидеальную конструкцию из-за внешних факторов, таких как расположение сидений или размеры грузовых поддонов. Современные авиалайнеры часто имеют коэффициент крупности, намного превышающий идеальный, что является побочным эффектом их цилиндрического поперечного сечения, выбранного из соображений прочности, а также обеспечения единой ширины для упрощения компоновки сидений и обработки грузов .
Когда самолет приближается к скорости звука , в областях большей кривизны образуются ударные волны . Эти ударные волны излучают энергию, которую должны обеспечивать двигатели, энергию, которая не идет на увеличение скорости самолета. Похоже, это новая форма сопротивления, называемая волновым сопротивлением , которая достигает максимума, примерно в три раза превышающего сопротивление на скоростях, даже немного ниже критического числа Маха . Чтобы свести к минимуму волновое сопротивление, кривизну самолета следует сводить к минимуму, что предполагает гораздо более высокий коэффициент крупности. Вот почему высокоскоростные самолеты имеют длинные заостренные носы и хвосты, а также фонари кабины, прилегающие к линии фюзеляжа.
С технической точки зрения наилучшие характеристики сверхзвуковой конструкции характеризуются двумя «идеальными формами»: корпусом Sears-Haack, заостренным с обоих концов, или стрельчатой стрелой фон Кармана с тупым хвостом. Примеры последней конструкции включают Concorde , F-104 Starfighter и XB-70 Valkyrie , хотя в некоторой степени практически каждый самолет -перехватчик после Второй мировой войны имел такую конструкцию. Конструкторы ракет еще меньше заинтересованы в низкоскоростных характеристиках, а ракеты обычно имеют более высокий коэффициент точности, чем большинство самолетов.
Появление самолетов с более высоким коэффициентом измельчения также привело к появлению новой формы нестабильности - инерционной связи . По мере того как двигатели и кабина удалялись от центра масс самолета , инерция крена этих масс росла и стала способна подавлять мощность аэродинамических поверхностей. Для борьбы с этим эффектом используются разнообразные методы, в том числе увеличенные размеры органов управления и системы повышения устойчивости .