В военно-морской архитектуре и аэрокосмической технике коэффициент тонкости — это отношение длины тела к его максимальной ширине. Короткие и широкие формы имеют низкий коэффициент тонкости, длинные и узкие — высокий коэффициент тонкости. Самолеты, которые проводят время на сверхзвуковых скоростях, например, Concorde , обычно имеют высокий коэффициент тонкости.
На скоростях ниже критического числа Маха одной из основных форм сопротивления является трение обшивки . Как следует из названия, это сопротивление, вызванное взаимодействием воздушного потока с обшивкой самолета. Чтобы минимизировать это сопротивление, самолет должен быть спроектирован так, чтобы минимизировать открытую площадь обшивки или «смоченную поверхность». Одним из решений этой проблемы является построение фюзеляжа «в форме яйца», например, такого, который используется на самодельном Questair Venture .
Теоретически идеальные коэффициенты тонкости в фюзеляжах дозвуковых самолетов обычно находятся на уровне около 6:1, однако это может быть скомпрометировано другими конструктивными соображениями, такими как требования к посадочным местам или размеру груза. Поскольку фюзеляж с более высокой тонкостью может иметь уменьшенные хвостовые поверхности, это идеальное отношение может быть практически увеличено до 8:1. [1]
Однако большинство самолетов имеют коэффициенты тонкости, значительно превышающие этот. Это часто связано с конкурирующей необходимостью размещать хвостовые поверхности управления в конце более длинного плеча момента, чтобы повысить их эффективность. Уменьшение длины фюзеляжа потребовало бы более крупных органов управления, что свело бы на нет экономию сопротивления от использования идеального коэффициента тонкости. Примером высокопроизводительной конструкции с несовершенным коэффициентом тонкости является Lancair . В других случаях конструктор вынужден использовать неидеальную конструкцию из-за внешних факторов, таких как расположение сидений или размеры грузовых поддонов. Современные авиалайнеры часто имеют коэффициенты тонкости, намного превышающие идеальные, побочный эффект их цилиндрического поперечного сечения, которое выбрано для прочности, а также обеспечивает единую ширину для упрощения расположения сидений и обработки авиагрузов .
Когда самолет приближается к скорости звука , на участках с большей кривизной образуются ударные волны . Эти ударные волны излучают энергию, которую должны поставлять двигатели, энергию, которая не идет на ускорение самолета. Похоже, это новая форма сопротивления — называемая волновым сопротивлением — которая достигает пика примерно в три раза больше сопротивления на скоростях даже немного ниже критического числа Маха . Чтобы минимизировать волновое сопротивление, кривизна самолета должна быть сведена к минимуму, что подразумевает гораздо более высокие коэффициенты тонкости. Вот почему высокоскоростные самолеты имеют длинные заостренные носы и хвосты, а также фонари кабины, которые находятся вровень с линией фюзеляжа.
С технической точки зрения, наилучшие возможные характеристики для сверхзвуковой конструкции характеризуются двумя «идеальными формами»: корпусом Сирса-Хаака , заостренным с обоих концов, или оживальной формой фон Кармана , имеющей тупой хвост. Примерами последней конструкции являются Concorde , F-104 Starfighter и XB-70 Valkyrie , хотя в какой-то степени практически каждый самолет-перехватчик после Второй мировой войны имел такую конструкцию. Последняя в основном встречается на ракетах и снарядах, причем тупой конец является соплом ракеты . Конструкторы ракет еще меньше заинтересованы в характеристиках на низких скоростях, и ракеты, как правило, имеют более высокие коэффициенты тонкости, чем большинство самолетов.
Введение самолетов с более высокими коэффициентами тонкости также ввело новую форму нестабильности, инерционную связь . Поскольку двигатели и кабина смещались от центра масс самолета с более длинными фюзеляжами, требуемыми высоким коэффициентом тонкости, инерция крена этих масс росла, чтобы быть в состоянии подавить силу аэродинамических поверхностей. Для борьбы с этим эффектом используются различные методы, включая негабаритные органы управления и системы повышения устойчивости .