La règle des aires de Whitcomb a pincé le fuselage et les jets ont cessé de se battre contre le mur du son

Au début des années 1950, les concepteurs de jets se heurtaient sans cesse à un mur près de Mach 1 : la traînée augmentait bien plus vite que ne le prévoyaient les souffleries à partir des pièces. L'intercepteur F-102 de Convair, conçu pour Mach 1,2, ne pouvait même pas atteindre Mach 1 — son programme misait sur des chiffres de soufflerie optimistes. Lors d'une conférence à Langley fin 1951, Adolf Busemann décrivit l'écoulement transsonique comme des « tuyaux d'écoulement » rigides et plaisanta en disant que les ingénieurs devaient devenir des « monteurs de tuyaux » ; quelques jours plus tard, Richard Whitcomb eut l'illumination que les tuyaux des ailes et du fuselage interféraient les uns avec les autres.

Les expériences de Whitcomb de 1952, publiées sous le nom de NACA Report 1273, rendirent la règle quantitative : près de la vitesse du son, l'augmentation de la traînée à portance nulle dépend principalement du développement axial de l'aire de section transversale normale au flux d'air pour l'ensemble de la configuration. L'ajout des ailes crée une bosse dans cette courbe ; en creusant le fuselage là où elles le rejoignent, on la lisse à nouveau. La NACA transmit la règle à l'industrie américaine sur une base secrète à partir de 1952, Convair creusa le fuselage du F-102 et ajouta du volume à l'arrière — la vitesse de conception de Mach 1,2 fut alors atteinte — tandis que Grumman conçut le F-11 Tiger autour de la règle dès le départ.

Le profilage se répandit partout et le surnom resta : le F-102 et le Northrop F-5 furent surnommés « bouteilles de Coca volantes ». Les descendants de la règle sont invisibles mais omniprésents — la bosse derrière les postes de pilotage du Boeing 747 et du B-1 Lancer, le placement de la verrière du F-22, et la rallonge de fuselage arrière de 3,73 mètres du Concorde, qui réduisit la traînée d'onde de 1,8 % à Mach 2.

Façonner la section transversale de l'avion entier, pas des pièces

La traînée d'onde près de Mach 1 est une propriété de l'avion entier ; optimiser chaque composant pour l'écoulement en isolation revenait à optimiser la mauvaise quantité, ce qui est exactement la façon dont les prévisions du F-102 ont échoué.

Creuser le fuselage coûte peu en structure et pas de poussée, tandis que l'alternative évidente — des moteurs toujours plus gros pour percer le pic de traînée — brûlait du poids et du carburant pendant tout le vol.

Whitcomb testa des combinaisons complètes aile-fuselage dans la soufflerie à grande vitesse de Langley plutôt que des pièces, ce qui lui permit de voir la courbe d'aire au lieu des coefficients de traînée des composants.

Le cadre des « tuyaux d'écoulement » de Busemann fournit le modèle mental : l'air près de la vitesse sonique se comporte comme des tuyaux rigides, et des tuyaux qui se bombent les uns dans les autres créent des chocs stationnaires et de la traînée.

La NACA fit circuler la règle auprès de l'industrie américaine en secret à partir de 1952, de sorte qu'elle fut appliquée par Convair et Grumman alors qu'elle n'était pas encore publiée.

Optimisez la quantité qui détermine le coût, pas les composants devant vous. Un fuselage peut sembler parfaitement profilé seul et rester le problème une fois les ailes ajoutées — façonnez la courbe du système.

La règle des aires devint un outil permanent de conception transsonique plutôt qu'un sauvetage ponctuel : elle sauva le programme F-102, façonna les F-106, F-5 et B-58, et survit dans les profils à dos bombé des avions de ligne et des jets d'affaires. Robert T. Jones l'étendit à la règle des aires supersonique en 1956, et elle guida l'allongement du fuselage arrière du Concorde. Whitcomb reçut le trophée Collier pour 1954 et resta à Langley pour produire deux autres percées, le profil supercritique et les winglets. L'héritage le plus profond est l'habitude : vérifier la distribution de l'aire de section transversale avant de polir une quelconque pièce.