ウィットコムのエリアルールは胴体をくびれさせ、ジェット機は音の壁と戦うのをやめた

1950年代初頭、ジェット機の設計者たちはマッハ1付近で壁に突き当たり続けていた。抵抗は、部品ごとに基づく風洞予測よりもはるかに速く増大した。マッハ1.2向けに設計されたコンベアの迎撃機F-102は、マッハ1にすら到達できなかった——その計画は楽観的な風洞数値に頼っていたのだ。1951年後半のラングレーでの講演で、アドルフ・ブーゼマンは遷音速流を剛体の「流管（ストリームパイプ）」と表現し、技術者は「配管工」にならねばならないと冗談を言った。数日後、リチャード・ウィットコムは、主翼と胴体の管が互いに干渉し合っているというひらめきを得た。

1952年のウィットコムの実験は、NACA報告1273として公表され、この規則を定量的なものにした。音速付近では、ゼロ揚力時の抵抗増加は、主として機体全体について気流に垂直な断面積の軸方向の変化に依存する。主翼を追加するとその曲線に膨らみが生じ、接合部で胴体をくぼませると再び滑らかになる。NACAは1952年からこの規則を秘密裏に米国産業界に渡し、コンベアはF-102の胴体をくぼませて後部容積を追加し——設計速度マッハ1.2に到達した——一方グラマンは当初からこの規則に基づいてF-11タイガーを設計した。

この整形はあらゆる場所に広がり、愛称も定着した。F-102とノースロップF-5は「空飛ぶコーラ瓶」と呼ばれた。この規則の子孫は目に見えないが至る所にある——ボーイング747やB-1ランサーの操縦席後方の膨らみ、F-22のキャノピーの配置、そしてコンコルドの3.73メートルの後部胴体延長は、マッハ2で波抵抗を1.8%削減した。

部品ではなく、機体全体の断面を整形せよ

マッハ1付近の波抵抗は機体全体の性質である。各構成要素を単独で流線形化するために最適化することは、誤った量を最適化することであり、まさにそれがF-102の予測が失敗した理由である。

胴体をくびれさせることは構造上のコストがほとんどかからず、推力も不要である。一方、明らかな代替案——抵抗のピークを突破するためにさらに大きなエンジン——は、飛行全体を通じて重量と燃料を消費した。

ウィットコムは部品ではなく、完全な翼胴結合体をラングレーの高速風洞で試験した。そのため、部品ごとの抵抗係数ではなく、面積曲線を見ることができた。

ブーゼマンの「流管」という枠組みが思考モデルを与えた。音速付近の空気は剛体の管のように振る舞い、互いに膨らみ合う管は定在衝撃波と抵抗を生む。

NACAは1952年からこの規則を秘密裏に米国産業界に配布したため、未公表の間にコンベアとグラマンによって適用された。

目の前の構成要素ではなく、コストを決める量を最適化せよ。胴体は単独では完全に流線形に見えても、主翼が付くと問題になることがある——システムの曲線を整形せよ。

エリアルールは一度きりの救済ではなく、遷音速設計の常設の道具となった。それはF-102計画を救い、F-106、F-5、B-58を形作り、旅客機やビジネスジェットの背中の膨らんだプロファイルの中に生き続けている。ロバート・T・ジョーンズは1956年にこれを超音速エリアルールへと拡張し、コンコルドの後部胴体延長を導いた。ウィットコムは1954年のコリアー・トロフィーを受賞し、ラングレーに留まってさらに二つの画期的成果、超臨界翼型とウィングレットを生み出した。より深い遺産はその習慣である。個々の部品を磨く前に、断面積分布を確認せよ。