“库奇曼的胡萝卜”

“胜利者”轰炸机机翼上的纺锤体不是液压机构，而是面积律的应用，后来人称“库奇曼的胡萝卜”

机翼应用了“库奇曼的胡萝卜”设计的康维尔990客机

襟翼副翼作动筒整流罩的大小远远超过机械安装需要，尤其是后端大大超过机翼后缘，这些也是面积律修形的考虑

　　面积律的一个突出优点在于只与机体-机翼的截面积有关，而与截面形状无关，这为利用面积律修形降低跨音速阻力提供了极大的设计便利。采用蜂腰形机体只是利用面积律的一个方式，但不必拘泥于此，只要飞行器截面积均匀变化就可以，所以康维尔990客机、亨德利-佩吉“胜利者”轰炸机甚至苏联的图-95轰炸机没有蜂腰形机体，而是在机翼后缘有庞大的纺锤体，霍克“海隼”则在垂尾上安装了类似的纺锤体，都是用于面积律修形。这些机翼上的纺锤体有一个别称：“库奇曼的胡萝卜”。把面积律修形体安装在机翼上，还可增加机翼油箱容积，并为机翼卸载。现代客机把截面积与截面形状进一步分离，翼根鼓包的大小超过机翼-机体对接结构的需要，也超过主起落架收放的需要；襟翼副翼作动筒整流罩的大小远远超过机械安装需要，尤其是后端大大超过机翼后缘，这些也是面积律修形的考虑。

　　跨声速飞行时，用机翼的平面形状推迟激波的产生甚至比面积律更为重要。30年代时，布斯曼发明了后掠翼理论，另一个德国同行亚历山大·利皮希则发明了三角翼。有意思的是，布斯曼在1935年国际学术会议上介绍后掠翼的时候，美英的同行无动于衷，结果到1939年德国用风洞试验研究后掠翼并在Me 262的设计中考虑后掠翼的时候，美英依然固守平直翼。Me 262的设计最初曾考虑过30度甚至40度的后掠角，但最终因为结构和重心控制原因而降低到18.5度。同时代的英国格洛斯特“流星”战斗机只晚投入战斗两天，但在相同高度和发动机推力大体相当的情况下，“流星”的速度为760公里/小时，但Me 262可以达到830公里/小时，后掠翼在这里起了作用，但美英科学家要到战后才理解这个原因。

　　利皮希的三角翼最初不是从高速飞行的角度出发的，而是用来取消平尾的。无尾三角翼飞机取消了平尾结构，重量较轻。但三角翼对于轻型高速飞机的作用也是显而易见的，利皮希的团队受命用火箭发动机设计轻型高速战斗机，最终成为具有惊人速度但毫无续航时间可言的梅塞斯密特Me 163“流星”战斗机。Me 163的失败在于没有合适的发动机，但利皮希的三角翼理论最终得到认可，在1943年已经49岁时获得海德堡大学的博士学位，那个时代的德国博士的含金量还是很高的。

德国三角翼先驱亚历山大·利皮希

利皮希在二战中设计的P.13a三角翼战斗机方案

　　利皮希三角翼的后掠角不大，作为无尾三角翼，俯仰控制力矩较短，飞控特性不好。利皮希三角翼也较厚，并不适于高速飞行。在二战期间，美国NACA（现代NASA的前身）的罗伯特·琼斯推出薄翼型超音速三角翼理论，更加适合高速飞行，触发了战后三角翼飞机发展的高潮。大后掠三角翼间接解决了俯仰控制力矩不足的问题，与细长机体配合，适合高速飞行，但要解决前缘尖锐的薄翼型的气流分离问题和大后掠三角翼的低速飞行问题。按照传统气动理论，气流一旦出现分离，机翼就将失去升力。大后掠三角翼的低速飞行问题到现在依然是难题。

　　这也是英国航空科技余辉映照的时代。英国率先推出“彗星”式客机，抢先打开民航喷气时代的大门，但技术路线和经营路线上的错失导致失去先机，金属疲劳问题造成接连坠机更是致命打击，终于被波音后来居上，用划时代的波音707真正开创了民航的喷气时代。英国试图在超音速民航方面夺回先机，范保罗的RAE被赋以重任，库奇曼的黄金时代即将到来。

　　库奇曼很得到英国的重用，在1953年被授予英国公民，1954年提拔为RAE的高级首席科学家，1957年升任副总科学家兼超音速组主任，1966年进一步升任RAE空气动力学部总负责。50年代初的典型超音速机翼是短梯形，洛克希德F-104就是一个典型。短梯形的升力机制简单，阻力小，但低速时升力不足，操控很糟糕，起飞、降落速度很高，需要很长的跑道。变后掠翼的高速和低速特性都很好，但重量和机械复杂性太大。大后掠翼和简单三角翼在设计理念上没有本质差别，主要是有尾、无尾的结构重量和飞控差别，同样具有低速飞行问题。

　　库奇曼和乔安娜·韦伯合作，提出用大后掠薄翼型三角翼在大迎角飞行时造成的涡升力增升，大后掠三角翼较长的弦长正好使得升力涡有发育成熟、产生升力的条件。这是革命性的。经典气动理论最忌讳气流分离，肥厚的机翼前缘正是避免气流分离的传统做法，但这与超音速飞行所需要的尖锐前缘相抵触。反过来，尖锐前缘导致的气流分离如果可控的话，产生的涡流导致机翼上方的低压区，形成涡升力，问题是当时的主流气动理论做不到可控涡升力。一般认为这奠定了“协和”式的设计理念，不过这也使得“协和”式在起飞和着陆时需要异常大的迎角，使得可下垂机头成为必要，否则飞行员根本看不见跑道。这理念毕竟太前卫，英国特地设计了亨德利-佩吉HP.115研究机，用来验证大后掠三角翼的大迎角涡升力概念。试验结果证实了库奇曼和韦伯的理念，简单大后掠三角翼进一步优化，靠近翼根的部分后掠角进一步增加，强化涡升力；靠近翼尖的部分再次圆滑过渡到极大后掠角，降低翼尖阻力，成为“洋葱头”或者S形前缘三角翼，给“协和”式异乎寻常优美的外形。这也是“协和”式在气动设计上远远超过貌似雷同的图-144的主要地方。S形前缘还便利飞机的升力中心与重心的匹配。在飞机设计过程中，材料、结构和发动机的重量变化会使得重心有所移动。普通机翼可以相应前后调整位置来补偿，“协和”式这样大后掠三角翼与机体的对接几乎占飞机全长，就不能靠机翼前后移动来补偿了。S形前缘可以适当延长或缩短翼根或者翼尖极大后掠角的部分，可以在保持机翼的气动设计的大体不影响机翼-机体对接结构的情况下满足升力中心和重心匹配的要求。