Как именно инженеры пришли к окончательному дизайну таких самолетов, как F-16 или SR-71?

Короткий ответ: если мы можем запрограммировать это на компьютер, то мы можем сделать это вручную, просто это займет намного больше времени.

Когда-то « компьютер » был канцелярским профессионалом или математиком с бумагой, карандашом, журнальными таблицами, логарифмической линейкой и т.п. на их столе. Центр обработки данных того времени представлял собой большой зал, заполненный рядами столов, за каждым из которых усердно работал компьютер, каждый из которых выполнял точно определенную процедуру. Супервайзеры собирали их расчеты и передавали их следующему вычислителю в цепочке, который выполнял следующую процедуру. Полный расчет большого планера для производства может занять пару лет.

Механический настольный калькулятор выглядел как маленький кассовый аппарат в старом стиле и значительно облегчал им жизнь. Электронные настольные калькуляторы подняли свою игру еще на один шаг.

Компьютер был одной из первых профессий, полностью узурпированных электронной революцией. Программисты еще долго говорили о написании своего кода модульным образом, в виде подпрограмм и подпрограмм.

В настоящее время мы можем разработать базовый планер в худшем случае за несколько недель, в то время как модели в аэродинамической трубе печатаются на 3D-принтере и повторяются до тех пор, пока мы не достигнем безграничной радости. Однако дизайн для производства стал намного более сложным, не говоря уже о привязке к стандартам, а сроки увеличились.

Но все компьютеры страдают от одного конкретного явления, известного в торговле как GIGO — мусор на входе, мусор на выходе. Вам действительно нужен компетентный и опытный дизайнер на вершине пищевой цепочки. Дизайнеру ГА, который занимается боевым самолетом, приходится долго учиться; такие, как ведущий дизайнер SR-71 Келли Джонсон, не появляются все еще мокрыми за ушами. (Так было не всегда; британская компания de Havilland годами приставала к Министерству авиации, ее обманывали и оскорбляли на каждом шагу за то, что они были простыми гражданскими конструкторами, поэтому они построили свое детище как частное предприятие и назвали его Mosquito .... )

А-12 и SR-71 были плоскими, как гладильная доска, не просто так. Таким образом, момент тангажа на скорости 3+ Маха можно было легко рассчитать. На момент проектирования аэродинамические трубы со скоростью 3 Маха были в зачаточном состоянии и имели очень маленькие испытательные участки, поэтому их результаты были ненадежными. Действительно, большая часть работы была проделана с помощью интуиции и логарифмических линеек. Вычисления проводились в комнатах, заполненных людьми-компьютерами , потому что цифровые компьютеры были редки и сложны в использовании (вы когда-нибудь пытались рассортировать колоду перфокарт после того, как случайно уронили металлический ящик, удерживавший их на полу?). Конечно, эти компьютеры намного опережали цифровой компьютер, который использовался в конструкции крыла Messerschmitt 262., но существовало мало существующего программного обеспечения, поэтому, если вам нужен был быстрый результат, люди-компьютеры были подходящим вариантом.

В то время как сегодня большая часть вычислений сводится к итеративному решению больших систем уравнений, где каждое уравнение описывает состояние в крошечной частичке большой многомерной сетки, в то время многое делалось с дифференциальными уравнениями, которые решались один раз для полной системы, т.е. это тепло в двигателе или подъем на крыле. Многие данные были сведены в таблицы, и их нужно было только искать, но это работало только тогда, когда вы оставались в области проверенных параметров. Разработка новых материалов и чисел Маха представляла собой сочетание фундаментальных исследований и проб и ошибок. Чтобы дать вам представление о том, что было доступно для расчета параметров потока, взгляните на отчет NACA 1135 , опубликованный в 1951 году. Я уверен, что подобные документы были завалены столами инженеров Lockheed в те дни.

Но у этих инженеров было гораздо больше времени, чтобы попробовать и изучить новые вещи. Встречи были короткими и по делу, счетчики бобов и юристы по-прежнему считали себя вспомогательным персоналом, а не (пока) центром компании, так что той чуши, которая мешает сегодняшним инженерам работать продуктивно, еще не было. Если вы прочтете биографии таких людей, как Бен Рич , вы узнаете, что многолетний опыт работы с данными аэродинамической трубы позволил Келли Джонсон угадать пиковую температуру удара с точностью до нескольких градусов. Я работал с инженерами, которые могли определить наклон кривой подъема произвольной формы в плане с точностью до двух знаков после запятой, просто взглянув на нее.

С F-16 уже многое стало другим. Мощные и гибкие компьютерные коды позволили заменить исследования в аэродинамической трубе и сделали возможным создание сложных криволинейных поверхностей. Если вы посмотрите на сверхзвуковое сопротивление чистого F-16, вы увидите, что форма самолета была оптимизирована для трансзвукового потока. В то время как коэффициент лобового сопротивления старых конструкций имел явный пик между 1,0 и 1,2 Маха, коэффициент лобового сопротивления F-16 остается примерно постоянным на всем сверхзвуковом диапазоне . Это результат тщательной настройки, которая была бы невозможна во времена только аэродинамических труб. Кроме того, нижний воздухозаборник является результатом большого опыта не только в аэродинамике, но и в эксплуатации: предыдущие поколения инженеров слишком боялись FOD .принимать живот.

В то время как сегодняшние выпускники машиностроения снова имеют в своем распоряжении гораздо лучшие инструменты, чем команда Роберта Видмера , им будет не хватать всего опыта, который приходит, когда они участвовали в разработке нескольких самолетов . Результат будет достойным, но он не соответствует многим деталям, где опыт заставил инженеров 1970-х годов выбрать лучшее решение в целом.