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速度比导弹还快,这架飞机才是真正的黑科技

速度比导弹还快,这架飞机才是真正的黑科技-爱尖刀

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速度比导弹还快,这架飞机才是真正的黑科技-爱尖刀

来源;航空制造网 直观学机械

参考资料:军武位次面,航空网

SR-71“黑鸟”侦察机的大名恐怕无人不知无人不晓,其极具特色的黑色大三角形机翼和细薄如纸的机身都给军迷们留下了深刻的印象。但除了载人喷气式飞机最快空速纪录以外,恐怕很少有人知道类似于SR-71飞的越快越省油这种奇闻逸事。

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SR-71有纪录的空速极速为3529.6千米每小时,大约3.3马赫,但SR-71飞行员Brian Shul在回忆录中声称在1986年4月15日利比亚上空自己飞到了空速3.5马赫。实际上由于SR-71巡航速度是3.2马赫,其极限空速一直是美国空军的保密数据。除空速纪录外,SR-71还保持着许多固定距离飞行时间纪录,有名的要数从纽约到伦敦的5570.79千米飞行,SR-71在1974年9月1日仅用1小时54分56.4秒完成,此纪录迄今未被打破。与之相比,哪怕是协和客机都黯淡无光,同样的距离,协和的最短纪录为2小时52分钟。

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▲跨大西洋纪录飞行数据


最有意思的时间纪录莫过于一架即将退役捐赠给史密斯学会的SR-71。在其从洛杉矶飞到哥伦比亚特区的最后一次飞行中,此SR-71“顺带”打破了四项最短时间纪录,分别为从洛杉矶到哥伦比亚特区,从大西洋到太平洋,从堪萨斯城到哥伦比亚特区以及从圣路易斯到辛辛那提。


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▲顺带破纪录的两位飞行员

其实最初洛马公司臭鼬工厂研发的SR-71原型机YF-12是一种高空高速截击机,但是YF-12的设计并没有被美国空军所看中,反而其高空高速的性能被CIA所赏识,进而与美国空军合作在YF-12基础上研发了SR-71侦察机。


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▲YF-12截击机


为了建造这种近乎八成机身用钛合金打造的庞然大物,CIA秘密成立了许多空壳公司向当时钛金属的最大出口国苏联购买,最终完成建造32架SR-71。如果发现日后“偷窥”自己的是用自己卖的钛金属造的飞机,不知道苏联会怎么想。


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▲“偷窥”航路示意图


除了速度,另一项助SR-71完成任务的是其巡航高度25900米。虽说有很多喷气机可以通过极限爬升超过此高度,但都无法像SR-71一样在这两倍于常规客机最高飞行高度的高度巡航。由于采用升力体设计,SR-71不需要大翼展在空气稀薄的高空提供升力,整个机身得以全部隐藏在超音速后机头产生的激波内,进一步减少阻力,保证黑鸟能同时超高空超音速巡航。


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超高的巡航高度还给SR-71另一个无与伦比的“偷窥”优势,其并不需要进入敌人领空即可通过携带的倾斜视角摄像机进行拍摄侦查。


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▲SR-71巨大的拍摄视角


叛逃到日本的苏联别连科中尉在自己的书“米格驾驶员”中写到,苏联曾数次计划用米格25伏击SR-71,但怎奈性能上有差距,且SR-71并不在苏联领空,只能望着其拍摄苏联境内几百公里的照片。说到SR-71的拍摄装置,CIA也是下足了功夫。不仅解决了各式摄像机在高速拍摄时的模糊问题,还给主光学摄像机打造了极高的分辨率,其从25900米拍摄的照片甚至能清晰地显示出地面上车辆的车牌号。配合上SR-71的高速,其携带的摄像机仅需7分钟便可完成等同于朝鲜国土面积的高清拍摄。

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▲SR-71携带的两种主要摄像装置


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▲摄像装置示意图


不过以上全部科技都不如SR-71的J58引擎亮眼。作为全世界唯一一款涡轮冲压引擎,J58是SR-71一切的根基。


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▲J58引擎,注意侧面的三根巨大管子,下文中会特别提及


与最近出现的变循环引擎类似,J58可以调整引擎内气体的流动,但与变循环引擎的多重组合不同,J58更像是一个双向开关。J58的主要构造与一般涡轮喷气引擎无异,使用前部涡轮对空气进行增压以供燃烧,由于燃烧后炽热的气体要通过尾部叶片,为避免尾部叶片熔化引擎燃烧室温度不能过高,导致部分氧气无法充分燃烧。


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▲J58引擎2.2马赫以下示意图


为了能更好利用剩余氧气,几乎所有喷气引擎都在尾部叶片后设有加力燃烧室,通过剩余氧气与燃料的再混合燃烧,以高油耗低燃烧效率为代价提供更多推力,2.2马赫以下的J58引擎亦如此。但在2.2马赫以上,J58引擎两侧的六个导气管道会打开,将绝大部分进气从涡轮叶片第四级直接导入加力燃烧室。


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▲J58引擎2.2马赫以上示意图


由于2.2马赫以上SR-71向前飞行的运动对空气的加压比例已优于涡轮叶片的比例,直接将加压空气送入加力燃烧室能让燃烧效率大幅度提高。此时的J58引擎更像是冲压引擎,及不经过涡轮加压而是利用引擎前向运动来压缩空气的喷气式引擎。同时兼顾两种引擎特点的J58也因此被命名为涡轮冲压引擎。


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▲J58引擎油耗效率示意图,注意看弧线最高点处对应的空速


由于冲压引擎的油耗在超高音速阶段要远低于涡轮引擎的油耗,J58引擎是速度越快耗油越低,也就是说SR-71在3.2马赫巡航时耗油量最低。没错,你没看错,SR-71飞的越快越省油。所以认为SR-71飞行油耗高,更多的是对其为了适应高速摩擦热胀冷缩效应而设计了渗油油箱,导致起飞后需要马上加油的误解。


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▲正在渗油的SR-71油箱


虽说不是变循环引擎,但J58引擎是真的会“变”。为了让超音速的气流进入引擎后能被减速成亚音速气流以便加压,J58的引擎鼻锥会从1.6马赫开始,每提高0.1马赫向后收缩4.06厘米。当SR-71在3.2马赫巡航,J58引擎工作效率最高时,鼻锥已经足足向后收缩了66厘米。


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▲J58引擎1.6马赫时


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▲J58引擎3.2马赫时


终其一生,SR-71总共躲过4000余枚空空导弹和地空导弹,其中甚至包括在赎罪日战争时以色列所发射的导弹。由于高度机密,连当时美国最铁的盟友以色列都不清楚SR-71的存在,误把其当作敌机进行了攻击。


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▲被以色列防空导弹攻击过的SR-71


时至今日,SR-71仍然有许多数据和任务尚未解密,这只黑鸟或许会和其试飞地51区一样永远保留着些许谜团。


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▲在纽约市无畏号航母博物馆上展出的SR-71


随着NASA在1999年彻底退役科研版SR-71,这些庞大的黑鸟再也不用去挑战宇宙的边缘,去跨越声音的屏障,而是躺在名叫博物馆的鸟巢里享受着人们的瞻仰。尽管洛马宣布正在研发SR-72,但正如现今许多侦查飞行器一样,SR-72将会是超高音速无人机。黑鸟的传奇,至此终结。

关于黑鸟 

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SR-71超音速侦察机是由美国洛克希德公司研制的M3高空战略侦察机,于1963年2月开始研制,1964年12月开始试飞,1966年1月交付使用,1990年全部退役。SR-71机体重量的93%为钛合金,其气动外形为三角翼、双垂尾,发动机布置在机翼上。SR-71有三种改型:A型,战略侦察型,共生产25架;B型,教练型,共生产2架;C型,由A型改装的教练型。
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SR-71上有两名成员:飞行员和系统操作手。座舱呈纵列式。由于SR-71的飞行高度和速度都超出人体可承受的范围,两名成员必须穿着全密封的飞行服,看上去外观与宇航员类似。
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SR—71A是由YF—12发展而来的战略侦察机,也是“黑鸟”家族中生产架数最多的一种型号。该机于1963年2月开始研制。1964年10月29日l号机出厂,井被运往负责试验的加利福尼亚州旁姆戴尔工厂,在完成地面试验后,于同年12月22日首次飞行。1964年12月7日,美国空军决定将加利福尼亚州比尔空军基地提供给SR—7l战略侦察机使用,并组建了第4420战略侦察机联队。该联队即是美国空军第9战略侦察联队的前身。1965年SR—71通过了美国空军战略司令部的鉴定,并在1966年1月开始交付第9战略侦察联队使用。
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该机机内载油量增大,飞行重量和航程也有所增加。机载设备包括简单的战地侦察设备、入侵侦察用的高性能探测装置,以及每小时能侦察面积为15.5万平方公里的战略侦察系统。
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SR-71的机身大部份都是钛,而这些钛还是在冷战高峰期从苏联方面得到的,洛克希德用各种可行的伪装方法防止被苏联政府得知这些钛的用途。为了降低成本,他们使用的是可在较低温度软化而较易加工的钛合金,完成的飞机会涂上暗蓝色(趋近黑色),以加强热辐射冷却与高空的伪装效果。
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钛制蒙皮的研究显示,在逐次像是退火一般的剧烈加热中,材质会逐渐强化。
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主翼内侧蒙皮的主要部份其实是皱纹状的。热膨胀会使平滑的蒙皮撕裂或卷曲,而将蒙皮做出皱折让它能向垂直方向伸展,避免应力过强,同时也增强纵向强度。不过空气动力专家指责工程师是试图让一架20年代的福特三引擎飞机(因其皱纹状的铝制蒙皮而闻名)飞到三马赫。部份SR-71在机身中心附近有红色的警示条,以防止维修人员不慎破坏蒙皮,因为这里的蒙皮薄而易破,很大一块区域的下方都没有结构梁提供额外支撑。
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SR-71被设计为具有非常小的雷达反射截面(radar cross-section,RCS),这是早期的隐形设计。然而,这并没有包括高温引擎排气。所以讽刺的是,SR-71在联邦航空总署(Federal Aviation Administration,FAA)的长程雷达上是最大的目标之一,在几百哩外就能追踪。即使采用了大量的隐身技术,但是因为其在高速飞行时候巨大的红外特征,因此他实际上不具备隐形功能,但是依赖他的高速,SR-71成功的摆脱了上千次针对她的攻击,其中绝大部分都来自前苏联的飞机和对空导弹。
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SR-71仍然是世界上有人驾驶的最快的飞机,并且保有两项纪录:1976年7月28日当天,一架SR-71创下时速2,193.167哩(3,529.56公里)的速度纪录,以及85,068.997呎(25,929米)的高度纪录,只有前苏联的MiG-25狐蝠式高空拦截机曾经在1977年8月31日达到更高的37,650米。它可以在80,000呎(约24公里)的高空,以每小时100,000平方哩(约每秒72平方公里)的速度扫视地表。当SR-71在1990年退役时,其中一架从它出生的加州棕榈谷(Palmdale)的美国空军42号工厂(Plant 42),飞到维吉尼亚州香蒂利(Chantilly)国家航太博物馆展示,以平均时速2,124哩(3,418公里),全程只花了68分钟。SR-71也保有在1974年9月1日创下的从纽约到伦敦的纪录:1小时54分56.4秒。(协和式客机飞行同样的路程要3小时20分,而最快的亚音速客机波音747则需要7小时。)
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SR—71极其高昂的使用费用,是其将退役的主要原因之一,尽管就连国会议员也有人认为它仍然是一架尚无其它飞机可以代替的战略侦察机。在美国空军提交的任务准备状态的请求报告中,曾提出两架重新服役的SR—71A按每月30天计算,每月所需费用为3900万美元的预算。而且,美国空军还计划对其进行现代化改装,如改进它的侦察设备和雷达系统,装备卫星全球定位系统等,这些都需要极大的投资,所以美国国会未批准这些投资计划。由此看来,6O年代问世的“黑鸟”即将走到其生命的尽头。不过,即使SR—71全部退役,但如今已经变成NASA飞行试验机的“黑鸟”,仍将在科研战线上超期服役。

SR-71Blackbird

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chanpingongyi 作者
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