蘇聯的鈦、漏油的油箱與速度紀錄——關於SR-71「黑鳥」的故事

2024-09-10     胡侃雜史

SR-71飛行中

50-60年代航空和火箭技術的快速進步,也促使很多速度型選手的誕生。如:獨特的洲際巡航飛彈「暴風」、蘇聯轟炸機М-50、歷史上射程最遠的防空飛彈CIM-10、蘇聯巡航攔截機Ту-128,超音速戰略轟炸機XB-70「女武神」。

今天想要回顧另一架飛機,即使在現在看來它依然非常具有未來感,而在60年前它簡直像是外星飛船。沒錯,這就是美國的戰略偵察機洛克希德SR-71「黑鳥」。

SR-71的機組人員穿著高空飛行服,站在飛機前方

SR-71是為CIA研發的A-12飛機的延伸型號

SR-71是第四架此類飛機。第一架是為CIA設計的A-12。從外觀上看,這兩架飛機非常相似,最顯著的區別是SR-71的機頭部分不同,並且SR-71擁有兩名機組成員,而前身A-12隻有一名。

洛克希德A-12飛行中的照片,1960年代

這些飛機的任務相似,都是在高空(超過20公里)和高速(超過3馬赫)下進行偵察。人們認為這種飛行參數可以保護飛機免受防空飛彈的威脅。早先只要飛得足夠高就可以了,但1960年5月1日,蘇聯防空飛彈部隊在斯維爾德洛夫斯克擊落了加里·鮑爾斯駕駛的U-2偵察機,這一事件證明了僅憑高度並不能保證安全。

洛克希德U-2偵察機

A-12於1962年首次飛行,一年後開始投入使用。然而,使用時間並不長,CIA在1968年因其高昂的成本和維護費用放棄了這架飛機,轉而優先使用衛星。順便提一句,A-12從未飛越蘇聯領空,因為擔心蘇聯的防空飛彈。

A-12的第二個改進型號是超音速攔截機YF-12。這架飛機在試飛期間創造了速度(3200公里/小時)和飛行高度(24公里)的紀錄,這些紀錄後來被SR-71打破。它的主要武器是射程可達160公里的AIM-47「獵鷹」飛彈。然而,即使對美國來說,這種「黃金」攔截機的成本也過於昂貴,加上越南戰爭的巨大支出和其他問題,最終放棄了批量生產。

YF-12

還有幾句關於A-12的第三個改進型號M-21的話。由於飛越蘇/中領空非常危險,但獲取情報又極為重要,洛克希德公司提出可以用A-12發射一次性無人機D-21。D-21使用博馬克飛彈的衝壓發動機,並裝有情報設備。無人機相對便宜,技術泄露風險低。執行任務後,D-21會丟棄情報容器並自毀。

M-21和D-21飛行中的照片

但這個想法沒有成功:起飛時有很高的風險會撞到垂尾,而在三馬赫的速度下,這無疑會導致災難。儘管人們意識到了這種危險,並試圖解決,但在一次試飛中,一架M-21飛機因為這種問題失事,機組人員雖然彈射成功,但一名飛行員因受傷在海上降落後溺亡。

之後,工程師們決定不再冒險,而是用B-52戰略轟炸機從機翼下發射D-21。為了加速無人機達到衝壓發動機的工作速度,還使用了火箭助推器。然而,D-21的表現依然不佳,甚至在首次任務時無人機飛入了蘇聯。殘骸被圖波列夫設計局研究,蘇聯曾考慮開發類似的無人機,但最終未獲批准。而D-21的服役時間不到兩年,因表現不佳在1971年被終止使用。

那麼,在這個故事中,SR-71的角色在哪裡呢?今天的主角SR-71是A-12的進一步發展版本,但這次是為美國空軍設計的,他們同樣希望擁有一架高速高空偵察機。SR-71的最大起飛重量增加了一倍,燃料儲備更多,飛行速度更快,航程更遠,並且不需要進行中途加油。在加長的機頭內,除了飛行員外,還增加了一名偵察系統操作員。此外,機載設備也得到了大幅升級。

SR-71於1964年首次飛行,1967年開始正式服役。

SR-71的製造使用了來自蘇聯的鈦

在SR-71的製造過程中,大量使用了鈦制零件。鈦占了飛機結構的約85%,其餘的主要由復合材料製成。選擇鈦是因為它能承受飛行速度達三馬赫時產生的高溫,同時還能提供重量優勢和所需的強度。

SR-71的組裝過程

不過,鈦材料本身成為了一個問題——美國供應商無法提供所需的數量,因此只能通過一系列中間公司從蘇聯購買鈦礦石。例如,一些公司聲稱這些鈦是用來製作披薩烤爐的。

因此,這架部分用於執行蘇聯領空任務的飛機,實際上在製造過程中使用了蘇聯的原材料。

SR-71保持著載人飛機的絕對速度記錄

正如前面提到的,SR-71保持著載人飛機的絕對飛行速度記錄——3529公里/小時(3.3馬赫),以及最大水平飛行高度的絕對記錄——25,929米。兩項記錄均於1976年7月28日由兩架不同的飛機創下,至今無人打破。

從SR-71駕駛艙望向25公里高度的景象

評論中很可能會有人提到,米格-25М(E-266)保持著飛行高度的記錄,達到了驚人的37,650米。這是事實。

米格-25PU,1977年試飛員亞歷山大·費多托夫駕駛該機創下了速度記錄。7年後,他在米格-31的試飛中不幸遇難

不過,這兩項記錄的類型不同——SR-71的記錄是水平飛行中的最高高度,而米格-25的記錄是噴氣飛機的絕對高度記錄。在米格-25的情況下,它在爬升時達到了最高點。然而,這絲毫不影響這一偉大成就。

SR-71搭載了為其專門設計的獨特發動機

SR-71和其同類飛機搭載了普拉特·惠特尼公司開發的J58發動機,這是一種結合了渦輪噴氣發動機和衝壓噴氣發動機優勢的混合型發動機。

SR-71的前視圖,清晰可見進氣口的可移動錐體

J58根據速度的不同,可以像渦輪噴氣發動機那樣工作,或者在混合模式下運作,甚至主要以衝壓方式運行。模式的切換通過調整進氣口的可移動錐體實現。正因如此,J58發動機無論在亞音速還是在超過三馬赫的速度下都能高效運行。

J58 在加力模式下

為了 J58 發動機,特別開發了名為 JP7 的燃料,具有耐高溫的特性。除了作為燃料,JP7 還通過內部管道在流向發動機的過程中,起到冷卻飛機機身和內部設備的作用。由於 JP7 的特性,標準的加力燃燒室點火方法(使用火花)不適用,解決方案是使用一種特殊物質——三乙基硼烷(TEB)。每架飛機上都有一個三乙基硼烷儲罐,其容量足夠進行16次點火。這限制了飛機的飛行時間,因為每次空中加油後,都需要重新點燃加力燃燒室。

JP7 還有一個有趣的特點——在室溫下,這種燃料像瀝青一樣粘稠,因此在加油前需要對其進行加熱。

SR-71 起飛時,發動機在加力模式下工作

SR-71 停在地面時油箱經常漏油

沒錯,這不是謠言。事實是,SR-71 的鈦合金外殼板材在安裝時留有微小的縫隙。這樣設計是為了防止飛機在高速飛行時因鈦合金部件的高溫膨脹而變形。當飛機在3馬赫速度下進行巡航飛行時,機體會因高溫而膨脹,金屬板會緊密地貼合在一起。燃料直接儲存在機翼和機身的空腔內,因此當飛機停在地面時,燃料會從縫隙中滲出。

有一個廣為流傳的誤解,認為燃料像水一樣從飛機中流出,因此 SR-71 起飛後必須立即進行空中加油。實際上並非如此。SR-71 需要進行空中加油的原因是,若以滿載燃料的最大起飛重量起飛,雖然可能,但風險極大。因此,「黑鳥」通常是輕載起飛,然後在空中從 KC-135 空中加油機加滿燃料。

SR-71 空中加油

雖然地勤人員對飛機下的燃料漬感到不安,但這些燃料實際上並沒有危險。JP7 燃料在普通條件下非常難以點燃,因此不會因偶然的火花而起火。

SR-71 在飛行中。注意機翼上的水汽痕跡——這是燃料的滲漏

這就是今天的全部內容。事實上,關於 SR-71 還有很多有趣的故事可以分享,比如它在蘇聯邊境附近的飛行。

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-cn/c52d24c80dc8bc1b694ada70196dd4ff.html