这才是地球第一强国造物:黑鸟高速飞机,超越时代的人类航空奇迹

2020年12月07日20:30:13 军事 1436

作为苏联/俄罗斯航空科研体系的中枢核心,中央空气流体动力研究院在回顾和总结苏俄从二战后直到90年代初期为止的研究发展时(详见其著作《超声速飞机空气动力学和飞行力学》);指出迄今为止人类通过发动机和空气动力学上的进步,在超音速飞行领域实现了三次主要飞跃。

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资料图:几乎全身都是机翼的黑鸟,它是最早的高速升力体飞机

第一次是飞机实现最大速度向2-3倍音速的突破,从F104、米格21直到米格25/31都包括在内。第三次飞跃则是高机动飞机(就是战斗机)不使用加力,转入到以1.5-1.8倍音速;这一代飞机目前仍仅有F22,俄罗斯和中国尚未拿出性能与F119同级别的发动机。

第二次飞跃则是在不要求飞机具备高机动能力的情况下,不开发动机加力,维持1.7-3倍音速飞行,黑鸟系列(包括A12/YF12/SR-71等三个主要型号)、图-144、协和等飞机,都是这一代的代表作;而黑鸟家族能以超过3倍音速进行巡航飞行的高空高速性能,在这一代飞机中毫无疑问占据着压倒性的优势。

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资料图:极力压缩机身厚度是黑鸟减低高速阻力的核心思路之一

黑鸟家族设计始于1956年,早在苏联击落U-2亚音速高空侦察机之前4年,洛克希德公司就开始研究能够凭借高度、速度甩掉苏联防空导弹、战斗机拦截,并在空中加油的支持下,具备环绕地球一周执行任务的能力。

同时在当时,黑鸟家族的设计中,已经正式做了大量的隐身化设计——但必须要强调的是,限于当时的能力水平,黑鸟系列并做不到真正的隐身能力。

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资料图:黑鸟大量采用钛合金以应对高速飞行时的剧烈加热

黑鸟的设计团队一共75人,虽然在当时他们拥有最强的计算机进行辅助计算——但是60年前的顶级超算,计算能力连现在的袖珍计算器都不如。而今天所有的高效设计手段——有限元分析、计算流体动力学,当年黑鸟设计团队在梦里都见不到这些鬼玩意。

就是在这样的条件下,1959年设计完成并得到批准开始建造,1962年4月24日,第一架黑鸟(型号A-12,客户是中央情报局)完成首飞。

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资料图:J58发动机并不是作为黑鸟家族的配套动力开发的,它原本为海军的高速截击机开发

为了保证最低的飞行阻力,黑鸟家族采用了升力体布局(比苏27/米格29早了十多年),将整个机身做成了超音速机翼的剖面形状,将两台发动机分布的非常远以降低相互之间的干扰阻力。

在动力上,J58发动机为涡轮喷气和冲压合一设计,低速下以涡喷模式工作,完成起飞降落和加速过程,高速时以冲压方式工作,保持高马赫数巡航。

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资料图:高昂的使用成本是黑鸟早早退役的关键原因之一

由于铝合金随着温度上升,其强度会急剧下降,因此黑鸟的主要机身材料选用了钛合金——34米长的大型钛合金飞机,即使放在今天制造难度也相当惊人。而黑鸟则诞生于近60年前,其中要攻克多少技术难关,实在是令人无法想象,不愧是世界第一强国的造物骄傲。

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资料图:高空代偿服

由于需要长时间维持2万米以上飞行,黑鸟飞行员必须穿着全封闭的高空代偿服——实际上就是原始版本的宇航服。这种服装必须根据飞行员个人定制,造价在当时就达到10万美金,手套一副就要6000美金。仅仅服装都要这么贵,整套飞机系统使用成本可想而知。

凭借3倍音速以上的巡航速度,和接近25000米(飞机环控系统从外界抽取空气,维持座舱压力的工程高度,再往上必须采用宇宙飞船式的全封闭设计)的最大实用飞行高度;黑鸟家族在冷战期间出入苏联等国境内,如入无人之境,未曾有一架被击落过——无论是地面发射导弹还是出动飞机拦截。

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资料图:由于设计年代极早,因此黑鸟的电气电子化和自动化程度都很低,座舱中遍布仪表,甚至连CRT显示器都见不到。

然而黑鸟本身也存在极为致命的固有缺陷,那就是极为高昂的使用成本;比如它的耗油率极高,每次任务都必须同步调动多架加油机在全球各地空域进行空中加油。因此在冷战结束以后,黑鸟家族很快就被退役——实在养不起了。

虽然后来一度曾有启用黑鸟的计划,但是必须要指出的是,随着卫星侦察和传输能力的增强,尤其是现代防空反导武器系统的高速进步;一方面黑鸟机载设备落后,侦察所得影响必须落地后人工解读,已经不能满足时代需要,另一方面它的飞行高度和速度也不再能成为可靠的安全屏障,实际上已经失去强行突防侦察的能力。

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公号做的晚,很多以前的文章没有收进来。今天这几篇都是以前写的,看了下观点和内容没啥问题,在现在依然成立。

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