苏联的钛、漏油的油箱与速度纪录——关于SR-71“黑鸟”的故事

文摘   2024-09-10 14:50   黑龙江  

SR-71飞行中

50-60年代航空和火箭技术的快速进步,也促使很多速度型选手的诞生。如:独特的洲际巡航导弹“暴风”、苏联轰炸机М-50、历史上射程最远的防空导弹CIM-10、苏联巡航拦截机Ту-128,超音速战略轰炸机XB-70“女武神”。

今天想要回顾另一架飞机,即使在现在看来它依然非常具有未来感,而在60年前它简直像是外星飞船。没错,这就是美国的战略侦察机洛克希德SR-71“黑鸟”。

SR-71的机组人员穿着高空飞行服,站在飞机前方


SR-71是为CIA研发的A-12飞机的延伸型号

SR-71是第四架此类飞机。第一架是为CIA设计的A-12。从外观上看,这两架飞机非常相似,最显著的区别是SR-71的机头部分不同,并且SR-71拥有两名机组成员,而前身A-12只有一名。

洛克希德A-12飞行中的照片,1960年代

这些飞机的任务相似,都是在高空(超过20公里)和高速(超过3马赫)下进行侦察。人们认为这种飞行参数可以保护飞机免受防空导弹的威胁。早先只要飞得足够高就可以了,但1960年5月1日,苏联防空导弹部队在斯维尔德洛夫斯克击落了加里·鲍尔斯驾驶的U-2侦察机,这一事件证明了仅凭高度并不能保证安全。

洛克希德U-2侦察机

A-12于1962年首次飞行,一年后开始投入使用。然而,使用时间并不长,CIA在1968年因其高昂的成本和维护费用放弃了这架飞机,转而优先使用卫星。顺便提一句,A-12从未飞越苏联领空,因为担心苏联的防空导弹。

A-12的第二个改进型号是超音速拦截机YF-12。这架飞机在试飞期间创造了速度(3200公里/小时)和飞行高度(24公里)的纪录,这些纪录后来被SR-71打破。它的主要武器是射程可达160公里的AIM-47“猎鹰”导弹。然而,即使对美国来说,这种“黄金”拦截机的成本也过于昂贵,加上越南战争的巨大支出和其他问题,最终放弃了批量生产。

YF-12

还有几句关于A-12的第三个改进型号M-21的话。由于飞越苏/中领空非常危险,但获取情报又极为重要,洛克希德公司提出可以用A-12发射一次性无人机D-21。D-21使用博马克导弹的冲压发动机,并装有情报设备。无人机相对便宜,技术泄露风险低。执行任务后,D-21会丢弃情报容器并自毁。

M-21和D-21飞行中的照片

但这个想法没有成功:起飞时有很高的风险会撞到垂尾,而在三马赫的速度下,这无疑会导致灾难。尽管人们意识到了这种危险,并试图解决,但在一次试飞中,一架M-21飞机因为这种问题失事,机组人员虽然弹射成功,但一名飞行员因受伤在海上降落后溺亡。

之后,工程师们决定不再冒险,而是用B-52战略轰炸机从机翼下发射D-21。为了加速无人机达到冲压发动机的工作速度,还使用了火箭助推器。然而,D-21的表现依然不佳,甚至在首次任务时无人机飞入了苏联。残骸被图波列夫设计局研究,苏联曾考虑开发类似的无人机,但最终未获批准。而D-21的服役时间不到两年,因表现不佳在1971年被终止使用。

那么,在这个故事中,SR-71的角色在哪里呢?今天的主角SR-71是A-12的进一步发展版本,但这次是为美国空军设计的,他们同样希望拥有一架高速高空侦察机。SR-71的最大起飞重量增加了一倍,燃料储备更多,飞行速度更快,航程更远,并且不需要进行中途加油。在加长的机头内,除了飞行员外,还增加了一名侦察系统操作员。此外,机载设备也得到了大幅升级。

SR-71于1964年首次飞行,1967年开始正式服役。


SR-71的制造使用了来自苏联的钛

在SR-71的制造过程中,大量使用了钛制零件。钛占了飞机结构的约85%,其余的主要由复合材料制成。选择钛是因为它能承受飞行速度达三马赫时产生的高温,同时还能提供重量优势和所需的强度。

SR-71的组装过程

不过,钛材料本身成为了一个问题——美国供应商无法提供所需的数量,因此只能通过一系列中间公司从苏联购买钛矿石。例如,一些公司声称这些钛是用来制作披萨烤炉的。

因此,这架部分用于执行苏联领空任务的飞机,实际上在制造过程中使用了苏联的原材料。


SR-71保持着载人飞机的绝对速度记录

正如前面提到的,SR-71保持着载人飞机的绝对飞行速度记录——3529公里/小时(3.3马赫),以及最大水平飞行高度的绝对记录——25,929米。两项记录均于1976年7月28日由两架不同的飞机创下,至今无人打破。

从SR-71驾驶舱望向25公里高度的景象

评论中很可能会有人提到,米格-25М(E-266)保持着飞行高度的记录,达到了惊人的37,650米。这是事实。

米格-25PU,1977年试飞员亚历山大·费多托夫驾驶该机创下了速度记录。7年后,他在米格-31的试飞中不幸遇难

不过,这两项记录的类型不同——SR-71的记录是水平飞行中的最高高度,而米格-25的记录是喷气飞机的绝对高度记录。在米格-25的情况下,它在爬升时达到了最高点。然而,这丝毫不影响这一伟大成就。


SR-71搭载了为其专门设计的独特发动机

SR-71和其同类飞机搭载了普拉特·惠特尼公司开发的J58发动机,这是一种结合了涡轮喷气发动机和冲压喷气发动机优势的混合型发动机。

SR-71的前视图,清晰可见进气口的可移动锥体

J58根据速度的不同,可以像涡轮喷气发动机那样工作,或者在混合模式下运作,甚至主要以冲压方式运行。模式的切换通过调整进气口的可移动锥体实现。正因如此,J58发动机无论在亚音速还是在超过三马赫的速度下都能高效运行。

J58 在加力模式下

为了 J58 发动机,特别开发了名为 JP7 的燃料,具有耐高温的特性。除了作为燃料,JP7 还通过内部管道在流向发动机的过程中,起到冷却飞机机身和内部设备的作用。由于 JP7 的特性,标准的加力燃烧室点火方法(使用火花)不适用,解决方案是使用一种特殊物质——三乙基硼烷(TEB)。每架飞机上都有一个三乙基硼烷储罐,其容量足够进行16次点火。这限制了飞机的飞行时间,因为每次空中加油后,都需要重新点燃加力燃烧室。

JP7 还有一个有趣的特点——在室温下,这种燃料像沥青一样粘稠,因此在加油前需要对其进行加热。

SR-71 起飞时,发动机在加力模式下工作


SR-71 停在地面时油箱经常漏油

没错,这不是谣言。事实是,SR-71 的钛合金外壳板材在安装时留有微小的缝隙。这样设计是为了防止飞机在高速飞行时因钛合金部件的高温膨胀而变形。当飞机在3马赫速度下进行巡航飞行时,机体会因高温而膨胀,金属板会紧密地贴合在一起。燃料直接储存在机翼和机身的空腔内,因此当飞机停在地面时,燃料会从缝隙中渗出。

有一个广为流传的误解,认为燃料像水一样从飞机中流出,因此 SR-71 起飞后必须立即进行空中加油。实际上并非如此。SR-71 需要进行空中加油的原因是,若以满载燃料的最大起飞重量起飞,虽然可能,但风险极大。因此,“黑鸟”通常是轻载起飞,然后在空中从 KC-135 空中加油机加满燃料。

SR-71 空中加油

虽然地勤人员对飞机下的燃料渍感到不安,但这些燃料实际上并没有危险。JP7 燃料在普通条件下非常难以点燃,因此不会因偶然的火花而起火。

SR-71 在飞行中。注意机翼上的水汽痕迹——这是燃料的渗漏

这就是今天的全部内容。事实上,关于 SR-71 还有很多有趣的故事可以分享,比如它在苏联边境附近的飞行。


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