从未被击落的飞机,速度比子弹快,造价15亿美元,犹如外星产物

  • 日期:08-21
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  美国SR-71黑鸟侦察机

  

  冷战时期,美国和苏联这两个超级大国为了争霸,研发出众多就算在今天看来都非常令人不可思议的“黑科技”装备,在这些装备中,美国的SR-71“黑鸟”侦察机是绝对的传奇,这种诞生于上世纪60年代的高空侦察机外形就像外星来客一样科幻,而且创下许多记录至今都没被超越,而这些记录可能在未来很长的一段时间内都不会被打破。

  

  SR-71的前身A-12“牛车”

  1955年,在美国U-2高空侦察机首飞后不久,洛克希德公司下属的“臭鼬工厂”就开始了下一代高空侦察机的研制计划,为了应对性能日渐提高的苏联雷达和防空系统,臭鼬工厂开始研制一种机体雷达反射截面小不易被雷达探测到,且要求速度能够达到三马赫以上的新型高空侦察机,研制项目代号“热忱”。

  臭鼬工厂经过多次修改设计方案,最终采用三角翼布局、翼根前缘直到机头布置有大边条的A-12方案于1959年8月通过美国军方审查,1960年1月美国中央情报局与洛克希德公司签订了制造12架A-12“牛车”侦察机的合同,A-12正式进入研制阶段。1962年2月,A-12的一号机在洛克希德公司位于加利福尼亚州的伯班克工厂正式出厂,随后被拆解用卡车秘密运往位于内华达州的51区进行飞行试验,1962年4月26日,A-12成功首飞。

  

  1962年4月A-12侦察机在51区首飞

  A-12最初采用的是两台J75发动机,但是推力不足,后来换装动力更强的J58发动机后,性能达到了设计要求,1963年7月,A-12在飞行中速度突破了3马赫,同年11月在4800米高度飞出了设计最大速度,也就是3.2马赫。1964年2月3日,一架A-12在25000米的高空以3.2马赫的最大速度持续飞行了10分钟。

  A-12侦察机于1965年开始正式进入美军服役,共生产了12架,服役后A-12执行过侦察古巴的云雀行动和侦察越南的“黑盾”行动,另外还曾侦察过中国和朝鲜。1968年后,随着其改进型SR-71侦察机的服役,A-12逐渐被取代。此外,美国还用A-12改装过三架YF-12战略拦截机,最终项目夭折,没能继续发展。

  

  YF-12A(上)和YF-12B截击机

  A-12研制成功后,臭鼬工厂向美国空军提出了以A-12为基础上放大机身,研发一种既能执行侦察任务,又能够执行攻击任务的战机,最终研发攻击型的计划夭折,只有专用战略侦察型方案得以继续发展,SR-71黑鸟侦察机因此诞生,其代号中的SR意为战略侦察(Strategic Reconnaissance)。通过美国空军审查后,洛克希德公司共制造了29架SR-71A战略侦察机,2架教练型SR-71B,后来还将一架A-12的拦截型YF-12A改装成SR-71C教练机,也就是说黑鸟侦察机总计有32架。

  

  SR-71(左)和A-12侦察机

  SR-71A机翼翼展、机高和机翼面积都与A-12和YF-12A相同,不同之处在于机身加长了,由31.17米增加到32.74米,另外机身两侧的边条从翼根前缘一直延伸到了机头,如上图,左边的SR-71机头比右边的A-12明显宽了不少,此外还取消了发动机短舱和机尾下的3块腹鳍。SR-71A机内载油量相对于A-12也有所增加,起飞重量和航程也随之增大。而为了执行更复杂的战略侦察任务,SR-71A加装了更先进的战地侦察设备,为此还专门配备了一名侦察系统操作员,使得SR-71A也由单座变为了双座,这也是SR-71和A-12外观上最显著的不同。

  

  SR-71开加力飞行

  黑鸟侦察机作为人类历史上速度最快的有人驾驶飞机,屡次创下世界纪录,多项纪录保持至今。1976年7月28日当天,一架SR-71创下时速3529.56公里(3.35马赫)的速度纪录,以及25929米的飞行高度纪录。3.35马赫是个什么概念?一马赫等于一倍音速,而音速为340米每秒,也就是说黑鸟飞行速度达到了1139米每秒,要知道AK-47步枪子弹出膛初速才710 米/秒,也就是说黑鸟飞得比子弹还要快。

  

  美国SR-71黑鸟侦察机

  黑鸟创下的速度记录至今没被打破,而高度纪录在1977年8月31日被一架苏联米格-25截击机打破,当时这架米格-25飞到了37650米的高空。虽然米格-25截击机的飞行速度也能达到3马赫以上,但是不能长时间以此速度飞行,而黑鸟侦察机能够长时间以3马赫速度飞行。黑鸟侦察机还在1974年9月1日创下了从纽约到伦敦最快纪录,飞行过程只用了1小时54分56.4秒,而协和飞机需要3小时20分,波音747则需要7小时。

  

  黑鸟侦察机使用的J58变循环发动机

  为了达到3马赫的飞行速度,黑鸟侦察机装备了两台动力强劲的J58变循环发动机,这种发动机最大加力推力可以达到140千牛,如上图,当输出动力达到一定数值,发动机的喷管都会变得通红,而喷出的气体温度高达3200摄氏度。黑鸟侦察机上使用的J58发动机是世界上唯一一种投入实际应用的变循环发动机,这种发动机在低速运行时类似于常规的涡扇发动机,而高速运行时类似于涡喷发动机,而且J58变循环发动机在黑鸟飞得越快的时候输出的动力越强劲。

  

  组装中的黑鸟侦察机

  光有动力强劲的发动机还不行,以3马赫的速度飞行对机体结构和材料都有着非常高的要求,众所周知,苏联米格-25是靠不锈钢简单粗暴的解决了材料问题,那么黑鸟侦察机是怎么解决的呢?当然黑鸟侦察机为了高速飞行用了非常多的手段,从燃料到机体材料到外形设计都费劲了心思。按照设计黑鸟以3马赫速度飞行时机体和空气高速摩擦会产生非常高的温度,除了发动机周围外,机身温度最高的地方是尾垂,达到了577度,而机身其它部位也都超过了400度,如此高的温度传统的材料无法承受,美国只得选择价格高昂的钛金属,而钛金属的重量占了黑鸟侦察机30吨自重的85%以上,要知道钛的价格比黄金还贵,据粗略估计,一架黑鸟侦察机的造价在15亿-20亿美元。戏剧性的是美国国内钛的产量太少,无法满足需求,黑鸟侦察机使用的这些钛都是从苏联以其他用途为由偷偷弄到的。

  

  黑鸟以3马赫飞行时机身表面温度分布

  除了机体用特殊的材料制造外,黑鸟侦察机使用的燃料也是非常特殊。为了寻找合适的燃料使臭鼬工厂的工程师费伤透了脑筋,因为油料也必须要耐高温,最初曾考虑过用液氢、煤或硼悬浮燃料,但是在实验中发现液氢储存条件极为苛刻,只能储存在特制容器中用真空和机体隔离才能保证安全,最终只能放弃。而煤悬浮燃料是将精磨的煤粉以轻油为基加水混合成浆状作燃料,但是细小的煤灰可能会损坏涡轮叶片。另外硼悬浮燃料也很难使用,常常堵塞发动机和加力燃烧室的喷嘴。

  

  SR-71黑鸟侦察机

  后来臭鼬工厂向当时壳牌石油公司的最高领导杜利特(奇袭东京的杜利特)求助,此前U-2侦察机使用的LF-1A燃油也是由壳牌公司研发,后来壳牌公司又成功研发出LF-2A燃油,美军编号为JP-7燃油,这种燃油沸点很高,但是缺点是价格十分高昂,比苏格兰威士忌还贵,使得黑鸟每小时飞行光油费就超过了24万美元。黑鸟侦察机机身到处都是油箱,除了作为燃料外,JP-7燃油还用作隔热剂,黑鸟的前起落架轮胎就用油箱包围着隔热,因为高温会造成爆胎,此外黑鸟主起落架使用的轮胎都是特制的,橡胶中掺入了铝粉抵御高温,所以这些轮胎都呈银色。

  黑鸟侦察机在设计时还考虑到在高温下机体材料热胀冷缩会变形,为了防止机身爆裂,其机身蒙皮采用了伸缩缝设计,接缝处都采用特殊材料并且留有一定的空隙,使得在飞行速度没达到音速前,机身油箱一直会漏油,而达到一定速度后,机体材料受热膨胀,缝隙会自动堵住。另外为了减少起飞过程中机体重量对刹车和轮胎压力过大,黑鸟侦察机在执行任务起飞时只会加注一部分燃油,使得黑鸟在起飞前必须有空中加油机升空等候,黑鸟升空后就得立即进行空中加油。

  

  身穿增压服的黑鸟侦察机飞行员

  解决了机体受热和燃料问题并不代表就完事了,既然是有人驾驶飞机,几百度的高温飞行员怎么办?为此黑鸟侦察机的驾驶舱内还加装了温度控制系统,使舱内温度控制在人能够承受的范围内。另外飞行员驾驶黑鸟侦察机和U-2侦察机一样,还都得穿上如同宇航服一样的增压服,即便如此,飞行员在身着增压服的情况下驾驶黑鸟侦察机飞4个小时,体重也会减少2公斤以上,另外一套增压服的价格也高达数万美元。

  

  晨雾笼罩下的黑鸟散发着星战般的感觉

  黑鸟在服役后参与了多次军事行动,几乎对每一个曾被美国视为威胁的国家都进行了侦察,其中当然也包括中国,美国飞行员仗着黑鸟的飞行速度和高度肆无忌惮的出入他国领空,据美方统计,在黑鸟侦察机的服役生涯中,曾被1000多枚导弹攻击过,但是没有一架黑鸟侦察机被击落过。黑鸟侦察机上搭载有先进的光学侦察设备,一小时内侦察面积可达324000平方千米,换句话说,它只需要6分钟就可以拍摄到覆盖整个意大利的高清晰度照片,而且号称搭载的高清相机能够在24000米的高度清晰的拍摄到地面的高尔夫球。

  

  黑鸟服役生涯最壮观的场景

  在32架黑鸟侦察机中,最终有12架在各种事故中损毁,但是只造成一名侦察系统官身亡,其余都成功弹射逃生。到了1990年1月,由于美国国防预算降低和黑鸟的使用费用太高昂,美国空军决定将SR-71全部退役,1995年又一度编回部队,但是在1998年,SR-71还是退出了现役。退役后多数黑鸟侦察机被移交给博物馆或公园公开展览,另有两架移交给NASA用作飞行试验机,至今还在使用。

  美国SR-71黑鸟侦察机

  

  冷战时期,美国和苏联这两个超级大国为了争霸,研发出众多就算在今天看来都非常令人不可思议的“黑科技”装备,在这些装备中,美国的SR-71“黑鸟”侦察机是绝对的传奇,这种诞生于上世纪60年代的高空侦察机外形就像外星来客一样科幻,而且创下许多记录至今都没被超越,而这些记录可能在未来很长的一段时间内都不会被打破。

  

  SR-71的前身A-12“牛车”

  1955年,在美国U-2高空侦察机首飞后不久,洛克希德公司下属的“臭鼬工厂”就开始了下一代高空侦察机的研制计划,为了应对性能日渐提高的苏联雷达和防空系统,臭鼬工厂开始研制一种机体雷达反射截面小不易被雷达探测到,且要求速度能够达到三马赫以上的新型高空侦察机,研制项目代号“热忱”。

  臭鼬工厂经过多次修改设计方案,最终采用三角翼布局、翼根前缘直到机头布置有大边条的A-12方案于1959年8月通过美国军方审查,1960年1月美国中央情报局与洛克希德公司签订了制造12架A-12“牛车”侦察机的合同,A-12正式进入研制阶段。1962年2月,A-12的一号机在洛克希德公司位于加利福尼亚州的伯班克工厂正式出厂,随后被拆解用卡车秘密运往位于内华达州的51区进行飞行试验,1962年4月26日,A-12成功首飞。

  

  1962年4月A-12侦察机在51区首飞

  A-12最初采用的是两台J75发动机,但是推力不足,后来换装动力更强的J58发动机后,性能达到了设计要求,1963年7月,A-12在飞行中速度突破了3马赫,同年11月在4800米高度飞出了设计最大速度,也就是3.2马赫。1964年2月3日,一架A-12在25000米的高空以3.2马赫的最大速度持续飞行了10分钟。

  A-12侦察机于1965年开始正式进入美军服役,共生产了12架,服役后A-12执行过侦察古巴的云雀行动和侦察越南的“黑盾”行动,另外还曾侦察过中国和朝鲜。1968年后,随着其改进型SR-71侦察机的服役,A-12逐渐被取代。此外,美国还用A-12改装过三架YF-12战略拦截机,最终项目夭折,没能继续发展。

  

  YF-12A(上)和YF-12B截击机

  A-12研制成功后,臭鼬工厂向美国空军提出了以A-12为基础上放大机身,研发一种既能执行侦察任务,又能够执行攻击任务的战机,最终研发攻击型的计划夭折,只有专用战略侦察型方案得以继续发展,SR-71黑鸟侦察机因此诞生,其代号中的SR意为战略侦察(Strategic Reconnaissance)。通过美国空军审查后,洛克希德公司共制造了29架SR-71A战略侦察机,2架教练型SR-71B,后来还将一架A-12的拦截型YF-12A改装成SR-71C教练机,也就是说黑鸟侦察机总计有32架。

  

  SR-71(左)和A-12侦察机

  SR-71A机翼翼展、机高和机翼面积都与A-12和YF-12A相同,不同之处在于机身加长了,由31.17米增加到32.74米,另外机身两侧的边条从翼根前缘一直延伸到了机头,如上图,左边的SR-71机头比右边的A-12明显宽了不少,此外还取消了发动机短舱和机尾下的3块腹鳍。SR-71A机内载油量相对于A-12也有所增加,起飞重量和航程也随之增大。而为了执行更复杂的战略侦察任务,SR-71A加装了更先进的战地侦察设备,为此还专门配备了一名侦察系统操作员,使得SR-71A也由单座变为了双座,这也是SR-71和A-12外观上最显著的不同。

  

  SR-71开加力飞行

  黑鸟侦察机作为人类历史上速度最快的有人驾驶飞机,屡次创下世界纪录,多项纪录保持至今。1976年7月28日当天,一架SR-71创下时速3529.56公里(3.35马赫)的速度纪录,以及25929米的飞行高度纪录。3.35马赫是个什么概念?一马赫等于一倍音速,而音速为340米每秒,也就是说黑鸟飞行速度达到了1139米每秒,要知道AK-47步枪子弹出膛初速才710 米/秒,也就是说黑鸟飞得比子弹还要快。

  

  美国SR-71黑鸟侦察机

  黑鸟创下的速度记录至今没被打破,而高度纪录在1977年8月31日被一架苏联米格-25截击机打破,当时这架米格-25飞到了37650米的高空。虽然米格-25截击机的飞行速度也能达到3马赫以上,但是不能长时间以此速度飞行,而黑鸟侦察机能够长时间以3马赫速度飞行。黑鸟侦察机还在1974年9月1日创下了从纽约到伦敦最快纪录,飞行过程只用了1小时54分56.4秒,而协和飞机需要3小时20分,波音747则需要7小时。

  

  黑鸟侦察机使用的J58变循环发动机

  为了达到3马赫的飞行速度,黑鸟侦察机装备了两台动力强劲的J58变循环发动机,这种发动机最大加力推力可以达到140千牛,如上图,当输出动力达到一定数值,发动机的喷管都会变得通红,而喷出的气体温度高达3200摄氏度。黑鸟侦察机上使用的J58发动机是世界上唯一一种投入实际应用的变循环发动机,这种发动机在低速运行时类似于常规的涡扇发动机,而高速运行时类似于涡喷发动机,而且J58变循环发动机在黑鸟飞得越快的时候输出的动力越强劲。

  

  组装中的黑鸟侦察机

  光有动力强劲的发动机还不行,以3马赫的速度飞行对机体结构和材料都有着非常高的要求,众所周知,苏联米格-25是靠不锈钢简单粗暴的解决了材料问题,那么黑鸟侦察机是怎么解决的呢?当然黑鸟侦察机为了高速飞行用了非常多的手段,从燃料到机体材料到外形设计都费劲了心思。按照设计黑鸟以3马赫速度飞行时机体和空气高速摩擦会产生非常高的温度,除了发动机周围外,机身温度最高的地方是尾垂,达到了577度,而机身其它部位也都超过了400度,如此高的温度传统的材料无法承受,美国只得选择价格高昂的钛金属,而钛金属的重量占了黑鸟侦察机30吨自重的85%以上,要知道钛的价格比黄金还贵,据粗略估计,一架黑鸟侦察机的造价在15亿-20亿美元。戏剧性的是美国国内钛的产量太少,无法满足需求,黑鸟侦察机使用的这些钛都是从苏联以其他用途为由偷偷弄到的。

  

  黑鸟以3马赫飞行时机身表面温度分布

  除了机体用特殊的材料制造外,黑鸟侦察机使用的燃料也是非常特殊。为了寻找合适的燃料使臭鼬工厂的工程师费伤透了脑筋,因为油料也必须要耐高温,最初曾考虑过用液氢、煤或硼悬浮燃料,但是在实验中发现液氢储存条件极为苛刻,只能储存在特制容器中用真空和机体隔离才能保证安全,最终只能放弃。而煤悬浮燃料是将精磨的煤粉以轻油为基加水混合成浆状作燃料,但是细小的煤灰可能会损坏涡轮叶片。另外硼悬浮燃料也很难使用,常常堵塞发动机和加力燃烧室的喷嘴。

  

  SR-71黑鸟侦察机

  后来臭鼬工厂向当时壳牌石油公司的最高领导杜利特(奇袭东京的杜利特)求助,此前U-2侦察机使用的LF-1A燃油也是由壳牌公司研发,后来壳牌公司又成功研发出LF-2A燃油,美军编号为JP-7燃油,这种燃油沸点很高,但是缺点是价格十分高昂,比苏格兰威士忌还贵,使得黑鸟每小时飞行光油费就超过了24万美元。黑鸟侦察机机身到处都是油箱,除了作为燃料外,JP-7燃油还用作隔热剂,黑鸟的前起落架轮胎就用油箱包围着隔热,因为高温会造成爆胎,此外黑鸟主起落架使用的轮胎都是特制的,橡胶中掺入了铝粉抵御高温,所以这些轮胎都呈银色。

  黑鸟侦察机在设计时还考虑到在高温下机体材料热胀冷缩会变形,为了防止机身爆裂,其机身蒙皮采用了伸缩缝设计,接缝处都采用特殊材料并且留有一定的空隙,使得在飞行速度没达到音速前,机身油箱一直会漏油,而达到一定速度后,机体材料受热膨胀,缝隙会自动堵住。另外为了减少起飞过程中机体重量对刹车和轮胎压力过大,黑鸟侦察机在执行任务起飞时只会加注一部分燃油,使得黑鸟在起飞前必须有空中加油机升空等候,黑鸟升空后就得立即进行空中加油。

  

  身穿增压服的黑鸟侦察机飞行员

  解决了机体受热和燃料问题并不代表就完事了,既然是有人驾驶飞机,几百度的高温飞行员怎么办?为此黑鸟侦察机的驾驶舱内还加装了温度控制系统,使舱内温度控制在人能够承受的范围内。另外飞行员驾驶黑鸟侦察机和U-2侦察机一样,还都得穿上如同宇航服一样的增压服,即便如此,飞行员在身着增压服的情况下驾驶黑鸟侦察机飞4个小时,体重也会减少2公斤以上,另外一套增压服的价格也高达数万美元。

  

  晨雾笼罩下的黑鸟散发着星战般的感觉

  黑鸟在服役后参与了多次军事行动,几乎对每一个曾被美国视为威胁的国家都进行了侦察,其中当然也包括中国,美国飞行员仗着黑鸟的飞行速度和高度肆无忌惮的出入他国领空,据美方统计,在黑鸟侦察机的服役生涯中,曾被1000多枚导弹攻击过,但是没有一架黑鸟侦察机被击落过。黑鸟侦察机上搭载有先进的光学侦察设备,一小时内侦察面积可达324000平方千米,换句话说,它只需要6分钟就可以拍摄到覆盖整个意大利的高清晰度照片,而且号称搭载的高清相机能够在24000米的高度清晰的拍摄到地面的高尔夫球。

  

  黑鸟服役生涯最壮观的场景

  在32架黑鸟侦察机中,最终有12架在各种事故中损毁,但是只造成一名侦察系统官身亡,其余都成功弹射逃生。到了1990年1月,由于美国国防预算降低和黑鸟的使用费用太高昂,美国空军决定将SR-71全部退役,1995年又一度编回部队,但是在1998年,SR-71还是退出了现役。退役后多数黑鸟侦察机被移交给博物馆或公园公开展览,另有两架移交给NASA用作飞行试验机,至今还在使用。