發(fā)展沿革
研制背景SR-71的原型:A-12偵察機(jī)
SR-71偵察機(jī)是以A-12偵察機(jī)為原型設(shè)計(jì)的,是美國(guó)“黑鳥”家族的第三代:A-12偵察機(jī)及其派生型,YF-12A試驗(yàn)戰(zhàn)斗機(jī),SR-71偵察機(jī),是“黑鳥”家族中生產(chǎn)架數(shù)最多的一種型號(hào)(后兩代分別屬于第一代的改進(jìn)項(xiàng)目)。早在1959年洛克希德公司為美國(guó)中央情報(bào)局研制了A-12高空高速偵察機(jī)。就在A-12偵察機(jī)研制計(jì)劃實(shí)施中,臭鼬工廠也向美國(guó)空軍提出了以A-12為基礎(chǔ)的偵察/轟炸型方案RB-12。同時(shí)還制造了兩款模型機(jī)RS-12和B-12。RS-12是A-12的按比例放大型,是一種既能執(zhí)行偵察任務(wù),又能實(shí)施核攻擊的偵察/攻擊飛機(jī),其研制計(jì)劃最終半途夭折。在它的編號(hào)中,R代表偵察(Reconnajssance),S代表攻擊(Shike)。專用偵察型R-12是A-12的雙座按比例放大型,它順利地進(jìn)入了實(shí)機(jī)研制階段,并最終R-12作為SR-71進(jìn)行生產(chǎn)。
1962年,該計(jì)劃的第一架試驗(yàn)機(jī)A-11試飛,為了掩人耳目,該機(jī)對(duì)外宣傳時(shí)使用YF-12戰(zhàn)斗機(jī)這一稱謂。經(jīng)過(guò)對(duì)A-11及后來(lái)加裝的火控、武器系統(tǒng)的大量試飛驗(yàn)證,美軍認(rèn)為這一戰(zhàn)斗機(jī)技術(shù)不夠成熟,放棄了計(jì)劃。但A-11的優(yōu)秀性能使得美軍決定將其改進(jìn)型作為高空高速戰(zhàn)略偵察機(jī)使用,這就成就了SR-71。A-11與后來(lái)的SR-71外觀上主要的區(qū)別是邊條與機(jī)頭雷達(dá)罩之間有一個(gè)切口,而SR-71則沒有。
建造沿革型號(hào)命名
1962年12月6日,美空軍簽訂了制造6架試驗(yàn)機(jī)的合同,由洛克希德公司的“臭鼬工廠”在克萊倫斯·L·“凱利”·約翰遜的指導(dǎo)下秘密研制。
SR-71偵察機(jī)
在洛克希德公司提出RS-12和R-12兩個(gè)方案,且空軍也計(jì)劃將R-12重新編號(hào)為RS-71(代表Reconnaissance-Strike,偵察—打擊),但同時(shí)羅克韋爾公司則提出了以B-70瓦爾基里轟炸機(jī)為基礎(chǔ)的RS-70偵察/攻擊機(jī)的方案來(lái)競(jìng)爭(zhēng)。所以,洛克希德公司的兩個(gè)空軍用的偵察機(jī)型方案,原本是稱為RS-12和R-12的,但對(duì)外則稱為RS-71和R-71。1964年2月的總統(tǒng)大選,約翰遜總統(tǒng)為了針對(duì)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手參議員戈德華特所說(shuō)的蘇聯(lián)已經(jīng)在軍備競(jìng)賽中贏得了技術(shù)性的領(lǐng)先言論,公開宣布了高度機(jī)密性的A-12計(jì)劃,及存在的偵察型進(jìn)行回?fù)?,講這款能飛行速度能達(dá)到3200千米每小時(shí)的飛機(jī)的存在。他甚至向世界公布SR-71將在7月份首次試飛,而此時(shí)距離SR-71的試飛還有整整5個(gè)月,距離選舉之夜,也有4個(gè)月的時(shí)間。但這時(shí)給予媒體的新聞稿仍然寫著RS-71,造成總統(tǒng)誤讀飛機(jī)編號(hào)的傳聞。然而,空軍參謀長(zhǎng)柯蒂斯·勒邁更喜歡SR的編號(hào),也想將RS-70改編號(hào)為SR-70。
計(jì)劃的公開與新編號(hào)使臭鼬鼠工廠與空軍中參與計(jì)劃的人員受到震撼,洛克希德馬丁公司的設(shè)計(jì)師不得不用手在3.3萬(wàn)張不同的圖紙上進(jìn)行修改,因?yàn)樗杏∷⒘说木S修手冊(cè)、飛行員手冊(cè)、訓(xùn)練vufoil、機(jī)座和材料都已印上了R-12。依照約翰遜總統(tǒng)的演說(shuō),編號(hào)依據(jù)指揮官命令變更為SR-71,并立即重新印制29000份藍(lán)圖。
正確的名字被公布后,一些人認(rèn)為錯(cuò)誤的名稱被流傳開來(lái)這是被蓄意安排好的,也有人認(rèn)為這只是因?yàn)閭鞑ミ^(guò)程中的口誤。不管怎樣,自此之后,RS-71這個(gè)名字徹底消失了。
SR-71官方記載的首次飛行起飛瞬間
1964年7月25日,約翰遜正式發(fā)表講話,透露了洛克希德公司正在研制第二種速度3倍音速的軍用飛機(jī),編號(hào)為SR-71,是一種可在世界范圍內(nèi)使用的先進(jìn)遠(yuǎn)程戰(zhàn)略偵察機(jī)。這次講話沒有隱藏SR-71的軍內(nèi)實(shí)際編號(hào),但此時(shí)SR已無(wú)攻擊、偵察之意,其含意已變?yōu)閼?zhàn)略偵察了(Strategic-Reconnaissance)。1964年10月29日,1號(hào)機(jī)出廠,并被運(yùn)往負(fù)責(zé)試驗(yàn)的加利福尼亞州旁姆戴爾工廠進(jìn)行地面試驗(yàn)。
1964年12月22日,首批31架A型(包括三架SR-71B教練機(jī))試飛成功。
1965年,SR-71偵察機(jī)通過(guò)了美國(guó)空軍戰(zhàn)略司令部的鑒定,并在1966年1月開始交付第9戰(zhàn)略偵察聯(lián)隊(duì)使用。
1967年9月,29架SR-71A全部試飛成功。SR-71共有3種型別,分別為SR-71A型、SR-71B型和C型??。
生產(chǎn)制造
制造車間
A-12與第一批SR-71都是由洛克希德在伯班克的工廠生產(chǎn)出來(lái),隨后,造好的A-12要被拆解后從公路運(yùn)輸?shù)絻?nèi)華達(dá)格魯姆湖沙漠基地(51區(qū))進(jìn)行試飛。1962年6月,美國(guó)空軍對(duì)R/RS-71進(jìn)行了模型審查,同年12月6日簽訂了制造6架試驗(yàn)機(jī)的合同。
1964年12月22日,SR-71首次飛行。
總共出廠32架黑鳥,因故障損壞了12架,無(wú)一被擊中過(guò)。偵察系統(tǒng)官Jim Zwayer是唯一身亡的SR-71乘員,其他人都彈射逃生成功。
服役歷程科幻般的黑鳥
1964年12月7日,美國(guó)空軍決定將加利福尼亞州比爾空軍基地提供給SR-71戰(zhàn)略偵察機(jī)使用,并組建了第 4420戰(zhàn)略偵察機(jī)聯(lián)隊(duì)。該聯(lián)隊(duì)即是美國(guó)空軍第9戰(zhàn)略偵察聯(lián)隊(duì)的前身。1965年SR-71通過(guò)了美國(guó)空軍戰(zhàn)略司令部的鑒定。1966年1月,開始交付加州比爾空軍基地第4200戰(zhàn)略偵察聯(lián)隊(duì)(后改番號(hào)為第9戰(zhàn)略偵察聯(lián)隊(duì))服役。
1967年9月,29架SR-71A全部試飛成功。
1968年3月8日,第一架SR-71A(64-17978)部署到位于沖繩的嘉手納空軍基地,以取代A-12執(zhí)行戰(zhàn)略偵察任務(wù)。兩周后,SR-71A開始執(zhí)行對(duì)越南和中國(guó)的偵察任務(wù)。
1990年1月21日,駐嘉手納基地的最后一架SR-71(64-17962)離開該基地返回美國(guó)。
1990年1月26日,由于國(guó)防預(yù)算降低和操作費(fèi)用高昂,美國(guó)空軍將SR-71退役,SR-71A的使命全部結(jié)束。
1994年,美國(guó)國(guó)會(huì)批準(zhǔn)SR-71重新服役。
1995年6月28日,兩架經(jīng)重新修整后的SR-71A重新服役使用,這就是所謂的重新服役型。這兩架飛機(jī)修整的內(nèi)容主要是,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了加強(qiáng),其次是裝備了先進(jìn)的航電設(shè)備,如第一代新型合成孔徑雷達(dá)ASARS-l、技術(shù)研究目標(biāo)照相機(jī)TEOC、高清晰度光學(xué)纖維照相機(jī)、電子信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸裝置等。重新服役的第一架SR-71是NASA使用的NASA832,1995年6月28日,它率先恢復(fù)現(xiàn)役。
1995年8月28日,擬重新服役的第二架SR-71開始試飛。
1997年1月1日,空軍提交了使兩架SR-71處于任務(wù)狀態(tài)的請(qǐng)求報(bào)告。
1998年,正當(dāng)美國(guó)空軍準(zhǔn)備將重新服役的SR-71A用于訓(xùn)練和執(zhí)行任務(wù)時(shí),美國(guó)當(dāng)年的財(cái)政年度的國(guó)防預(yù)算中,美國(guó)政府卻沒有批準(zhǔn)SR-71A的使用經(jīng)費(fèi)。
技術(shù)特點(diǎn)
機(jī)型結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)
SR-71透視圖
SR-71偵察機(jī)的機(jī)身93%的結(jié)構(gòu)采用鈦合金制造,可承受230度的氣動(dòng)摩擦溫度,發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管周圍區(qū)域的溫度更是高達(dá)510度,而這些鈦還是在冷戰(zhàn)高峰期間,CIA秘密成立了許多空殼公司向當(dāng)時(shí)鈦金屬的最大出口國(guó)蘇聯(lián)購(gòu)買,洛克希德用各種可行的偽裝方法防止被蘇聯(lián)政府得知這些鈦的用途。為了降低成本,他們使用的是可在較低溫度軟化而較易加工的鈦合金,完成的飛機(jī)會(huì)涂上暗藍(lán)色(趨近黑色),以加強(qiáng)熱輻射冷卻與高空的偽裝效果。當(dāng)飛機(jī)以3倍音速的速度進(jìn)行飛行時(shí),與空氣之間的摩擦?xí)a(chǎn)生出大量的熱,飛機(jī)上的部分位置甚至?xí)患訜岬匠^(guò)540℃,而黑色的漆能幫助SR-71降低溫度。SR-71在3馬赫巡航時(shí)機(jī)身表面溫度分布(華氏度)
SR-71機(jī)身
鈦制蒙皮的研究顯示,在逐次像是退火一般的劇烈加熱中,材質(zhì)會(huì)逐漸強(qiáng)化。為了承受持續(xù)超音速飛行時(shí)因空氣摩擦產(chǎn)生的高溫,黑鳥需要采用一系列專門研制的新材料,包括耐高溫燃油、密封劑、潤(rùn)滑油以及其他組件。主翼內(nèi)側(cè)蒙皮的主要部份其實(shí)是皺紋狀的。熱膨脹會(huì)使平滑的蒙皮撕裂或卷曲,而將蒙皮做出皺折讓它能向垂直方向伸展,避免應(yīng)力過(guò)強(qiáng),同時(shí)也增強(qiáng)縱向強(qiáng)度。不過(guò)空氣動(dòng)力專家指責(zé)工程師是試圖讓一架20年代的福特三引擎飛機(jī)(因其皺紋狀的鋁制蒙皮而聞名)飛到三馬赫。部份SR-71在機(jī)身中心附近有紅色的警示條,以防止維修人員不慎破壞蒙皮,因?yàn)檫@里的蒙皮薄而易破,很大一塊區(qū)域的下方都沒有結(jié)構(gòu)梁提供額外支撐。SR-71被設(shè)計(jì)為具有非常小的雷達(dá)反射截面,這是早期的隱形設(shè)計(jì)。然而,這并沒有包括高溫引擎排氣。所以諷刺的是,SR-71在聯(lián)邦航空總署的長(zhǎng)程雷達(dá)上是最大的目標(biāo)之一,在幾百海里外就能追蹤。即使采用了大量的隱身技術(shù),但是因?yàn)槠湓诟咚亠w行時(shí)候巨大的紅外特征,因此他實(shí)際上不具備隱形功能,但是依賴他的高速,SR-71成功的擺脫了上千次針對(duì)她的攻擊,其中絕大部分都來(lái)自前蘇聯(lián)的飛機(jī)和對(duì)空導(dǎo)彈。引擎前面的那些錐形裝置其實(shí)是控制氣流的節(jié)流閥,作為一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的一部分,作用是確保在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的氣流是等量的。當(dāng)你飛行的速度達(dá)到每小時(shí)3200千米的時(shí)候,這些錐形體也能起到一個(gè)保持飛機(jī)飛行穩(wěn)定性的作用。
SR-71偵察機(jī)
兩側(cè)脊線是一個(gè)獨(dú)特而有趣的特征。早期的雷達(dá)隱形研究認(rèn)為,平滑且漸縮的外形能將最多的雷達(dá)束反射至其它方向。原先的黑鳥并沒有兩側(cè)脊線,看起來(lái)就像個(gè)放大版的F-104,但雷達(dá)工程師說(shuō)服了空氣動(dòng)力學(xué)專家,增加了一些風(fēng)洞測(cè)試。他們發(fā)現(xiàn)兩側(cè)脊線可以產(chǎn)生強(qiáng)力的渦流,在接近機(jī)身前段會(huì)產(chǎn)生大幅度的額外升力,于是就可以減少三角翼的裝置角,以獲得較高的安定性與較低的高速阻力,還能增加載油量以獲得更遠(yuǎn)的航程。由于強(qiáng)力渦流在高迎角時(shí)可延緩失速,落地速度也可以減低,還可進(jìn)行高G回轉(zhuǎn)直到引擎熄火。兩側(cè)脊線的作用類似近代戰(zhàn)斗機(jī)用以提升機(jī)動(dòng)力的翼前緣延伸,在風(fēng)洞測(cè)試發(fā)現(xiàn)這點(diǎn)后,原本許多早期設(shè)計(jì)構(gòu)型中都具有的前翼就不再需要了,這樣的設(shè)計(jì)仍然出如今許多最新型的隱形無(wú)人機(jī)上,讓它們?cè)试S無(wú)尾翼設(shè)計(jì)而兼具安定性與隱形性。SR-71可以在25900米高度完成巡航任務(wù),雖說(shuō)有很多噴氣機(jī)可以通過(guò)極限爬升超過(guò)此高度,但都無(wú)法像SR-71一樣在這兩倍于常規(guī)客機(jī)最高飛行高度的高度巡航。由于采用升力體設(shè)計(jì),SR-71不需要大翼展在空氣稀薄的高空提供升力,整個(gè)機(jī)身得以全部隱藏在超音速后機(jī)頭產(chǎn)生的激波內(nèi),進(jìn)一步減少阻力,保證黑鳥能同時(shí)超高空超音速巡航。
隱身性
1990年,前座飛行員和后者偵察系統(tǒng)官
SR-71被設(shè)計(jì)為具有非常小的雷達(dá)反射截面,這是早期的隱形設(shè)計(jì)。然而,高溫發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)排氣,即使燃料用了銫來(lái)干擾雷達(dá),還有溫度,于是即使采用了大量的隱身技術(shù),黑鳥在高速飛行時(shí)候巨大的紅外特征,還有聲 音,導(dǎo)致其完全不具備隱形功能。SR-71在自家聯(lián)邦航空總署的長(zhǎng)程雷達(dá)上都是最大的目標(biāo)之一,在幾百海里外就能追蹤,莫說(shuō)敵國(guó)了~~~在頭頂上被收集情報(bào)對(duì)任何國(guó)家來(lái)說(shuō)都是一種侮辱,尤其是俄羅斯和朝鮮。雖然美國(guó)的偵察行動(dòng)是秘密開展的,但飛機(jī)許多部位的溫度可以達(dá)到900度,源源不斷地散發(fā)熱量,明明知道美國(guó)飛機(jī)就在頭頂上,下面的軍隊(duì)卻完全無(wú)計(jì)可施。在全世界頭頂招搖過(guò)市,調(diào)戲敵國(guó)30多年的SR-71完全是憑其神一樣的高速,和比當(dāng)時(shí)商務(wù)班機(jī)的飛行高度高3倍的高度,成功擺脫了上千次針對(duì)它的阻截和攻擊全身而退的,其中絕大部分都來(lái)自前蘇聯(lián)的飛機(jī)和對(duì)空導(dǎo)彈。座艙
SR-71的駕駛艙窗戶經(jīng)常被暴露在320℃以上的處境下,所以工程師需要在不影響飛行員視角的情況下,用特殊材料來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題-在駕駛艙的玻璃窗上覆蓋著石英。SR-71座艙蓋的特殊耐熱玻璃可承受340度的高溫。SR-71上有兩名乘員:飛行員和系統(tǒng)操作手。座艙呈縱列布局。由于SR-71的飛行高度和速度都超出人體可承受的范 圍,兩名乘員必須穿著全密封的飛行服,看上去外觀與宇航員類似。飛行服具有自己的氧氣加壓系統(tǒng),否則當(dāng)飛行員飛到2.4萬(wàn)米以上的高度時(shí)產(chǎn)生窒息。每小時(shí)3200千米的速度會(huì)使飛行員暴露在230℃的溫度下,所以座艙的空調(diào)溫度往往被調(diào)至冰點(diǎn)以下。
SR-71的飛行員必須是25歲到40歲,且“情緒穩(wěn)定”的人。駕駛這架飛機(jī)需要極高的時(shí)間精確性,為了不偏離航向,必須幾乎100%按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)操作。
制動(dòng)
BF古德里奇制造的特殊合金增強(qiáng)過(guò)的輪胎,每20次著陸后需更換,輪胎呈銀色是因?yàn)橄鹉z中摻入了鋁粉來(lái)抵御高溫。
動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)
J-58發(fā)動(dòng)機(jī)
SR-71使用的兩臺(tái)普惠J-58發(fā)動(dòng)機(jī)是唯一可以持續(xù)使用加力燃燒室的軍用發(fā)動(dòng)機(jī),當(dāng)飛行速度愈高的時(shí)候,發(fā)動(dòng)機(jī)的效率也隨之提升。每一具J-58 能夠產(chǎn)生151 千牛的推力。一般噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法持續(xù)使用加力燃燒室,而且效率在高速時(shí)會(huì)下降。從表面上看,SR-71所能獲得的動(dòng)力足以支撐起一艘遠(yuǎn)洋郵輪。要能夠讓飛機(jī)達(dá)到三馬赫,又必須提供亞音速的氣流給發(fā)動(dòng)機(jī),對(duì)涵道設(shè)計(jì)而言是必要的。在兩個(gè)進(jìn)氣口前端各有一個(gè)圓錐形、可移動(dòng)的進(jìn)氣錐,在地面上或亞音速飛行下鎖定在最前方的位置。自1.6馬赫開始,進(jìn)氣錐會(huì)逐漸向后移動(dòng),最大到2.6馬赫。原始的進(jìn)氣電腦是類比設(shè)計(jì),依據(jù)皮托管靜壓測(cè)量、俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航、迎角等等的輸入資料,算出進(jìn)氣錐所需要的前后移動(dòng)距離。這么做可以將進(jìn)氣錐尖端產(chǎn)生的激波維持在進(jìn)氣口,使氣流減速到1.0馬赫的激波為止,之后的亞音速氣流就可以讓引擎使用。這個(gè)在涵道內(nèi)進(jìn)行激波的捕獲稱為“啟動(dòng)進(jìn)氣”。壓氣機(jī)前方會(huì)因而產(chǎn)生巨大的壓力。泄氣孔和旁通門設(shè)置在涵道和引擎艙內(nèi),以維持進(jìn)氣壓力,使涵道能持續(xù)地“啟動(dòng)”。在3.2馬赫巡航下,進(jìn)氣壓力的增加估計(jì)提供了58%的可用推力,壓氣機(jī)提供了17%,而加力燃燒室提供了25%,這時(shí)幾乎就是SR-71的最佳設(shè)計(jì)點(diǎn)。臭鼬鼠工廠的進(jìn)氣系設(shè)計(jì)師Ben Rich常說(shuō)壓氣機(jī)“使進(jìn)氣活躍著”。
引擎工作原理
J-58另外一項(xiàng)特點(diǎn)就是他可以算是混合噴氣發(fā)動(dòng)機(jī):他是在一具沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部再加上一具渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。進(jìn)入引擎的空氣先是被激波錐壓縮(同時(shí)氣流溫度也會(huì)上升),接下來(lái)氣流被分成兩道:一部分進(jìn)入壓縮風(fēng)扇(核心氣流),其余的經(jīng)由旁通管直接進(jìn)入加力燃燒室(旁通氣流)。通過(guò)壓縮風(fēng)扇的氣流會(huì)進(jìn)一步的壓縮(同時(shí)溫度也進(jìn)一步的上升),燃料與壓縮氣流在燃燒室混合燃燒,這時(shí)候氣體溫度達(dá)到整個(gè)階段的最高溫,僅僅略低于渦輪葉片開始軟化的溫度。在通過(guò)渦輪段之后(溫度稍微下降),核心與旁通氣流在此會(huì)合一同進(jìn)入加力燃燒室。但是當(dāng)黑鳥于高速飛行時(shí),通過(guò)激波錐壓縮的核心氣流溫度會(huì)高出許多,而這時(shí)候氣流尚未經(jīng)過(guò)壓縮和燃燒段,過(guò)高的溫度使得噴入燃燒室的燃料量必須減小,以免接在后面的渦輪葉片會(huì)因?yàn)楦邷囟芑?p>當(dāng)速度接近3馬赫的范圍時(shí),通過(guò)激波錐與壓縮段的氣流具有的溫度已經(jīng)非常高,這時(shí)候沒有任何燃料會(huì)與核心氣流混合,這意味著通過(guò)壓縮、燃燒和渦輪段的核心氣流實(shí)際并未提供任何推力,黑鳥僅僅依靠加力燃燒室產(chǎn)生的推力來(lái)飛行。利用激波錐的壓縮效果,這時(shí)候引擎轉(zhuǎn)變成為沖壓引擎的型態(tài)。沒有其他飛機(jī)是以這樣的方式來(lái)運(yùn)作。通??梢韵胂襁@是一具沖壓引擎內(nèi)部還有一具噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。低速時(shí),噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)(核心部分)與沖壓引擎(旁通氣流與加力燃燒室混合)共同作用,飛行速度提高時(shí),噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)雖然還是位于沖壓引擎的進(jìn)氣通道內(nèi),可是已經(jīng)形同停止工作(這也同時(shí)顯示渦輪葉片的高溫忍耐程度是以多少燃料可以燃燒來(lái)決定,同時(shí)這也決定這一具引擎最大推力有多少)。J-58引擎
J-58引擎的鼻錐
J-58可以調(diào)整引擎內(nèi)氣體的流動(dòng),但與變循環(huán)引擎的多重組合不同,J-58更像是一個(gè)雙向開關(guān)。J-58的主要構(gòu)造與一般渦輪噴氣引擎無(wú)異,使用前部渦輪對(duì)空氣進(jìn)行增壓以供燃燒,由于燃燒后熾熱的氣體要通過(guò)尾部葉片,為避免尾部葉片熔化引擎燃燒室溫度不能過(guò)高,導(dǎo)致部分氧氣無(wú)法充分燃燒。為了能更好利用剩余氧氣,幾乎所有噴氣引擎都在尾部葉片后設(shè)有加力燃燒室,通過(guò)剩余氧氣與燃料的再混合燃燒,以高油耗低燃燒效率為代價(jià)提供更多推力,2.2馬赫以下的J-58引擎亦如此。但在2.2馬赫以上,J-58引擎兩側(cè)的六個(gè)導(dǎo)氣管道會(huì)打開,將絕大部分進(jìn)氣從渦輪葉片第四級(jí)直接導(dǎo)入加力燃燒室。由于2.2馬赫以上SR-71向前飛行的運(yùn)動(dòng)對(duì)空氣的加壓比例已優(yōu)于渦輪葉片的比 例,直接將加壓空氣送入加力燃燒室能讓燃燒效率大幅度提高。此時(shí)的J-58引擎更像是沖壓引擎,及不經(jīng)過(guò)渦輪加壓而是利用引擎前向運(yùn)動(dòng)來(lái)壓縮空氣的噴氣式引擎。同時(shí)兼顧兩種引擎特點(diǎn)的J-58也因此被命名為渦輪沖壓引擎。
雖說(shuō)不是變循環(huán)引擎,但J-58引擎是真的會(huì)“變”。為了讓超音速的氣流進(jìn)入引擎后能被減速成亞音速氣流以便加壓,J-58的引擎鼻錐會(huì)從1.6馬赫開始,每提高0.1馬赫向后收縮4.06厘米。當(dāng)SR-71在3.2馬赫巡航, J-58引擎 工作效率最高時(shí),鼻錐已經(jīng)足足向后收縮了66厘米。
原先黑鳥的引擎是以輔助的外啟動(dòng)車進(jìn)行啟動(dòng),啟動(dòng)車停在飛機(jī)下后,以兩具別克V-8發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)連接到J-58的一支垂直的驅(qū)動(dòng)軸以啟動(dòng)引擎,啟動(dòng)一具后再駛到另一側(cè)啟動(dòng)另一具發(fā)動(dòng)機(jī),過(guò)程震耳欲聾。后期J-58就改用傳統(tǒng)的啟動(dòng)車了。
啟動(dòng)車
SR-71雖然飛行高度很高,但并沒有離開大氣層,雖然高空空氣稀薄,但J-58發(fā)動(dòng)機(jī)仍然要依靠空氣來(lái)實(shí)現(xiàn)燃燒,在到達(dá)2.4萬(wàn)米的的高空時(shí),速度已經(jīng)達(dá)到3馬赫以上,發(fā)動(dòng)機(jī)在這種速度下獲得的空氣流量相當(dāng)大,所以一定程度上彌補(bǔ)了空氣稀薄帶來(lái)的影響(如果SR-71的機(jī)場(chǎng)架設(shè)在2萬(wàn)米以上的高度,飛起速度由0開始,那么無(wú)論如何也是飛不起來(lái)的)實(shí)際上,J-58在高速飛行時(shí),進(jìn)氣孔的空氣只有一部分進(jìn)入燃燒室,而其余一部分被直接引入加力燃燒室造成沖壓效應(yīng);余下部分被引入排氣流中,增加空氣流量加大推力。除了引入的空氣,J-58還需要一種特殊的助燃劑—— 三乙基硼烷。JP-7是高燃點(diǎn)的燃料,這種燃料普通發(fā)動(dòng)機(jī)根本點(diǎn)不著,,而三乙基硼烷是一種遇空氣自燃的爆炸性液體,J-58發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)后,要把這種助燃劑噴進(jìn)燃燒室與燃料混合后才能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火。所以,在2.4萬(wàn)米的高空,如果不借助三乙基硼烷,J-58發(fā)動(dòng)機(jī)要運(yùn)作還是很困難的。不過(guò)即便如此,SR-71在執(zhí)行任務(wù)時(shí)仍然不允許超過(guò)2.5萬(wàn)米的高度,因?yàn)樵谶@個(gè)高度下發(fā)動(dòng)機(jī)隨時(shí)都有熄火的可能。至于其他液態(tài)、固態(tài)的助燃劑和推進(jìn)劑,基本上是用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī),鮮有用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)。這是因?yàn)榛鸺l(fā)動(dòng)機(jī)需要在大氣層以外運(yùn)行,所以必須自己攜帶助燃劑和氧化劑(比如硝酸、液態(tài)氮等)。SR-71公布的資料里沒有任何這方面的記載,雖然SR71使用了三乙基硼烷并且擁有充分的空氣流量,但仍不排除SR-71采用了其他氧化劑輔助燃燒的可能性。
另外,雖然SR-71自身也攜帶氧氣儲(chǔ)存裝置,但是卻不是用于發(fā)動(dòng)機(jī)——SR-71總共有3個(gè)10升的液氧儲(chǔ)存轉(zhuǎn)換器,2個(gè)分別供座艙使用,1個(gè)備份。
燃油
JP-7原本是為了A-12而發(fā)展,專門被設(shè)計(jì)用于超高空超音速飛行,擁有極高的閃燃點(diǎn)以避免高溫下自燃。JP-7含有碳氟化合物以增加潤(rùn)滑性,氧化劑使其容易燃燒,甚至還有銫的配方,以偽裝廢氣的雷達(dá)訊號(hào)。JP-7需要極為耐熱以免在每小時(shí)3200千米的速度下被燃料點(diǎn)燃,同時(shí)SR-71也需要用它來(lái)保持引擎冷卻。這也使得JP-7比蘇格蘭威士忌還貴,操作SR-71一小時(shí)的油費(fèi)就要24000到27000美元。相對(duì)之下U-2只需要它的三分之一,但U-2的飛行速度只有SR-71約四分之一之外,可攜帶的偵察設(shè)備還少了許多。JP-7的其中一項(xiàng)成分也被用來(lái)制造除蟲噴霧。因此,JP7的生產(chǎn)曾引起全國(guó)性的噴霧短缺。
因?yàn)闆_壓發(fā)動(dòng)機(jī)在超音速的狀態(tài)下會(huì)對(duì)空氣以及燃料進(jìn)行壓縮,SR-71在飛行過(guò)程中速度越快燃油效率就越高。就也意味著,SR-71大約每飛行90分鐘就要需要重新加一次油。但在這90分鐘里,SR-71已經(jīng)可以飛行出4000千米的距離。KC-135Q是在美軍標(biāo)準(zhǔn)空軍加油機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行高度改進(jìn)后的型號(hào),只適用于為SR-71加油。KC-135Q一共制造了56架。平均每3架KC-135Q要為兩架SR-71提供服務(wù)。
漏油問(wèn)題
滲油的SR-71
因?yàn)镾R-71在高速飛行時(shí),結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度會(huì)因?yàn)闊崦浬扉L(zhǎng)30多厘米,(而24000米高空的空氣非常稀薄,溫度低至零 下57度)機(jī)身采用低重量、高強(qiáng)度的鈦合金作為結(jié)構(gòu)材料,機(jī)翼等重要部位采用了能適應(yīng)受熱膨脹的設(shè)計(jì),油箱管道設(shè)計(jì)巧妙,采用了彈性的箱體,并利用油料的流動(dòng)來(lái)帶走高溫部位的熱量。盡管采用了很多措施,但SR-71在降落地面后,油箱還是會(huì)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)熱脹冷縮而發(fā)生一定程度的泄漏。結(jié)合飛機(jī)飛行中的高溫以及高速性能以及物體受熱后會(huì)膨脹的特性,飛機(jī)結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成在低溫下非常松散的狀態(tài)。當(dāng)飛機(jī)高速飛行時(shí),溫度上升,松散的結(jié)構(gòu)重歸緊密。但當(dāng)飛機(jī)在地面上時(shí),較大的間隙工作人員甚至不能為它加滿燃料,因?yàn)闀?huì)灑得到處都是。只有當(dāng)飛機(jī)起飛之后,機(jī)身溫度上升,才能對(duì)SR-71進(jìn)行加油。航電系統(tǒng)飛行員座艙
計(jì)劃早期的類比進(jìn)氣電腦并不總是能跟得上立即的飛行變化,若內(nèi)壓力過(guò)高,且進(jìn)氣錐處在不正確的位置,激波會(huì)突然在進(jìn)氣口前中斷,稱為“進(jìn)氣未啟動(dòng)”。這會(huì)使進(jìn)入壓氣機(jī)的氣流立即停止,推力下降且排氣溫度開始上升。由于突然失去一半動(dòng)力造成兩邊推力大幅度的不對(duì)稱,進(jìn)氣未啟動(dòng)會(huì)造成向一邊的狂暴的偏航。SAS、自動(dòng)飛控和手動(dòng)控制得與不預(yù)期的偏航格斗,但經(jīng)常造成另一邊引擎氣流的減少,并造成共振失速,結(jié)果是立即地反向偏航,常常也發(fā)出巨大的爆聲。飛行員與偵察系統(tǒng)官偶爾會(huì)經(jīng)歷到他們的壓力服頭盔撞上座艙罩,直到未啟動(dòng)平息下來(lái)的狀況。一種標(biāo)準(zhǔn)的反制之道是讓另一邊的進(jìn)氣錐移動(dòng)而造成刻意的未啟動(dòng),以停止偏航狀況,讓飛行員能進(jìn)行再啟動(dòng),完成后就可以重新加速并爬升到計(jì)劃的巡航高度。后來(lái)SR-71換上了新的數(shù)碼進(jìn)氣電腦,洛克希德的工程師們發(fā)展的引擎進(jìn)氣控制軟件,能重新捕獲漏失的激波,在飛行員感覺到未啟動(dòng)的發(fā)生之前就重新點(diǎn)燃引擎。SR-71的機(jī)工們有責(zé)任精確地調(diào)整數(shù)以百計(jì)的前部空氣旁通門,這對(duì)控制激波、防止未啟動(dòng)與增強(qiáng)性能有一定的幫助。SR-71巨大的拍攝視角
SR-71主要任務(wù)載荷包括偵察照相機(jī)、紅外和電子探測(cè)器、AN/APQ-73合成孔徑側(cè)視雷達(dá)等先進(jìn)的電子和光學(xué)偵察設(shè)備,但都處于絕對(duì)保密的狀態(tài),外界了解甚少。但通過(guò)對(duì)其飛行速度和光學(xué)照相機(jī)的分析,一小時(shí)內(nèi)它能完成對(duì)面積達(dá)324000平方千米的地區(qū)的光學(xué)攝影偵察任務(wù)。形象地說(shuō),它只需要6分鐘就可以拍攝得到覆蓋整個(gè)意大利的高清晰度照片。其光學(xué)鏡頭的性能超乎一般的想象,但分辨率高度保密。為了避免飛機(jī)向前飛行引起的誤差,偵察照相機(jī)均裝在導(dǎo)軌上,攝影時(shí)向后運(yùn)動(dòng),使得相機(jī)相對(duì)于地面靜止。超高的巡航高度還給SR-71另一個(gè)無(wú)與倫比的“偷窺”優(yōu)勢(shì),其并不需要進(jìn)入敵人領(lǐng)空即可通過(guò)攜帶的傾斜視角攝像機(jī)進(jìn)行拍攝偵查。其從25900米拍攝的照片甚至能清晰地顯示出地面上車輛的車牌號(hào)。配合上SR-71的高速,其攜帶的攝像機(jī)僅需7分鐘便可完成等同于朝鮮國(guó)土面積的高清拍攝。
性能數(shù)據(jù)
項(xiàng)目 | 數(shù)據(jù) |
乘員 | 2人 |
長(zhǎng)度 | 32.74米 |
翼展 | 16.94米 |
高度 | 5.64米 |
機(jī)翼面積 | 170平方米 |
展開表格衍生型號(hào)
SR-71A
SR-71A屬于戰(zhàn)略偵察型,是“黑鳥”家族中生產(chǎn)架數(shù)最多的一種型號(hào)。
1963年2月,以偵察攻擊型RS-71開始研制。
1964年10月29日1號(hào)機(jī)出廠,井被運(yùn)往負(fù)責(zé)試驗(yàn)的加利福尼亞州旁姆戴爾工廠,并完成地面試驗(yàn)后。
1964年12月22日首次飛行。隨后將偵察攻擊型RS-71改為戰(zhàn)略偵察型SR-71A,共生產(chǎn)了29架。
SR-71B
SR-71B飛越加州內(nèi)華達(dá)山脈,這種教練型后座是凸起的教員艙
SR-71B屬串列雙座教練型,共生產(chǎn)2架。后座艙為教官艙,比前座艙高,這樣前后座的乘員都有較好的視界。在發(fā)動(dòng)機(jī)的短艙下重新裝上了兩塊固定腹鰭。
2架SR-71B分別于1965年11月18日和12月18日首飛,于1966年1月交付使用,用于培訓(xùn)SR-71A的飛行員。1968年1月11日,SR-71B的第二架原型機(jī)因飛行事故墜毀,剩下的第一架原型機(jī)后來(lái)作為NASA的831用于各種飛行試驗(yàn)。
SR-71C
YF-12A
SR-71C是經(jīng)修改的教練型,只制造了一架。由于SR-71B的第二架原型機(jī)失事,根據(jù)空軍的使用需要,用YF-12A的第一架原型機(jī)和地面試驗(yàn)機(jī)的部件改裝了一架SR-71C,改裝成了此教練型。該型于1976年10月29日首飛。在所有SR-71飛機(jī)中,有一架尾部稍有修改的飛機(jī),它就是SR-71A(BT)。因加大了尾梁尺寸,故有人稱其為“大尾”(Big Tail)。
M-21
飛行員在22000米的視角
依據(jù)基本的A-12發(fā)展出來(lái)的M-21是一個(gè)重要的次型。這是以A-12改裝成D-21無(wú)人偵察機(jī)的發(fā)射平臺(tái)。當(dāng)D-21未裝上時(shí)稱為M-21,裝上時(shí)稱為MD-21。D-21是全自動(dòng)的無(wú)人高空偵察機(jī),發(fā)射后飛越目標(biāo)區(qū),并在指定地點(diǎn)投出資料包,由C-130回收,而D-21則自爆銷毀。在一次測(cè)試中,發(fā)射后不久的D-21撞上母機(jī)并導(dǎo)致發(fā)射控制官身亡的測(cè)試意外后,這個(gè)計(jì)劃在1966年被取消。唯一保留下來(lái)的M-21與D-21B,在華盛頓州西雅圖的飛行博物館陳列展覽。
YF-12
YF-12
YF-12裝備了用于擊落敵轟炸機(jī)的空對(duì)空導(dǎo)彈。洛克希德在60年代中期制造了3架YF-12,試飛表明在3馬赫發(fā)射導(dǎo)彈時(shí)可行的,但該型沒有投產(chǎn)。服役動(dòng)態(tài)
越南戰(zhàn)爭(zhēng)
SR-71偵察機(jī)
在越南戰(zhàn)爭(zhēng)期間,美軍司令部下達(dá)的空中偵察飛行任務(wù)占全部飛機(jī)起飛架次的10-30%,在結(jié)束階段,“后衛(wèi)-1”和“后衛(wèi)-2”戰(zhàn)役期間,偵察飛行的次數(shù)占美軍同期在北越上空總飛行架次的26-45%。1969年,美軍偵察機(jī)共執(zhí)行了802架次空中偵察飛行,其中SR-71為16架次。
1970年,共完成空中偵察飛行5320架次,其中SR-71為47架次。
1971年,美軍空中偵察飛行7662架次,SR-71為54架次。
1972年,美軍進(jìn)行空中偵察飛行20674架次,SR-71為123架次。
SR-71從未被擊中過(guò)。這主要是SR-71戰(zhàn)略偵察機(jī)能以2800-3200千米/小時(shí)在高空偵察飛行,當(dāng)時(shí)越南人民軍最先進(jìn)的CA-75M防空導(dǎo)彈系統(tǒng)只能保障對(duì)速度在2000千米/小時(shí)以下的目標(biāo)的攻擊效率。
擊傷事件
SR-71偵察機(jī)
20世紀(jì)70-80年代,美軍經(jīng)常派出SR-71高速偵察機(jī)飛臨朝鮮東西海岸進(jìn)行航空偵察,每月都要出沒3-4次,朝鮮人民軍一直設(shè)法予以擊落。時(shí)任朝鮮人民武力部部長(zhǎng)的吳振宇計(jì)劃在1982年4月15日前擊落一架美軍偵察機(jī),以此作為金日成主席70周歲生日禮物。1981年初,吳振宇重金邀請(qǐng)金剛石設(shè)計(jì)局的10位專家來(lái)到平壤,與朝鮮機(jī)械工業(yè)部(今為軍需工業(yè)部)的專家一道研討擊落SR-71的方案。經(jīng)過(guò)研討,兩國(guó)專家決定在咸鏡北道花臺(tái)郡舞水端里基地和平安北道信川郡銀晶里基地實(shí)施“連動(dòng)作戰(zhàn)”,用經(jīng)過(guò)蘇聯(lián)專家技術(shù)升級(jí)后的S-200“織女星”遠(yuǎn)程地空導(dǎo)彈伏擊SR-71。1982年初,舞水端和銀晶里導(dǎo)彈基地開始保持24小時(shí)非常勤務(wù)體制。3月的一天,朝鮮人民軍防空部隊(duì)通過(guò)雷達(dá)跟蹤監(jiān)視到SR-71由黃海康翎半島上空侵入朝鮮領(lǐng)空。接到報(bào)告后,吳振宇立即指示銀晶里基地準(zhǔn)確算出SR-71的飛行速度和飛行時(shí)間,隨后下達(dá)攻擊作戰(zhàn)命令。可惜的是,從舞水端里發(fā)射的3枚“織女星”導(dǎo)彈未能有效擊中SR-71,只是擊傷了SR-71的部分機(jī)體,迫使其迅速退出朝鮮并在此后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不敢越境(這一過(guò)程得到美國(guó)馬基航空博物館的承認(rèn),該館收藏有大部分退役的SR-71)。有意思的是,“織女星”導(dǎo)彈的殘骸后來(lái)墜落到駐防海州的朝鮮人民軍第4軍團(tuán)軍營(yíng)里,未得到通報(bào)的第4軍團(tuán)以為是韓軍或美軍向朝鮮發(fā)射導(dǎo)彈,誤判為韓美要發(fā)動(dòng)戰(zhàn)爭(zhēng)挑釁,并及時(shí)向人民軍總參謀部進(jìn)行了報(bào)告。
退役
跨大西洋紀(jì)錄飛行數(shù)據(jù)
1990年1月25日,SR-71A全部退役以后,除了少數(shù)被封存外,大多數(shù)都是直飛其永久的歸宿地-各大型博物館或公園,作為一代名機(jī)的代表作供游人觀賞。1990年退役時(shí),其中一架從它出生的加州棕櫚谷的美國(guó)空軍42號(hào)工廠,飛到維吉尼亞州香蒂利國(guó)家航太博物館展示,以平均時(shí)速3418千米飛行,全程只花了68分鐘,只花了67分54秒的時(shí)間從東海岸飛到西海岸。SR-71從美國(guó)軍方退役后,變成NASA飛行試驗(yàn)機(jī),繼續(xù)在科研戰(zhàn)線上超期服役。
總體評(píng)價(jià)
SR-71偵察機(jī)一度是世界上有人駕駛的最快的飛機(jī),并且保有兩項(xiàng)紀(jì)錄:1976年7月28日當(dāng)天,一架SR-71創(chuàng)下時(shí)速3529.56千米的速度紀(jì)錄,以及25929米的高度紀(jì)錄,只有前蘇聯(lián)的米格-25狐蝠式高空截?fù)魴C(jī)曾經(jīng)在1977年8月31日達(dá)到更高的37650米。它可以在24千米的高空,以每秒72平方千米的速度掃視地表。當(dāng)SR-71在1998年退役時(shí),其中一架從它出生的加州棕櫚谷(Palmdale)的美國(guó)空軍42號(hào)工廠(Plant 42),以平均時(shí)速3418千米飛到維吉尼亞州香蒂利(Chantilly)國(guó)家航太博物館展示,全程只花了68分鐘。SR-71也保有在1974年9月1日創(chuàng)下的從紐約到倫敦的紀(jì)錄:1小時(shí)54分56.4秒(普通飛機(jī)飛行同樣的路程要3小時(shí)20分,而最快的亞音速大型客機(jī)波音747則需要7小時(shí)。)??。
SR-71偵察機(jī)極其高昂的使用費(fèi)用是退役的主要原因之一。在美國(guó)空軍提交的任務(wù)準(zhǔn)備狀態(tài)的請(qǐng)求報(bào)告中,曾提出兩架重新服役的SR-71A按每月30天計(jì)算,每月所需費(fèi)用為3900萬(wàn)美元的預(yù)算。而且,美國(guó)空軍還計(jì)劃對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)代化改裝,如改進(jìn)它的偵察設(shè)備和雷達(dá)系統(tǒng),裝備衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)等,這些都需要極大的投資,所以美國(guó)國(guó)會(huì)未批準(zhǔn)這些投資計(jì)劃。不過(guò),即使SR-71全部退役,但已經(jīng)變成NASA飛行試驗(yàn)機(jī)的“黑鳥”,仍將在科研戰(zhàn)線上超期服役?。
SR-71偵察機(jī)飛行高度達(dá)到30000米,最大速度達(dá)到3.5倍音速。因此SR-71比現(xiàn)有絕大多數(shù)戰(zhàn)斗機(jī)和防空導(dǎo)彈都要飛得高、飛得快,因此從未受到任何實(shí)質(zhì)威脅??。[1]
SR-71偵察機(jī)未被完全擊中過(guò),主要因?yàn)槠淠芤?800-3200千米/小時(shí)在高空偵察飛行,當(dāng)時(shí)越南部隊(duì)最先進(jìn)的CA-75M防空導(dǎo)彈系統(tǒng)只能保障對(duì)速度在2000千米/小時(shí)以下的目標(biāo)的攻擊效率。雖然這種防空導(dǎo)彈系統(tǒng)經(jīng)過(guò)必要的修正,完善各種戰(zhàn)斗性能后,改進(jìn)型系統(tǒng)戰(zhàn)斗力急劇提升,已經(jīng)能夠摧毀類似“黑鳥”性能的高空高速目標(biāo),但戰(zhàn)爭(zhēng)已經(jīng)結(jié)束,它們失去了證明自己的機(jī)會(huì)和用武之地,就此成全了“黑鳥”一架未被擊落的神話??(“全球防務(wù),環(huán)球網(wǎng),現(xiàn)代兵器”評(píng))。[1]
世界紀(jì)錄
1976年7月28日,編號(hào)963的SR-71創(chuàng)下時(shí)速3529.55千米的速度紀(jì)錄,以及25929米的高度紀(jì)錄(1977年8月31日被米格-25以37650米打破)。在官方的速度紀(jì)錄中,飛機(jī)要經(jīng)過(guò)兩個(gè)階段。在起始的第一階段飛行過(guò)程中,一個(gè)引擎需要先保持在關(guān)閉的狀態(tài),等到經(jīng)過(guò)中途的接力點(diǎn)時(shí),再由飛行員重新啟動(dòng)。也就是說(shuō),SR-71只靠一個(gè)引擎就奪下了最快紀(jì)錄。
1974年9月1日,SR-71創(chuàng)下的從紐約到倫敦的紀(jì)錄:1小時(shí)54分56.4秒。
影視形象
電影《變形金剛2》中,“天火”以SR-71的形象出現(xiàn)
電影《X-MAN》中,X戰(zhàn)警使用的飛機(jī)是以SR-71為原型。