SR-71黑鳥式偵察機

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SR-71黑鳥
Sr71 1.jpg
一架飛行中的SR-71
概觀
類型 戰略偵察機
乘員 1人/2人
首飛 1964年12月22日
服役 1966年
退役 1998年
設計 凱利·強生
生產 臭鼬工廠洛克希德
產量 32架
主要用戶  美国
美國空軍
美国国家航空航天局
衍生自 A-12 YF-12
技术数据
長度 32.74公尺(107呎5吋)
翼展 16.94公尺(55呎7吋)
高度 5.64公尺(18呎6吋)
翼面積 170平方公尺(1,800平方呎)
空重 30,600公斤(67,500磅)
負載重量 77,000公斤(170,000磅)
最大起飛重量 78,000公斤(172,000磅)
發動機 2具普惠J58-1型渦輪噴射發動機
后燃器可持續運作
推力 2×32,500磅(144.57千牛)(后燃器开)
性能數據
最大速度 3.35馬赫(2,193節,4,062公里/小時)
高度80,000呎(24,285公尺)
爬升率 ≥60公尺/秒
實用升限 85,000呎(25,900公尺)
最大升限 100,000呎(30,500公尺)
作戰半徑 2,900浬(5,400公里)
翼負荷 94磅/平方呎(460公斤/平方公尺)
推重比 0.382:1

SR-71“黑鳥”英文SR-71 Blackbird)是美國空軍所使用的一款三倍音速長程戰略偵察機洛克希德A-12為基礎,同系列的另一款機型是YF-12攔截機。SR-71是由美國軍火工業的傳奇人物凯利·约翰逊所領導的臭鼬工廠操刀設計,該單位同樣也設計了U-2偵察機等知名的軍機作品。SR-71上使用了大量當時的先進技術,不但是第一架採取隐形設計的飛機,更能以3馬赫的高速躲避敵機與防空导彈。在實戰記錄上,沒有任何一架SR-71曾被擊落过。

歷史[编辑]

SR-71在1964年12月22日首次試飛,並在1966年1月進入加州比爾(Beale)空軍基地的第4200戰略偵察聯隊(後改番號為第9戰略偵察聯隊)服役。1990年1月26日,由於國防預算降低和操作費用高昂,美國空軍將SR-71退役,但在1995年又編回部隊,並於1997年展開飛行任務,1998年SR-71永久退役。

SR-71仍然是世界上有人驾驶的最快的飛機,並且保有兩項紀錄:1976年7月28日當天,一架SR-71創下時速2,193.167哩(3,529.56公里)的速度紀錄,以及85,068.997呎(25,929公尺)的高度紀錄,只有前蘇聯MiG-25[1]狐蝠式高空攔截機曾經在1977年8月31日達到更高的37,650公尺。它可以在高達80,000呎(約24公里)空中,以每小時100,000平方哩(約每秒72平方公里)的效率掃視地表。當SR-71在1998年退役時,其中一架從它出生的加州棕櫚谷(Palmdale)的美國空軍42號工廠Plant 42),以平均時速2,124哩(3,418公里)飛到維吉尼亞州香蒂利(Chantilly)國家航太博物館展示,全程只花了68分鐘。SR-71也保有在1974年9月1日創下的從紐約倫敦的紀錄:1小時54分56.4秒。(協和式客機飛行同樣的路程要3小時20分,而最快的亚音速大型客機波音747則需要7小時。)

1968年3月21日,Jerome F. O'Malley少校與Edward D. Payne少校駕駛序號64-17976的SR-71進行首次作戰任務,這架飛機在服役生涯中累積了2,981個飛行小時與942次任務(多於其它任一架),包括257次分別從加州比爾空軍基地、棕櫚谷、沖繩嘉手納空軍基地、與英國米尔登霍尔皇家空軍基地出發的作戰任務。這架飛機在1990年3月飛到俄亥俄州德通市(Dayton)的國立美國空軍博物館。在沖繩,當地居民因為覺得A-12與SR-71形狀很像一種在沖繩當地土生的毒蛇,而賦予其波布蛇日语ホンハブハブ)的混名。

SR-71共建造了32架,其中12架在飛行事故中損失,偵察系統官Jim Zwayer是唯一身亡的機師,其他人都彈射逃生成功。

洛克希德臭鼬鼠工廠的Kelly Johnson為CIA設計的A-12牛車式是SR-71的前身。洛克希德稱它為大天使(Archangel),但Johnson寧可用Article。在設計案的發展中,洛克希德的內部編號隨著設計變更從A-1一直到A-11,A-11是第一個進行測試飛行的,裝上了推力較低的J-75渦輪噴射引擎,因為原本要使用的普惠J-58引擎的開發延誤了。當J-58終於抵達大牧場(51區),裝上飛機成為第12個構型後,編號也隨之變更為A-12,這個編號便持續使用到製造與運作。A-12共建造了18架,其中3架被轉用為YF-12,也就是F-12攔截機型的原型機。

空軍用的偵察機型原本稱為R-12。然而在1964年的總統大選,參議員Barry Goldwater持續抨擊詹森(Lyndon B. Johnson)總統與新武器研發上落後於蘇聯,詹森總統決定以高度機密性的A-12計劃,及存在的偵察型進行回擊。

空軍計劃將R-12重新編號為RS-71(代表Reconnaissance-Strike,偵察—打擊),接續在已有兩次試飛的RS-70(XB-70女武神式轟炸機的衍生型)之後。然而,空軍參謀長(Air Force Chief of Staff)柯蒂斯·勒邁更喜歡SR的編號,也想將RS-70改編號為SR-70,這時給予媒體的新聞稿仍然寫著RS-71,造成總統誤讀飛機編號的傳聞。 [2] [3]

計劃的公開與新編號使臭鼬鼠工廠與空軍中參與計劃的人員受到震撼;所有印刷了的維修手冊、飛行員手冊、訓練vufoil、機座和材料都已印上了R-12(The 18 June, 1965 Certificate of Completion issued by the Skunkworks to the first Air Force Flight Crews and their Wing Commander are labeled: "R-12 Flight Crew Systems Indoctrination, Course VIII" and signed by Jim Kaiser, Training Supervisor and Clinton P. Street, Manager, Flight Crew Training Department)。依照詹森總統的演說,編號依據指揮官命令變更為SR-71,並立即重新印製29,000份藍圖。

次型[编辑]

D-21B 裝載在MD-21平台上的D-21無人機

依據基本的A-12發展出來的M-21是一個重要的次型。這是以A-12改裝成D-21無人偵察機的發射平台。

當D-21未裝上時稱為M-21,裝上時稱為MD-21。D-21是全自動的無人高空偵察機,發射後飛越目標區,並在指定地點投出資料包,由C-130回收,而D-21則自爆銷毀。在一次測試中,發射後不久的D-21撞上母機並導致發射控制官身亡的測試意外後,這個計劃在1966年被取消。

唯一保留下來的M-21與D-21B,在華盛頓州西雅圖飛行博物館(Museum of Flight)陳列展覽。

細節[编辑]

機身[编辑]

SR-71的座艙及飛行裝置

SR-71的機身大部份都是,而這些鈦還是在冷戰高峰期從蘇聯方面得到的,洛克希德用各種可行的偽裝方法防止被蘇聯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,完成的飛機會塗上暗藍色(趨近黑色),以加強熱輻射冷卻與高空的偽裝效果。

鈦製蒙皮的研究顯示,在逐次像是退火一般的劇烈加熱中,材質會逐漸強化。

主翼內側蒙皮的主要部份其實是皺紋狀的。熱膨脹會使平滑的蒙皮撕裂或捲曲,而將蒙皮做出皺摺讓它能向垂直方向伸展,避免應力過強,同時也增強縱向強度。不過空氣動力專家指責工程師是試圖讓一架20年代的福特三引擎飛機(因其皺紋狀的鋁製蒙皮而聞名)飛到三馬赫。部份SR-71在機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,因為這裡的蒙皮薄而易破,很大一塊區域的下方都沒有結構樑提供額外支撐。[4]

SR-71被設計為具有非常小的雷達反射截面(radar cross-section,RCS),這是早期的匿蹤設計。然而,這並沒有包括高溫引擎排氣。所以諷刺的是,SR-71在聯邦航空總署(Federal Aviation Administration,FAA)的長程雷達上是最大的目標之一,在幾百哩外就能追蹤。即使采用了大量的隐身技术,但是因为其在高速飞行时候巨大的红外特征,因此他实际上不具备隐形功能,但是依赖他的高速,SR-71成功的摆脱了上千次针对她的攻击,其中绝大部分都来自前苏联的飞机和对空导弹。

電腦[编辑]

計劃早期的類比式進氣電腦並不總是能跟得上立即的飛行變化,若內壓力過高,且進氣錐處在不正確的位置,震波會突然在進氣口前中斷,稱為「進氣未啟動」(inlet unstart)。這會使進入壓縮機的氣流立即停止,推力下降且排氣溫度開始上昇。由於突然失去一半動力造成兩邊推力大幅度的不對稱,進氣未啟動會造成向一邊的狂暴的偏航。SAS、自動飛控和手動控制得與不預期的偏航格鬥,但經常造成另一邊引擎氣流的減少,並造成共振失速(sympathetic stalls),結果是立即地反向偏航,常常也發出巨大的爆聲。飛行員與偵察系統官偶爾會經歷到他們的壓力服頭盔撞上座艙罩,直到未啟動平息下來的狀況。

一種標準的反制之道是讓另一邊的進氣錐移動而造成刻意的未啟動,以停止偏航狀況,讓飛行員能進行再啟動,完成後就可以重新加速並爬昇到計劃的巡航高度。

後來黑鳥換上了新的數位進氣電腦,洛克希德的工程師們發展的引擎進氣控制軟體,能重新捕獲漏失的震波,在飛行員感覺到未啟動的發生之前就重新點燃引擎。SR-71的機工們有責任精確地調整數以百計的前部空氣旁通門,這對控制震波、防止未啟動與增強性能有一定的幫助。

熱漲冷縮[编辑]

由於飛行中的高溫與空氣阻力,機身鑲板可能會掉落,機身也會熱膨脹到好幾吋,機身的校準必須以高速狀態為準。加上缺少能承受高溫的燃油密封,專用的JP-7燃油會在跑道上起飛前,以及進行空中加油時發生洩漏。黑鳥得先衝刺以加熱機體,然後在起程執行任務前進行空中加油。飛機降落後會有好一段時間沒有人能靠近,座艙罩會高達攝氏300度以上。為了承受高溫,石棉也被使用在如煞車等處。

兩側脊線(chines)[编辑]

兩側脊線是一個獨特而有趣的特徵。早期的雷達匿蹤研究認為,平滑且漸縮的外形能將最多的雷達束反射至其它方向。原先的黑鳥並沒有兩側脊線,看起來就像個放大版的F-104,但雷達工程師說服了空氣動力學專家,增加了一些風洞測試。他們發現兩側脊線可以產生強力的渦流,在接近機身前段會產生大幅度的額外昇力,於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的航程。由於強力渦流在高攻角時可延緩失速,落地速度也可以減低,還可進行高G迴轉直到引擎熄火。兩側脊線的作用類似近代戰鬥機用以提昇機動力的翼前緣延伸,在風洞測試發現這點後,原本許多早期設計構型中都具有的前翼就不再需要了,這樣的設計仍然出現在許多最新型的匿蹤無人機上,例如黑暗之星掠食鳥X-45X-47等,讓它們允許無尾翼設計而兼具安定性與匿蹤性。

燃油[编辑]

JP-7原本是為了A-12而發展,擁有極高的閃燃點以避免高溫下自燃。JP-7含有碳氟化合物以增加潤滑性,氧化劑使其容易燃燒,甚至還有的配方,以偽裝廢氣的雷達訊號。這也使得JP-7比蘇格蘭威士忌還貴,操作SR-71一小時的油費就要24,000到27,000美元。相對之下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,可攜帶的偵察設備還少了許多。

引擎[编辑]

J58發動機在不同速度下的氣流圖

黑鳥使用的J-58發動機是唯一可以持續使用後燃器的軍用發動機,當飛行速度愈高的時候,發動機的效率也隨之提升。每一具J-58能夠產生32,500磅(145 千牛頓)的靜推力。一般噴射發動機無法持續使用後燃器,而且效率在高速時會下降。

能夠讓飛機達到三馬赫,又必須提供次音速的氣流給引擎,對進氣道設計而言是必要的。在兩個進氣口前端各有一個圓錐形、可移動的進氣錐,在地面上或次音速飛行下鎖定在最前方的位置。自1.6馬赫開始,進氣錐會逐漸向後移動,最大到26吋。原始的進氣電腦是類比式的設計,依據皮托管靜壓測量、俯仰、滾轉、偏航、攻角等等的輸入資料,算出進氣錐所需要的前後移動距離。這麼做可以將進氣錐尖端產生的震波維持在進氣口,使氣流減速到1.0馬赫的震波為止,之後的次音速氣流就可以讓引擎使用。這個在進氣道內進行震波的捕獲稱為「啟動進氣」(starting the inlet)。壓縮機前方會因而產生巨大的壓力。洩氣孔和旁通門設置在進氣道和引擎艙內,以維持進氣壓力,使進氣道能持續地「啟動」。在3.2馬赫巡航下,進氣壓力的增加估計提供了58%的可用推力,壓縮機提供了17%,而後燃器提供了25%,這時幾乎就是SR-71的最佳設計點。臭鼬鼠工廠的進氣系設計師Ben Rich常說壓縮機「使進氣活躍著」(pumps to keep the inlets alive)。

J-58另外一項特點就是他可以算是混合噴射發動機:他是在一具衝壓發動機內部再加上一具渦輪噴射發動機。進入發動機的空氣先是被震波錐壓縮(同時氣流溫度也會上升),接下來氣流被分成兩道: 一部分進入壓縮風扇(核心氣流),其餘的經由旁通管直接進入後燃器(旁通氣流)。通過壓縮風扇的氣流會進一部的壓縮(同時溫度也進一步的上升),燃料與壓縮氣流在燃燒室混合燃燒,這時候氣體溫度達到整個階段的最高溫,僅僅略低於渦輪葉片開始軟化的溫度。在通過渦輪段之後(溫度稍微下降),核心與旁通氣流在此會合一同進入後燃器。但是當黑鳥於高速飛行時,通過震波錐壓縮的核心氣流溫度會高出許多,而這時候氣流尚未經過壓縮和燃燒段,過高的溫度使得噴入燃燒室的燃料量必須減小,以免接在後面的渦輪葉片會因為高溫而溶化。

當速度接近3馬赫的範圍時,通過震波錐與壓縮段的氣流具有的溫度已經非常高,這時候沒有任何燃料會與核心氣流混合,這意味著通過壓縮、燃燒和渦輪段的核心氣流實際並未提供任何推力,黑鳥僅僅依靠後燃器產生的推力來飛行。利用震波錐的壓縮效果,這時候發動機轉變成為衝壓發動機的型態。沒有其他飛機是以這樣的方式來運作。通常可以想像這是一具衝壓發動機內部還有一具噴射發動機。低速時,噴射發動機(核心部分)與衝壓發動機(旁通氣流與後燃器混合)共同作用,飛行速度提高時,噴射發動機雖然還是位於衝壓發動機的進氣通道內,可是已經形同停止工作(這也同時顯示渦輪葉片的高溫忍耐程度是以多少燃料可以燃燒來決定,同時這也決定這一具發動機最大輸出推力有多少)。

原先黑鳥的引擎是以輔助的外啟動車進行啟動,啟動車停在飛機下後,以兩具別克(Buick)V-8引擎驅動連接到J-58的一支垂直的驅動軸以啟動引擎,啟動一具後再駛到另一側啟動另一具引擎,過程震耳欲聾。後期J-58就改用傳統的啟動車了。

傳說[编辑]

美國空軍SR-71教練機型,注意第二個座艙罩。機背上的液體痕跡是空中加油後加油管離開加油口時灑出來的燃油,機翼上的則是在非巡航空速下,從油箱的數十個裂縫洩露出來的。

由於先進的設計、性能、與其高度機密性,吸引了不少狂熱者的喜好,某些陰謀論者認為它真正的能力並沒有顯現出來。大多數航空迷依結構與空氣動力的承受度,推測它最大可以飛到3.3馬赫以上,不會超過3.44馬赫。特別是他們引證壓縮器最大進氣溫度是427 °C(800.6 °F),這已經超過3.3馬赫,而3.44馬赫則是引擎會產生「未啟動」的速度。部份推測認為這可以靠壓縮器設計和安裝減緩。

要注意的是J-58在非機密的測試中從未測出超過3.6馬赫以上的測試台數值。縱觀SR-71的歷史,先進與機密的本質,加上沒有正適航的SR-71,除非實際飛行中曾經達到,否則真正的設計限度可能永遠無法得知,這些條件無疑地使SR-71始終被謠言與謬誤環繞著。

SR-71是第一個以匿蹤外形和材料設計的作戰飛機,最明顯的低RCS特徵就是內傾的垂直安定面,它的大小看起來像是個會飛的穀倉,但雷達訊號只相當於一扇門。但是它仍然易於偵測,因為高溫排氣讓它有了獨有的雷達訊號,相較之下,F-117的RCS不過是個小珠子。

其他圖片[编辑]

相關條目[编辑]

参考文献[编辑]

外部链接[编辑]