世界武器裝備——空軍 SR-71“黑鳥”高空高速戰略偵察機的工作原理解析——①機身

這是洛克希德公司研製的S-271黑鳥偵察機 S-271黑鳥於1963年開始研製,1964年首飛 1966年作爲偵察機進入美國空軍服役 它不能攜帶航空炸彈,也沒有機槍 因此在高空高速飛行是黑鳥防禦敵方攻擊的主要手段 這使得黑鳥在當時基本無懈可擊 它可以維持在3.2馬赫的速度,即3.2倍的音速 大約相當於以3540公里每小時的速度向前飛行 飛行高度大約在25900米 黑鳥服役期間沒有任何一架被擊落 那如何躲避能夠與黑鳥達到同樣高度的導彈或敵方飛機呢? 那就是比它們飛得更快 這架飛機的每個部件都是爲了任務目標而設計的 那在瞭解每個系統的工作細節之前 讓我們來大致看看圍繞着黑鳥的整體結構和設計理念吧 與其他戰鬥機或偵察機相比,黑鳥是一種相對較大的飛機 只是黑鳥需要使用更多的燃料以達到誇張的高度和速度飛行 機身的三分之二以及機翼上任何可以被利用的空間都被各種形狀的油箱所佔據 總容量約爲46254升 這些燃料的重量約爲36146公斤 一對強大的噴氣發動機被固定在機翼的兩邊 發動機的前部隔間有很大一部分被用坐進氣口前端可移動的大型錐體,被稱之爲尖鋒 稍後我們會看到這套系統在超音速中的工作原理 機翼後面的一排可動一面,被稱爲升降復翼 方向舵位於兩個尾翼的頂部,由它們來控制黑鳥的航向 駕駛艙爲兩名成員組,分別是飛行員和偵察系統操作員 駕駛艙的周圍有設備艙,可根據任務要求的不同來更換所需的設備組件 還有可以拆卸的機鼻 那我們來看看細節部分 首先從氣動外形開始 發動機的前部略微向下傾斜 這樣的設計是爲了黑鳥在飛行時,機身和機翼處於迎角姿態 在高空高速飛行時,發動機的進氣口可以接近水平狀態 爲了攜帶足夠多的燃料設備和人員,機身和機頭被設計得相當長 黑鳥的機翼設計是無尾三角翼,整體看起來像一個三角形 這樣的設計是爲了黑鳥能在高空,以超音速或超過音速飛行而生,可以大力地推開空氣分子 空氣分子是以一種彈性網格形式結合在一起的真實存在的物質 當這些分子相互碰撞震動你的耳膜時,便聽到了聲音 那這些分子的間距,各自的重量,它們之間的彈性強度等因素決定了空氣的行爲模式 當你以超過這些空氣分子相互碰撞的速度前進時,相當於超過了地面的聲音速度 這個前進的速度大約是1223公里每小時 當空氣分子無法快速地離開時,聚集的空氣分子便會形成一種波 由此便形成了在跨越音障時產生的超音速激波 隨着速度的增加,激波的角度也會隨之減小 當速度達3.2馬赫時,激波會形成18度的夾角 舉個例子,以標準機翼來說 標準機翼的後掠角要小得多 在飛行過程中,激波會衝擊機翼,會形成所謂的阻力牆,進而使飛機減速 如果把標準機翼的掠角向後以適應激波的範圍 那麼機翼和機身的連接處將會脆弱不堪 三角翼則能很好地解決這一問題 標準機翼的氣動外形非常適合在較慢的速度時產生聲力 當速度接近音速時,寬厚的機翼較頓前緣 導致空氣在機翼前聚集,形成湍流 進而產生音障的效果 相比之下,隨着速度的增加,壓力也在不斷地增加 黑鳥鋒利而薄的機翼能有效地切割空氣 狹窄的機翼前緣可以使激波緊貼在機翼的前方形成 黑鳥尖銳的機身特徵,讓空氣流動更加平滑 激波的形成更加順暢,使超音速飛行變得高效 兩個發動機的進氣口設計得非常巧妙 與機身的中心是分開的,避免了空氣從機身下方向上盤旋 即便在最高速度下飛行,空氣也能流暢地進入發動機 通過觀察機體輪廓,我們可以看到機身兩側鋒利的邊緣 在空氣動力學中,像這樣鋒利的邊緣叫做邊條翼 邊條翼的存在有着關鍵性的作用 在飛行過程中,當空氣穿過邊條翼時,壓力差會形成強力的渦流 這導致邊條翼上方會形成一個較低的壓力區 由此產生的升力佔總升力的20% 它們像其一樣,在飛行的過程中可以穩定較長的機身 這樣的設計也大大減少了雷達的反射截面機 雷達波從一個點向外發射信號並接收回波 常見的圓形平面特徵更容易將波反射回雷達 這使雷達可以輕鬆捕獲目標 黑鳥平坦的表面減少了雷達波的反射,降低了被捕獲的可能 同樣爲了減少波的反射,兩個尾翼的設計是向內傾斜的 黑鳥的雷達反射截面機相較於它實際的體積來說要小得多 S-271是首批採用隱身設計的作戰飛機之一 它還採用了一種早期的雷達吸收復合材料 這種材料被稱爲塑料,當然不是那個塑料哈 複合吸行部件沿外緣椅直自行,與鈦合金交替排列,以允許其膨脹 複合材料同樣覆蓋了進氣口和傾斜尾翼 黑鳥的內部框架主要是由鈦合金製成的 因爲極端壓力和熱量下的飛行環境,大部分外部箱板也是由鈦合金製成的 在高速飛行時,機體表面的溫度高達370多度,高溫會產生膨脹 機翼表面的紋理爲膨脹提供了空間,同時也增加了強度