60年前的黑鳥偵察機，為甚麼至今無法超越？ #黑鳥sr 71

飛行一小時只需消耗20噸燃油 這駕馭1966年服役的黑鳥偵察機S2-71 僅僅依靠兩臺普惠-58渦輪衝壓變循環發動機的推動 就能達到每小時3540公里的速度 它是如何做到的? 首先黑鳥偵察機的外形相比於傳統的客機顯得棱角分明 整體的框架使用了輕便以及耐高溫的鈦金屬製成 表面則被一層能吸收雷達波的複合材料與鈦合金屬板覆蓋 長長的機頭和後方的三角機翼使其更加符合空氣動力學 而機翼側面搭載了兩臺分別能爆發出145千紐推力的 普惠-58渦輪衝壓變循環發動機 當它正常運行時 空氣從進氣道進入後 首先由錠子與鑽子組成的多極壓氣機進行壓縮 其中鑽子驅動空氣向後流動 錠子則改變空氣的流動方向 使空氣一層層穿過越來越狹窄的通道 從而產生高壓空氣 推入到燃燒室中與燃料混合後被點燃 燃燒產生的廢氣驅動後方的渦輪高速旋轉 同時它通過一根傳動軸與前方的進氣風扇連接在一起 轉動的速度越快 那麼進入的空氣將會越多 廢氣經過渦輪向後高速噴出 其尾部裝有收斂槓擴張型噴管 也被稱為拉瓦爾噴管 可以通過控制噴管的收縮程度以實現調整排氣速度 給予黑鳥更加精確的前進動力 同時噴管的上方還有一圈活門 主要用在飛機的起飛和降落過程中 減少尾噴口因為裡面尾氣和空氣力量不夠產生的額外阻力 當速度上升到1.2馬赫後 活門就會自行關閉 然而這種帶有壓縮機、燃燒室和渦輪裝置的結構 是最基本的渦輪噴氣發動機設計 之所以黑鳥不一樣 是在渦輪的後方有一個加力燃燒室 廢氣將在這裡繼續和燃油混合 來更充分地燃燒廢氣裡的氧氣 雖然這一裝置能提供巨大的推力 但效率非常低 並且非常耗油 對此 工程師在發動機外部安裝了6根獨特的硬管 它在飛行速度高於2.2馬赫時開啟 通過把壓氣機生成的一部分壓縮空氣 直接引入到加力燃燒室中 使其具備更高的燃燒效率 雖然這兩臺發動機非常強大 但面臨一個致命的困難 由於空氣中的分子是以一種彈性網狀的形式相互黏合在一起 一旦這些分子相互撞擊 生成的衝擊波將會引起人體的耳膜鼓動 這也就是聲音的傳遞方式 但是當黑鳥偵察機以超音速的速度飛行時 空氣分子無法快速地聚集起來 就會在機頭的前方形成激波 並且它的角度會隨著速度的增加逐漸變小 準確地來說 黑鳥在3.2馬赫的巡航速度下 激波角度為18度 同樣發動機進氣口的外緣也會形成 如果不能對這裡產生的激波進行約束 發動機就會因沒有空氣或者進氣量減少而失去動力 那麼將超音速空氣轉換成發動機能用的亞音速空氣至關重要 對此工程師將一個可移動的大型錐體安裝到了發動機的前面 它同樣有著尖尖的頭 與機頭的作用相同都是用來劃破空氣 使其更加符合空氣動力學 但它的形狀越往後橫截面積越大 這是為什麼呢? 我們可以看到 當發動機邊緣生成的直線激波撞擊到錐體時 將會發生反射的現象 而能量也會在這種反射的過程中逐漸損耗 超音速空氣因此轉換為亞音速空氣 並且該錐體可以根據飛機速度的不同進行來回移動 比如速度從1.6馬赫逐漸升高至3.2馬赫 也就是音速的3.2倍 此時發動機邊緣撞擊空氣生成的激波夾角逐漸縮小 為了確保空氣經過反彈後正好在壓縮機前方轉換為亞音速空氣 錐體隨之向後移動 然而問題也隨之產生 飛行速度的增加 錐體尖頭形成的激波角度同樣會減小 它在向後移動時 一旦它與發動機邊緣產生的激波交叉在一起 發動機就會瞬間失去70%的推力 這將會使整架飛機發生傾斜 甚至有墜毀的風險 面對這一難題 工程師們耗費了大量的精力 最終計算出了精確的錐體形狀 它能在3.2馬赫的速度下向後移動66釐米 此時尖端產生的激波正好卡在發動機進氣口的邊緣 總體來說 在那個年代誕生出的黑鳥偵察機 身上有太多的超前科技 其中的一些在如今仍發揮著至關重要的作用