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兩萬米三馬赫巡航,黑鳥戰機竟僅是美國60年前水平

作為蘇聯/俄羅斯航空科研體系的中樞核心,中央空氣流體動力研究院在回顧和總結蘇俄從二戰後直到90年代初期為止的研究發展時(詳見其著作《超聲速飛機空氣動力學和飛行力學》);指出迄今為止人類通過發動機和空氣動力學上的進步,在超音速飛行領域實現了三次主要飛躍。



兩萬米三馬赫巡航,黑鳥戰機竟僅是美國60年前水平


資料圖:幾乎全身都是機翼的黑鳥,它是最早的高速升力體飛機


第一次是飛機實現最大速度向2-3倍音速的突破,從F104、米格21直到米格25/31都包括在內。第三次飛躍則是高機動飛機(就是戰鬥機)不使用加力,轉入到以1.5-1.8倍音速;這一代飛機目前仍僅有F22,俄羅斯和中國尚未拿出性能與F119同級別的發動機。


第二次飛躍則是在不要求飛機具備高機動能力的情況下,不開發動機加力,維持1.7-3倍音速飛行,黑鳥系列(包括A12/YF12/SR-71等三個主要型號)、圖-144、協和等飛機,都是這一代的代表作;而黑鳥家族能以超過3倍音速進行巡航飛行的高空高速性能,在這一代飛機中毫無疑問佔據著壓倒性的優勢。



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資料圖:極力壓縮機身厚度是黑鳥減低高速阻力的核心思路之一


黑鳥家族設計始於1956年,早在蘇聯擊落U-2亞音速高空偵察機之前4年,洛克希德公司就開始研究能夠憑藉高度、速度甩掉蘇聯防空導彈、戰鬥機攔截,並在空中加油的支持下,具備環繞地球一周執行任務的能力。同時在當時,黑鳥家族已經開始考慮到隱身的問題——但必須要強調的是,限於當時的能力水平,黑鳥系列並做不到真正的隱身。



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資料圖:黑鳥大量採用鈦合金以應對高速飛行時的劇烈加熱


黑鳥的設計團隊一共75人,雖然在當時他們擁有最強的計算機進行輔助計算——但是60年前的頂級超算,計算能力連現在的袖珍計算器都不如。而今天所有的高效設計手段——有限元分析、計算流體動力學,當年黑鳥設計團隊在夢裡都見不到這些鬼玩意。就是在這樣的條件下,1959年設計完成並得到批准開始建造,1962年4月24日,第一架黑鳥(型號A-12,客戶是中央情報局)完成首飛。



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資料圖:J58發動機並不是作為黑鳥家族的配套動力開發的,它原本為海軍的高速截擊機開發

為了保證最低的飛行阻力,黑鳥家族採用了升力體布局(比蘇27/米格29早了十多年),將整個機身做成了超音速機翼的剖面形狀,將兩台發動機分布的非常遠以降低相互之間的干擾阻力。而在動力上,J58發動機為渦輪噴氣和衝壓合一設計,低速下以渦噴模式工作,完成起飛降落和加速過程,高速時以衝壓方式工作,保持高馬赫數巡航。



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資料圖:高昂的使用成本是黑鳥早早退役的關鍵原因之一

由於鋁合金隨著溫度上升,其強度會急劇下降,因此黑鳥的主要機身材料選用了鈦合金——34米長的大型鈦合金飛機,即使放在今天製造難度也相當驚人。而黑鳥則誕生於近60年前,其中要攻克多少技術難關,實在是令人無法想像,不愧是世界第一強國的造物驕傲。



兩萬米三馬赫巡航,黑鳥戰機竟僅是美國60年前水平



資料圖:高空代償服


由於需要長時間維持2萬米以上飛行,黑鳥飛行員必須穿著全封閉的高空代償服——實際上就是原始版本的宇航服。這種服裝必須根據飛行員個人定製,造價在當時就達到10萬美金,手套一副就要6000美金。僅僅服裝都要這麼貴,整套飛機系統使用成本可想而知。


憑藉3倍音速以上的巡航速度,和接近25000米(飛機環控系統從外界抽取空氣,維持座艙壓力的工程高度,再往上必須採用宇宙飛船式的全封閉設計)的最大實用飛行高度;黑鳥家族在冷戰期間出入蘇聯等國境內,如入無人之境,未曾有一架被擊落過——無論是地面發射導彈還是出動飛機攔截。



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資料圖:由於設計年代極早,因此黑鳥的電氣電子化和自動化程度都很低,座艙中遍布儀錶,甚至連CRT顯示器都見不到。


然而黑鳥本身也存在極為致命的固有缺陷,那就是極為高昂的使用成本;比如它的耗油率極高,每次任務都必須同步調動多架加油機在全球各地空域進行空中加油。因此在冷戰結束以後,黑鳥家族很快就被退役——實在養不起了。


雖然後來一度曾有啟用黑鳥的計劃,但是必須要指出的是,隨著衛星偵察和傳輸能力的增強,尤其是現代防空反導武器系統的高速進步;一方面黑鳥機載設備落後,偵察所得影響必須落地後人工解讀,已經不能滿足時代需要,另一方面它的飛行高度和速度也不再能成為可靠的安全屏障,實際上已經失去強行突防偵察的能力


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