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世界頂級高超音速之爭白熱化!

波音與洛克希德·馬丁公司真可謂是相愛相殺,兩者的競爭從民用到軍用領域,從空中到地上。最終受益的卻是美國政府,由於兩者競爭而產生了無數的精良軍工產品,美軍的戰鬥力也是節節攀升。

最近,波音與洛馬又在超音速飛行器領域較上勁了,航速是5馬赫,而且是高空無人戰略偵察機。

提起無人戰略偵察機,最先想到的總是洛克希德·馬丁公司的SR-71「黑鳥」。

1960年,美國一架U-2在蘇聯境內被地空導彈擊落,美國空軍需要一種高空飛行的超音速偵察機來取代U-2。1962年4月,洛克希德拿出了A-12的設計方案,並且將在1963年交給中情局(CIA)使用。

這最終實現了SR-71的生產,並在1964年12月完成了首飛。在這個中情局的項目被關閉之前,只有13架A-12被製造出來。

SR-71偵察機是以A-12偵察機為原型設計的,是美國「黑鳥」家族的第三代,由美國洛克希德公司的臭鼬工廠研製生產,採用了大量當時的先進技術,是第一種成功突破熱障的實用型噴氣式飛機。實戰記錄中,沒有任何一架SR-71曾被敵機或防空導彈擊落過。

黑鳥的氣動布局非常偏向高空高速,長寬比很大,翼面積很小。這種布局雖然可以保證高空高速,但是低速性能很差,推重比不到0.4,機動性幾乎為0(米格-25也是如此,SR-71更明顯)。

SR-71的機身93%的結構採用鈦合金製造,可承受230度的氣動摩擦溫度,發動機尾噴管周圍區域的溫度更是高達510度,而這些鈦還是在冷戰高峰期間,CIA秘密成立了許多空殼公司向當時鈦金屬的最大出口國蘇聯購買,洛克希德也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。

SR-71被設計為具有非常小的雷達反射截面,這是早期的隱形設計,但是這並沒有考慮到高溫引擎排氣。所以諷刺的是,SR-71在聯邦航空總署的長程雷達上是最大的目標之一,在幾百里外就能追蹤。

即使採用了大量的隱身技術,但是因為其在高速飛行時候巨大的紅外特徵,因此實際上不具備隱形功能,但是依賴其高速性能,SR-71成功的擺脫了上千次針對她的攻擊,其中絕大部分都來自前蘇聯的飛機和對空導彈。

SR-71可以在25900米高度完成巡航任務,雖說有很多噴氣機可以通過極限爬升超過此高度,但都無法像SR-71一樣在這兩倍於常規客機最高飛行高度的高度巡航。

由於採用升力體設計,SR-71不需要大翼展在空氣稀薄的高空提供升力,整個機身得以全部隱藏在超音速後頭部產生的激波內,進一步減少阻力,保證黑鳥能同時超高空超音速巡航。

SR-71偵察機共生產32架。1990年,SR-71退役。1995年部分SR-71編回部隊,並於1997年展開飛行任務。1998年,SR-71永久退役,部分進入博物館陳列,僅有NASA德賴頓飛行研究中心的一架SR-71A和一架SR-71B用於研究使用。

2007年,洛克希德·馬丁公司提出取代SR-71的新型戰略隱身多用途無人飛機概念,該型機本身涵蓋完整的偵察系統並可攜帶在超高至臨界空域的新型武器,集情報收集、偵察、監控、打擊等諸多功能為一體。

SR-72最高飛行速度將達到驚人的6馬赫,可在一小時內到達全球任何地點。這樣的速度是SR-71高速高空偵察機最大飛行速度的兩倍,是目前第四代戰鬥機最大飛行速度的三倍,甚至其飛行速度比一些常見的導彈還要快,堪稱人類製造的「最快飛機」。在如此高速下,各種導彈都望塵莫及。

最初,SR-72概念研究人員決定採用兩段變速的方式讓SR-72達到極音速,第一步是用傳統渦輪引擎讓飛機加速至3馬赫,然後利用洛克希德-馬丁與洛克達因連手打造的「超音速燃燒噴射推進引擎」,將速度提升至6馬赫。SR-72構想圖中,看不到駕駛艙座罩,這就意味它可能是無人機。

根據臭鼬工廠副總裁阿爾·羅米格介紹,SR-72採用雙發設計,長度超過30.48米,與SR-71相比,該機在尺寸上基本相當。

就作戰使用而言,在高空(2.5萬米以上高度)以6馬赫突防的飛行器才具備更強的生存能力,甚至超過隱形的作用。為此,SR-72更多考慮空氣動力和推進系統的要求,並未過多突出外形隱形。

SR-72在氣動設計上採用了脊狀機身,與大後掠三角翼融為一體,向後延伸到大約一半時形成了駝背式機身。脊狀構型和三角翼均用於增加方向穩定性,以及在較高巡航速度下獲得更大的升力。

SR-72安裝在機身內部的發動機艙,集成了內彎式渦噴-衝壓發動機的進氣道,更便於實現加速,可以保持飛機長時間在6馬赫的速度區間巡航飛行,飛行高度約2.4萬米以上。

更重要的是,通過一個共同的進氣道,顯著降低了進氣道溢流阻力。「臭鼬工廠」通過與航空噴氣·羅克達因公司的合作,找到將渦噴發動機與超燃衝壓發動機整合為一體的方法,可以推動飛行器從靜止狀態加速到6馬赫。

高速雖然可以做到無敵,但也是有無可避免的瓶頸。在6馬赫的高速飛行狀態下,SR-72飛機無論進行情報偵察或完成投彈都需要高超的工程技術,飛機光完成轉彎就需要數百千米的半徑,需要強大的制導計算機建立從所在飛行高度到目標的瞄準線,更何況在6馬赫高速下打開機載內置武器艙門也是不小的技術挑戰。

競爭對手畫出這樣美好藍圖,波音自然不會巋然不動,而且這次波音要彌補上個世紀的遺憾。

實際上,在洛馬研發SR-71的時候,美國空軍還研發列裝了XB-70「女武神」戰略轟炸機,只不過中標的不是波音。

XB70計劃始於1955年,當時美國空軍希望有一種高空,遠程,能以3馬赫速度衝刺的洲際轟炸機,能夠投擲核彈或常規炸彈,打算用來替換B52轟炸機。

波音公司和北美航空分別遞交了他們的方案,兩個方案的飛機都超過450噸重,都能進行3馬赫衝刺。但空軍覺得太大了,使得原先放置B52的機庫和相應的設備都放不下他們。

1957年9月,美空軍重新制定了要求。要求能以3.0到3.2馬赫的速度長時間巡航,能飛至2萬3千米高度,航程168940公里,並限制了重量不能超過222噸。這樣原先兩家公司的方案都被退回了。

之後兩家公司都重新設計了方案,然後在1957年12月23日,北美航空公司中標,1958年1月24日獲得合同,2月份這飛機正式被定命名為B-70女武神。

1964年,第一架XB-70原型機出廠首飛;第二年,經過改進的XB-70再次試飛。在試飛中,XB-70達到了3馬赫的高速和21500米的飛行高度,最大航行距離超過了8000公里,是一架貨真價實的超級轟炸機。

強勁的動力系統可以讓XB-70在21500米的高空達到3馬赫的超高速,這一記錄只有米格-25高空高速截擊/偵察機和美國洛克希德公司研製的SR-71「黑鳥」戰略偵察機才能相比。

高航速使得XB-70「女武神」超音速戰略轟炸機不得不配備三個減速傘,每個傘的直徑達到8.53 米,高速飛行後的XB-70會掉一層漆皮之外,還需要藉助減速傘降低速度,否則極有可能衝出跑道。

XB-70從開始暖機到離開跑道只需25分鐘,跑道滑行時間最快僅需45秒,飛行員無需做生理檢查,在飛行時不穿飛行服,比起「黑鳥」偵察機來要省不少工作。

相比SR-71的零事故,XB-70的飛行事故有點多。1964年,XB-70首飛降落時左側主起落架起火損傷;1965年,XB-70A在試飛中不明物體飛入進氣道,六台發動機造成無法修復的重大損失;同年十月,高速飛行中出現翼尖結構脫落;1966年,XB-70A二號機與隨同的一架F-104N戰鬥機意外相撞,最後墜毀在沙漠中。

由於這樣的高事故率,加之蘇聯防空體系不斷完善,美軍逐漸向隱身戰機而不再是高空高速飛機的方向發展,XB-70也逐漸失去了它的戰略價值。

半個多世紀過去,2018年1月初,波音公司宣布正在開發一種高超音速偵察和攻擊無人機的概念機,以期能夠與洛克希德-馬丁公司的SR-72一爭高下。

波音公司將這款高超音速偵察和攻擊無人機命名為「女武神」II,並在佛羅里達州的一個貿易展上展示了「女武神」II概念。

波音公司的概念依賴於所謂的「聯合循環」推進系統,將傳統的渦扇噴氣發動機與強大的衝壓噴氣發動機結合在一起。渦輪令飛機加速通過音障。在超音速的情況下,渦扇發動機關閉,由衝壓發動機接管。

「女武神」II也將需要能夠放慢速度,並在任務完成後以自身力量著陸。這款超音速飛機將使用傳統的渦輪噴氣發動機來達到3馬赫左右。然後飛機將轉換到衝壓噴氣發動機/超燃衝壓發動機,以超過5馬赫的速度飛行。著陸需要轉換回渦輪噴氣發動機。在超音速推進方面,波音公司已與軌道ATK公司合作。

波音公司表示,「女武神」II研發包括2個版本,第一個版本是一個單發的F-16尺寸飛機。在這個小版本的測試後,將會有一個全尺寸的雙引擎版本,長度達到107英尺長。這種超音速飛機將依靠自己動力起飛。

無論是波音還是洛馬,都將面臨一個最重要的課題:如何解決衝壓噴氣式發動機進氣道不能壓縮空氣的問題。唯一的辦法就是設計一個單一進氣道,可以有效地將空氣輸送到發動機。

如何應對「熱障」也是一個問題,空氣摩擦會引起極端加熱,這需要高超音速飛行器由極為耐用的高溫材料和結構製成。

工程師正在考慮採用複合材料—即與洲際彈道導彈和太空梭前端使用的高性能碳纖維、陶瓷和金屬混合物相似。同時,機體的任何連接部都必須密封:一旦高超聲速下出現空氣泄漏,湧進的熱量將導致飛機解體。

在波音和洛馬為了上述問題焦頭爛額的時候,美國一直否認的「曙光女神」高超音速戰略偵察機悄然飛過。

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