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超音速巡航能力最強的飛機不是F-22!平均2馬赫 而且還是客機

1962年11月29日英法政府簽署了一項合作協議,共同研製一種超音速客機,命名為「協和」。項目的主承包商是英國飛機公司(BAC),合作夥伴有布里斯托爾、羅爾斯?羅伊斯,以及法國的南方飛機和斯奈克瑪發動機公司。英法原計劃製造兩種型號,一種是用于越洋航線的100座遠程飛機,另一種是用於大陸航線的90座中程飛機,大家都知道,後者永遠沒有問世。

1965年2月「協和」原型機開始製造。1967年12月11日第一架001號原型機在圖盧茲下線,但直到15個月後才進行首飛,1969年3月2日,該機在機組安德烈?蒂爾卡、雅克?吉尼亞爾、米歇爾?雷蒂夫、亨利?佩里耶的駕駛下升空。

「協和」是一架修長的看起來像飛鏢的飛機,三角箭形下單翼下方安裝四台奧林巴斯加力渦噴發動機,兩兩成對安裝在兩側翼下吊艙中。「協和」主要採用鋁合金製造,外加一些鋼組件,在需要耐高溫的地方則採用鉻鎳鐵合金。「協和」被設計為能以2.2馬赫的速度巡航,如果速度要求再高的話就要大量採用鈦合金和其他耐高溫材料了。

在起降時,「協和」的鼻錐會通過液壓機構下垂,增加飛行員的前方視野。在超音速巡航時,一個可收放的透明遮陽板會覆蓋住擋風玻璃以降低阻力。駕駛艙兩側各有一個短邊條,在大迎角飛行時可以改善通過垂尾的氣流,增架方向穩定性。

機翼有著優雅的弧形尖拱前緣,翼根相對厚度3%,每側後緣有6片液壓操縱的升降副翼,兩兩成對。垂尾方向舵分成上下兩部分以提供冗餘並提高安全性。

「協和」採用有三點式起落架,雙輪轉向前起落架向前收回,四輪小車式主起落架向內側收回。起落架都具有碳盤剎車和防抱死系統。「協和」的尾部有一個可收放防擦尾撬,在起降時保護飛機的尾部。

「協和」按高密度座椅布局理論上最多載客144人,但在實際運營中最多布置128座,而100座的布局更受歡迎。「協和」的增壓客艙隔音非常好,可以提供平穩和安靜的旅程。客艙前部和中部設有洗手間,前後有廚房。由於「協和」在以超音速飛行時每3小時就會達到其航程極限需要降落加油,所以空姐的任務很重。

從來沒人具體統計過英法政府總共為「協和」砸了多少錢,最近的一個估算是大約11億英鎊(1976年幣值),相當於2003年的110億鎊或181億美元。英法僅製造了20架「協和」,其中6架還是原型機和測試機,從未搭載過任何旅客。事實上,英航和法航僅按目錄價格付費購買了9架生產型飛機,其餘5架基本上是政府白送,目的僅僅是為了讓飛機能夠下線。

協和式上集中了60年代歐洲航空技術的最高水平。在飛控上,協和式首次在民航飛機上採用了模擬電傳飛控,比傳統的機械飛控的響應速度大有提高。全工況自動駕駛儀和自動油門可以從起飛拉起後一直控制到降落,全程自動控制飛行。協和式還採用模擬電傳發動機控制,這是現代全權數字發動機控制的前身。

「協和」通常以2馬赫的速度巡航,在某些時候速度還會更快。「協和」的飛行高度超過15240米後,你會受到三個最大限制參數的制約:最大馬赫數、最大空速或機鼻最高溫度,後者是127攝氏度。自動駕駛儀很聰明,能夠控制飛機不超過其中任何一個參數。

但飛機以2馬赫飛行時偶爾會飛入一個冷空氣團,導致機鼻溫度降低,使飛機從2馬赫迅速加速到2.04馬赫。不過此時自動駕駛儀會及時介入,把速度降回到2馬赫。

對於「協和」來說,當它處於最大起飛重量時,空氣動力學設計使得其最小阻力速度高於最大允許飛行速度。隨著重量的降低,你飛得越快就越接近最小阻力速度,阻力也就越小,加速也就越快。所以這種飛機天生為高速而生。

翼下的四台羅爾斯羅伊斯「奧林普斯」是當年推力最大的噴氣發動機。更加省油和安靜的渦扇發動機迎風面積較大,阻力太大,不適合超音速客機的使用,所以「奧林普斯」採用渦噴設計。

發動機推力按照巡航要求最優化,起飛加速和衝過音障需要最大推力時用加力解決。實際上,非加力推力也勉強足夠協和式達到超音速,但在跨音速階段加速的時間加長,最後的累計耗油率反而高。

「奧林普斯」是西方民航飛機上使用的唯一的加力發動機。為了進一步優化發動機的工況,進氣口採用大型斜板調節激波的位置,並對進氣預壓縮,使發動機從亞音速到超音速都能處在最優的進氣狀態。

協和式的速度為M2.02,這是由鋁合金結構的耐溫極限所決定的,速度更高的話,氣動加熱更加嚴重,需要用沉重的不鏽鋼或者天價的鈦合金了。協和式在起飛加速時,機體表面升溫;飛入高空寒冷大氣時,機體表面降溫;加速衝過音障時,機體表面再次加溫;減速下降過程則反一反。這樣一來,協和式每次飛行都要經過兩個升溫-降溫循環,金屬疲勞的問題不容小視,英國為此花了極大的功夫解決。

協和式的機體在超音速的時候,由於熱脹冷縮將拉長300毫米,熱脹間隙最大的地方是隨機工程師的工作台和艙壁之間,所以所有協和式在退役前的最後一次飛行中,隨機工程師都把自己的帽子放在這個縫隙里,到地面冷卻後,帽子就永久性地夾住了,成為所有今天在航空博物館裡的協和式的一個共同的特色。

西雅圖航空博物館裡的這個帽子被一個小偷用刀割下來,結果博物館廣出公告,保證不追究,小偷才把帽子還了回來。

英國和法國的「協和」機隊累積的超音速飛行時間超過了有史以來所有軍用飛機的總超音速飛行時間。這可能有點誇張,這個問題根本無法得到解答,但確實說明了「協和」的獨特性能。

2003年10月24日,「協和」進行了最後一次商業飛行,一架英航的「協和」從紐約飛到倫敦。英國航空愛好者紛紛來到希思羅機場見證這一歷史時刻,「協和」離開跑道穿過兩輛消防車的水炮噴出的水拱門,接受人們的歡迎。在「協和」的一生中,法航「協和」積累了105000小時的運營時數,而英航「協和」飛了15萬小時。


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