航空史上的绝对奇迹1

未来之鹰航空 2024-09-25 13:38:38

1974年9月1日,美国空军飞行员詹姆斯·沙利文少校和乔尔·威迪菲尔德少校驾机从纽约起飞,向东飞越大西洋。到达伦敦时,仅用时1小时54分56秒,这还不到47年前查尔斯·林德伯格飞行时间的十七分之一。

这一令人印象深刻的壮举至今仍是世界纪录,归功于沙利文和威迪菲尔德驾驶的飞机:洛克希德SR-71“黑鸟”(Blackbird)。

几乎从任何意义上来说,这架造型流畅、外貌奇异的飞机都是飞行方面的佼佼者。它能够在超过27公里的高度以三倍于音速的速度飞行,甚至比空对空导弹的速度都快,至今仍是服役以来速度最快的军用飞机。

历史上,没有一架侦察机能像SR-71一样,在全球最危险的空域飞行,而且不受任何威胁的干扰。

但是,这架飞机是为了什么任务而设计的?是什么让它飞得如此之快?接下来,让我们深入了解历史上技术最先进的飞机之一那令人难以置信的工程设计。

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黑鸟的故事始于1958年,这就不得不提到当时洛克希德公司先进设计项目办公室(更广为人知的名字是“臭鼬工厂”)首席工程师克拉伦斯·“凯利”·约翰逊。

臭鼬工厂成立于1939年,以漫画家阿尔·卡普广受欢迎的连环漫画《小艾布纳》中虚构的“Skonk Works”私酿酒厂命名。很快,该工厂因其创新和突破性的飞机设计而闻名,其中包括P-38“闪电”战斗机和美国第一架量产军用喷气式飞机P-80“流星”。

1954年,臭鼬工厂推出了两款最具代表性的飞机,它们在概念上截然不同:F-104“星”式战斗机和U-2“龙夫人”。星式战斗机的绰号是“载人导弹”,它拥有狭窄的锥状机身、短而锋利的机翼和强大的J79涡轮喷气发动机,使其能够达到两倍音速,仅用4.5分钟即可爬升至25,000米的高度。

相比之下,U-2是一款侦察机,其设计目的不是速度,而是高度。U-2本质上是一种喷气式滑翔机,拥有24米长的翼展,可以在20,000米以上的高空巡航——远远超出了当时苏联防空导弹的射程。然而,这种出色的性能是有代价的。在一高度下,失速速度和临界马赫数之间的差值只有几节,这意味着爬升或下降时任何速度的突然变化都可能导致飞机从空中翻滚而下。这种危险的飞行状态,飞行员称之为“棺材角”(Coffin corner),使U-2成为世界上最难驾驶的飞机之一,而能够驾驶它的,通常被认为是世界上最好的飞行员。

1960年,美海军的一架洛克希德F-104

洛克希德U-2“龙夫人”侦察机

U-2侦察机由美国中情局在西德、阿拉斯加、日本和巴基斯坦的基地执行任务,于1956年开始定期飞越苏联领土,利用强大的相机拍摄空军和海军基地、导弹发射场、武器工厂和其他战略目标。U-2的飞行揭示了苏联在战略武器上的优势——即所谓的“轰炸机差距”和“导弹差距”——实际上是一个神话。U-2还拍到了引发1962年“古巴导弹危机”的证据。

最初,人们认为苏联的雷达无法追踪U-2,但这一假设很快被证明是错误的,多次有苏联截击机和导弹试图击落这些高空入侵者,然而都未能成功。尽管进行了各种尝试以减少U-2的雷达反射截面,但这些措施大多无效,且大大降低了飞机的飞行高度,使其更易受到攻击。随着苏联防空能力的不断提高,U-2无法执行任务只是时间问题。

作为回应,1958年,中情局官员理查德·比塞尔启动了GUSTO项目,这是一个由宝丽来公司董事长埃德温·兰德担任主席的委员会,其任务是讨论U-2可能的继任者。1957年11月至1959年8月期间,该委员会举行了七次会议,包括洛克希德公司凯利·约翰逊在内的主要飞机制造商的代表参加了会议。约翰逊在谈到下一代战略侦察机时宣称:

“仅仅将现有技术向前推进一两步是没有意义的,因为我们只能争取到几年的时间,然后俄国人就会再次打败我们……我希望我们能研制出一种能够统治天空十年或更长时间的飞机。”

约翰逊表示,新型飞机应能以3-4倍音速和30,000米以上的高度巡航。这样一来,它不仅能摆脱任何有人驾驶的截击机和地空导弹的袭击,还能利用早期雷达系统的弱点(即光点扫描比)避免被发现。简单来说,如果飞机的飞行速度比雷达的刷新率快,它就会被当作背景噪音而被过滤掉,从而几乎无法被发现。

1958年开始,几家制造商开始提交此类飞机的提案,从天马行空到真正奇特的设计,应有尽有。然而,GUSTO委员会对这些初步提案并不满意,并要求竞标者重新提交以普惠公司J58涡轮喷气发动机为基础的设计。与此同时,康维尔公司重新提交的设计“石首鱼”不再是空中发射,其最高速度达到3.2倍音速,航程接近6300公里。尽管GUSTO委员会喜欢洛克希德的设计,但他们认为其雷达反射截面过大。这促使凯利·约翰逊逐步改进设计,最终形成了A-11,原始雷达反射截面减少了90%。

最终,1959年8月28日,政府宣布,洛克希德赢得了新型侦查机的合同。该决定不仅基于飞机的性能预估,还基于此前洛克希德按时、低成本完成项目的良好记录。相比之下,康维尔公司长期存在预算超支的问题,且没有能与洛克希德“臭鼬工厂”相媲美的秘密项目部门。1960年1月,中情局下了价值9600万美元的订单,订购12架A-11,这些飞机被诙谐地命名为“牛车”(OXCART)。

这个决定来得正是时候,因为仅仅四个月后,美国军方一直担心的一天终于到来了。

1960年5月1日,中情局的U-2飞行员弗朗西斯·加里·鲍尔斯(Francis Gary Powers)从巴基斯坦白沙瓦起飞,向西北飞向苏联边境。鲍尔斯的任务是飞越苏联领土约6000公里,拍摄各种目标,包括拜科努尔和普列谢茨克航天发射场,以及车里雅宾斯克-65钚生产厂,计划完成后降落在挪威博德。起初飞行很顺利,苏联人试图用常规喷气式战斗机拦截鲍尔斯,但未能成功。然而,在飞过车里雅宾斯克后不久,他最终在斯维尔德洛夫斯克市附近被一枚S-75地对空导弹击落。鲍尔斯设法跳伞并降落到地面,随后被苏联当局抓获并向全世界展示。

1960年的U-2事件引发了一场国际丑闻,严重挫伤了美苏关系。这也标志着美国不再飞越苏联领土,导致其对苏联军事情报收集的严重不足。当时,洛克希德公司正在开发其CORONA系列间谍卫星,但这项技术还要一年才能成熟。

与此同时,臭鼬工厂继续推进A-11的研发。凯利·约翰逊的工程师们面临的挑战是巨大的,迫使他们重新思考飞机设计的几乎每一个方面。正如约翰逊后来所说:

“一切都必须被发明。一切。”

A-11必须在极端恶劣条件下飞行:当飞机以三倍音速飞行时,与大气的摩擦会产生超过500摄氏度的表面高温——足以熔化传统的铝合金机身。因此,A-1193%的部件由钛合金制成,因为钛不仅密度是铝的两倍,而且耐热性远远优于铝。

但这里有一个小问题:在20世纪50年代末,钛是稀缺资源,而全球最大的钛来源地是……你猜对了:苏联。虽然CIA通过一个空壳公司网络设法获得了大量苏联的钛金属,但如果只购买洛克希德需要的高等级钛金属,就有可能让苏联人察觉到其最终用途。因此,CIA只能进口了数百吨混合级别的钛,洛克希德只选择了其中大约7%的钛用于制造飞机。

但挑战远未就此结束。

因为钛是一种极难加工的材料,普通的含镉工具在接触时会使钛金属变脆并导致其碎裂,因此必须制造新的钛制工具。有一次,机体螺栓和其他紧固件开始无缘无故地失效,人们发现工厂里的所有扳手也都含有镉,迫使人们仔细检查每个工具箱以找出有问题的工具。还有焊缝,它们几乎是随机开裂的。进一步的调查揭示了一个奇怪的模式:冬季焊接正常,而夏季焊接则容易过早失效。

经过数月的不懈调查,最终查明是洛克希德工厂所在地加州伯班克的供水系统。夏季,该市在水中加入了更多的氯以防止藻类生长;当新焊接的钛部件在这种含氯量过高的水中清洗时,焊缝变得脆弱。当约翰逊下令用蒸馏水清洗焊缝时,问题便消失了。

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