SR-71超音速高空侦察机是美国洛克希德公司为美国空军研制的M3战略侦察机,飞行高度达到30000米,{zd0}速度达到3.5倍音速,这称之为“双三”。
研制历史
在美国侦察机A—12研制计划实施时,“臭鼬工厂”向美国空军提出了以A—12为基础的侦察/轰炸型方案RB—12。在A—12开始进行飞行试验时,洛克希德公司就在制造RS—12和B—12的模型。RS—12是A—12的按比例放大型,是一种既能执行侦察任务,又能实施核攻击的侦察/攻击飞机,其研制计划最终半途夭折。在它的编号中,R代表侦察,S代表攻击。专用侦察型R—12是A—12的双座按比例放大型,它顺利地进入了实机研制阶段,最终R—12作为SR—71总计生产了31架。在洛克希德公司提出RS—12和R—12两个方案的同时,罗克韦尔公司则提出了以B—70“瓦尔基里”轰炸机为基础的RS—70侦察/攻击机的方案来竞争。所以,洛克希德公司的两个方案虽然在本公司内称为RS—12和R—12,但对外则称为RS—71和R—71。研制出来的侦察机既不叫RS—71,也不叫R—71,而称为SR—71。1964年7月25日,约翰逊发表讲话,透露了洛克希德公司正在研制第二种速度3倍音速的xx飞机,编号为SR—7l,是一种可在世界范围内使用的先进远程战略侦察机。1962年6月,美国空军对R/RS—71进行了模型审查,同年12月6日签订了制造6架试验机的合同。{zh1}把侦察攻击型RS—71改为战略侦察型SR—71A,共制造了29架,其教练型SB—71B制造了2架。此外,还用YF—12A的l号机和地面试验机的部件改装了一架SR—71C。SB—71型总计制造了32架。SR—71A战略侦察机,也是“黑鸟”家族中生产架数最多的一种型号。该机于1963年2月开始研制。1964年10月29日l号机出厂,井被运往负责试验的加利福尼亚州旁姆戴尔工厂,在完成地面试验后,于同年12月22日首次飞行。
1964年12月7日,美国空军决定将加利福尼亚州比尔空军基地提供给SR—7l战略侦察机使用,并组建了第4420战略侦察机联队。该联队即是美国空军第9战略侦察联队的前身。1965年SR—71通过了美国空军战略司令部的鉴定,并在1966年1月开始交付第9战略侦察联队使用。
SR-71高空侦察机采用无尾带边条xxx、翼身融合体双垂尾、机翼发动机短舱布局。机体重量93%是钛合金。
SR-71高空侦察机有三种改进型: A型为战略侦察型,共生产25 架;B型为教练型,共生产2架;C型是由A型改装的教练型。
SR-71高空侦察机装有2台涡喷发动机,单台{zd0}推力11016公斤,总推力22032公斤。主要机载设备有KA--95B侦察照相机,红外与电子探测设备,AN/APQ--73合成孔径雷达。
SR-71高空侦察机的主要特点是: 侦察设备先进, 可靠性强, 速度快,高度高。从服役至今还从没有被击落过。但SR-71高空侦察机早已停产,原在海湾战争前已退役,由于战争需要而重新启用
SR-71是{dy}种成功突破“热障”的实用型喷气式飞机。“热障”
是指飞机速度快到一定程度时,与空气摩擦产生大量热量,从而威胁到飞机结构安全的问题。由于飞行中的高温与空气阻力,机身镶板可能会掉落,机身也会热膨胀到好几吋,机身的校准必须以高速状态为准。加上缺少能承受高温的燃油密封,专用的JP-7燃油会在跑道上起飞前,以及进行空中加油时发生泄漏。飞机降落后会有好一段时间没有人能靠近,座舱罩会高达摄氏300度以上。为此SR-71的机身大部份采用低重量、高强度的钛合金作为结构材料;机翼等重要部位采用了能适应受热膨胀的设计,因为SR-71在高速飞行时,机体长度会因为热胀伸长30多厘米;油箱管道设计巧妙,采用了弹性的箱体,并利用油料的流动来带走高温部位的热量。尽管采用了很多措施,但SR-71在降落地面后,油箱还是会因为机体热胀冷缩而发生一定程度的泄漏。实际上,SR-71起飞时通常只带少量油料,在爬高到巡航高度后再进行空中加油。而这些钛还是在冷战高峰期从苏联方面得到的,洛克希德用各种可行的伪装方法防止被苏联政府得知这些钛的用途。为了降低成本,他们使用的是可在较低温度软化而较易加工的钛合金,完成的飞机会涂上暗蓝色(趋近黑色),以加强热辐射冷却与高空的伪装效果。为了承受高温,石棉也被使用在如煞车等处。
钛制蒙皮的研究显示,在逐次像是退火一般的剧烈加热中,材质会逐渐强化。
主翼内侧蒙皮的主要部份其实是皱纹状的。热膨胀会使平滑的蒙皮撕裂或卷曲,而将蒙皮做出皱折让它能向垂直方向伸展,避免应力过强,同时也增强纵向强度。
SR-71被设计为具有非常小的雷达反射截面,这是早期的隐身设计。然而,这并没有包括高温引擎排气,而那也能反射雷达讯号。讽刺的是,SR-71在xx航空署的长程雷达上是{zd0}的目标之一,在几百公里外就能被追踪。
能够让飞机达到三马赫,又必须提供次音速的气流给引擎,对进气道设计而言是必要的。在两个进气口前端各有一个圆锥形、可移动的进气锥,在地面上或次音速飞行下锁定在最前方的位置。自1.6马赫开始,进气锥会逐渐向后移动,{zd0}到26吋。原始的进气电脑是类比式的设计,依据皮托管静压测量、俯仰、滚转、偏航、攻角等等的输入资料,算出进气锥所需要的前后移动距离。这么做可以将进气锥{jd0}产生的震波维持在进气口,使气流减速到1.0马赫的震波为止,之后的次音速气流就可以让引擎使用。这个在进气道内进行震波的捕获称为“启动进气”。压缩机前方会因而产生巨大的压力。泄气孔和旁通门设置在进气道和引擎舱内,以维持进气压力,使进气道能持续地“启动”。在3.2马赫巡航下,进气压力的增加估计提供了58%的可用推力,压缩机提供了17%,而后燃器提供了25%,这时几乎就是SR-71的{zj0}设计点。臭鼬鼠工厂的进气系设计师Ben
Rich常说压缩机“使进气活跃着”。
黑鸟使用的发动机是{wy}可以持续使用的xx发动机,当飞行速度愈高的时候,发动机的效率也随之提升。每一具J-58能够产生145千牛顿的静推力。一般无法持续使用后燃器,而且效率在高速时会下降。
计划早期的J-58另外一项特点就是他可以算是混合喷射发动机:他是在一具内部再加上一具。进入发动机的空气先是被压缩(同时气流温度也会上升),接下来气流被分成两道:一部分进入压缩风扇(核心气流),其余的经由旁通管直接进入后燃器(旁通气流)。通过压缩风扇的气流会进一部的压缩(同时温度也进一步的上升),燃料与压缩器留在燃烧室混合燃烧,这时候气体温度达到整个阶段的{zg}温,仅仅略低于涡轮叶片开始软化的温度。在通过涡轮段之后(温度稍微下降),核心与旁通气留在此会合一同进入后燃器。但是当黑鸟于高速飞行时,通过震波锥压虽的核心气流温度会高出许多,而这时候气流尚未经过压缩和燃烧段,过高的温度使得喷入燃烧室的燃料量必须减小,以免接在后面的涡轮叶片会因为高温而溶化。当速度接近3的范围时,通过震波锥与压缩段的气流具有的温度已经非常高,这时候没有任何燃料会与核心气流混合,这意味著通过压缩,燃烧和涡轮段的核心气流实际并未提供任何推力,黑鸟仅仅依靠后燃器产生的推力来飞行。利用震波锥的压缩效果,这时候发动机转变成为冲压发动机的型态。没有其他飞机是以这样的方式来运作。通常可以想像这是一具冲压发动机内部还有一具喷射发动机。低速时,喷射发动机(核心部分)与冲压发动机(旁通气流与后燃器混合)共同作用,飞行速度提高时,喷射发动机虽然还是位于冲压发动机的进气通道内,可是已经形同停止工作(这也同时显示涡轮叶片的高温忍耐程度是以多少燃料可以燃烧来决定,同时这也决定这一具发动机{zd0}输出推力有多少)。
类比式进气电脑并不总是能跟得上立即的飞行变化,若内压力过高,且进气锥处在不正确的位置,震波会突然在进气口前中断,称为“进气未启动”。这会使进入压缩机的气流立即停止,推力下降且排气温度开始上升。由于突然失去一半动力造成两边推力大幅度的不对称,进气未启动会造成向一边的狂暴的偏航。SAS、自动飞控和手动控制得与不预期的偏航格斗,但经常造成另一边引擎气流的减少,并造成共振失速,结果是立即地反向偏航,常常也发出巨大的爆声。飞行员与侦察系统官偶尔会经历到他们的压力服头盔撞上座舱罩,直到未启动平息下来的状况。
一种标准的反制之道是让另一边的进气锥移动而造成刻意的未启动,以停止偏航状况,让飞行员能进行再启动,完成后就可以重新加速并爬升到计划的巡航高度。
后来黑鸟换上了新的数位进气电脑,洛克希德的工程师们发展的引擎进气控制软件,能重新捕获漏失的震波,在飞行员感觉到未启动的发生之前就重新点燃引擎。SR-71的机工们有责任xx地调整数以百计的前部空气旁通门,这对控制震波、防止未启动与增强性能有一定的帮助。
背脊是一个独特而有趣的特征。早期的雷达隐身研究认为,平滑且渐缩的外形能将最多的雷达束反射至其它方向。原先的黑鸟并没有背脊,看起来就像个放大版的F-104,但雷达工程师说服了空气动力学专家,增加了一些风洞测试。他们发现背脊可以产生强力的涡流,在接近机身前段会产生大幅度的额外升力,于是就可以减少xxx的装置角,以获得较高的安定性与较低的高速阻力,还能增加载油量以获得更远的航程。由于强力涡流制造的紊流在高攻角时流过主翼延缓失速,落地速度也可以减低,还可进行高G回转直到引擎熄火。背脊的作用类似近代战斗机用以提升机动力的翼前缘延伸,在风洞测试发现这点后,原本许多早期设计构型中都具有的前翼就不再需要了,这样的设计仍然出现在许多{zx1}型的隐身无人机上,例如黑暗之星、掠食鸟、X-45和X-47等,让它们允许无尾翼设计而兼具安定性与隐身性。
JP-7原本是为了A-12而发展,拥有极高的燃点以避免高温下自燃。JP-7含有碳氟化合物以增加润滑性,氧化剂以使其容易燃烧,甚至还有铯的配方,以对排气的雷达讯号做伪装。这也使得JP-7比苏格兰威士忌还贵,操作SR-71一小时的油费就要24,000到27,000美元,U-2只需要它的三分之一,不过U-2只有四分之一的速度,而且也带不了那麽多的侦察设备。
SR-71上装有先进的电子和光学侦察设备,但都处于{jd1}保密的状态,外界了解甚少。但通过对其飞行速度和光学照相机的分析,据信一小时内它能完成对面积达324000平方千米的地区的光学摄影侦察任务。形象的说,它只需要6分钟就可以拍摄得到覆盖整个意大利的高清晰度照片。其光学镜头的性能超乎一般的想象,但分辨率高度保密。为了避免飞机向前飞行引起的误差(即使是快门闪动的一瞬间,SR-71也会向前运动距离也相当长。),侦察照相机均装在导轨上,摄影时向后运动,使得相机相对于地面静止。
SR-71上有两名成员:飞行员和系统操作手。座舱呈纵列式。由于SR-71的飞行高度和速度都超出人体可承受的范围,两名成员必须穿着全密封的飞行服,看上去外观与宇航员类似。SR-71上装有先进的电子和光学侦察设备,一小时内它能完成对面积达324000平方千米的地区的光学摄影侦察任务。形象的说,它只需要6分钟就可以拍摄得到覆盖整个意大利的高清晰度照片。侦察照相机均装在导轨上,摄影时向后运动,使得相机相对于地面静止。
技术数据
基本数据
机员:1或2名
全长:32.74米
翼展:16.94米
全高:5.64米
翼面积:170平方米
空重:30,600公斤
载重:77,000公斤
{zd0}起飞重量:78,000公斤
发动机:2具可持续以后燃器运作之普惠J58-1涡轮喷射引擎,推力144.57千牛吨
起落架宽度:5.08米
起落架前后距离:11.53米
性能
极速:4,062公里(24,285米高度3.35马赫)
作战半径:5,400公里
转场航程:5,926.4公里
实用升限:25,900米
{zd0}升限:30,500米
{zd0}爬升率:大于60 米/秒
翼负荷:460公斤/平方米
推重比:0.382:1
实战应用
到1967年9月,29架SR—71A全部试飞成功。1968年3月8日,{dy}架SR—71A(64—17978号)部署到位于冲绳的嘉手纳空军基地,以取代A—12执行战略侦察任务。两周后,SR—71A开始执行对越南和中国的侦察任务。1990年1月21日,驻嘉手纳基地的{zh1}一架SR—71(64
—17962号)离开该基地返回美国。1990年1月26日,SR—71A的使命全部结束,所有飞机也随之退役。SR—71B是SR—71A的串列双座教练型,后座舱为教官舱,比前座舱高,这样前后座的乘员都有较好的视界。在该机发动机短舱下,又重新装上了两块固定式腹鳍。该型共生产了两架,分别于
1965年11月18日和12月18日首飞,于1966年1月交付使用,用于培训SR—71A的飞行员。1968年1月11日,SR—71B的2号机因飞行事故坠毁,剩下的一号机后来作为NASA的831号机用于各种飞行试验。
SR—71C是经修改的教练型,只制造了一架。由于SR—
71B的2号机失事,根据空军的使用需要,将YF—12A的l号机改装成了此教练型。在29架SR—71A飞机中,有一架尾部稍有修改的飞机,它就是SR
—7lA(BT)。因该机加大了尾梁尺寸,故有人称其为“大尾”(Big
Tail)。采用这种大尾梁设计的主要考虑,是为给飞机加装改进的传感器等设备。该机于1976年10月29日首飞。
退役
当美国空军准备将重新服役的SR—7lA用于训练和执行任务时,在美国1998年财政年度的国防预算中,美国政府却没有批准SR—71A的使用经费。于是,现由美国空军第9战略侦察联队第2分遣队使用的两架SR—71A重新服役型,尚未使用一次又将重新退役。
SR—71极其高昂的使用费用,是其将退役的主要原因之一,尽管就连国会议员也有人认为它仍然是一架尚无其它飞机可以代替的战略侦察机。在美国空军提交的任务准备状态的请求报告中,曾提出两架重新服役的SR—71A按每月30天计算,每月所需费用为3900万美元的预算。而且,美国空军还计划对其进行现代化改装,如改进它的侦察设备和雷达系统,装备xxxxxx系统等,这些都需要极大的投资,所以美国国会未批准这些投资计划。
重新服役
SR—71A还有一种重新服役型。1990年1月25日,SR—71A全部退役以后,除了少数被封存外,大多数都是直飞其{yj}的归宿地—各大型博物馆或公园,作为一代名机的代表作供游人观赏。然而,在1994年,美国国会批准SR—71重新服役。1995年6月28日,两架经重新修整后的SR—71A重新服役使用,这就是所谓的重新服役型。这两架飞机修整的内容主要是,对机体结构进行了加强,其次是装备了先进的机载设备,如{dy}代新型合成孔径雷达ASARS—l、技术研究目标照相机TEOC、高清晰度光学纤维照相机、电子信息系统和数据传输装置等。重新服役的1号机是NASA使用的NASA832,1995年6月28日,它率先恢复现役。1995年8月28日,拟重新服役的2号机开始试飞。1997年1月1日,空军提交了使两机处于任务状态的请求报告。