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拙作:速度的秘密--黑鸟推进系统详解拙作,推进系统,详解,秘密,速度“黑鸟”系列飞机推进系统详解 yf23/ 文发表于《海陆空天惯性世界》 56 ,根据杂志与飞扬的协议,网络首发于飞扬美国洛克希德公司研制的 A-12 “牛车”/SR-71 “黑鸟”系列高空高速战略侦察机是广大军迷朋友耳熟能详的传奇飞机设计师凯利· 约翰逊的杰作, 这种 60 年代初首飞的飞机直到今天仍然保持着一系列速度和平飞高度的纪录,它的成功绝对是一个工程的奇迹。在超音速飞行理论刚刚成熟的 50 年代末, 60 年代初, 要研制一种能够在超过热障[注 1] 的速度下作长时间巡航的实用飞机需要克服的技术难题多的难以想象,在整个项目中包含了大量的高风险创新,飞机的复杂程度也令人瞠目,但是它不但在相当短的时间内研制成功,而且作为美国重要的战略侦察力量一直服役到冷战结束。在这种令人着迷的飞机毒蛇一般的身躯里跃动着一颗硕大而强劲的心脏,这种飞机的推进系统,包括进排气系统和发动机被综合成为了一个整体,整个系统在当时可谓复杂地匪夷所思,应用了当时最尖端的技术,取得了非凡的成就。在这个推进系统中所采用的技术直到现在仍然被认为有很高的风险,这样的设计方案为何会被采用, 又是如何取得成功相信对于今天的人们依然有一定的借鉴价值。技术背景在冷战气氛越来越浓重的 50 年代, 为了突破对方的防空拦截进行侦察和轰炸同时也为了反过来拦截这样的入侵者,铁幕两边的飞机设计师们都在努力提高飞机的速度和升限。为了更快更高的目标,设计试飞了大量的研究机对高马赫数气动特性,气动加热,耐热结构, 高性能发动机等关键技术进行了广泛的研究验证,取得了大量的数据,正是这些研究为日后名扬四海的这一代高空高速飞机奠定了基础。对于飞机高马赫数的气动特性和超音速进排气系统的设计实际上在 50 年代空气动力学家揭示了可压缩流动的本质和规律之后, 理论上已经是可知的领域,但是这种流动方式的复杂性导致处理实际问题时仍然需要小心翼翼地进行大量的试验。同时,适应于高马赫数推进系统的进排气系统需要随飞行条件的变化进行大量的调节,否则只能在很狭小的范围内获得满意的效率,但是当时的控制技术相当不成熟,要制造响应迅速,精度良好的可调进排气系统很不容易。当时美国依托耗费巨资建设的完善风洞设施和大量的飞行研究结合其掌握的先进控制技术,率先在 F-104 飞机上实现了无级调节的三元进气道[注 2],在 J79 发动机上实现了可调收敛- 扩散喷管,在 XB-7 0 飞机上实现了可调的混合压缩式进气道[注 3]。在发动机方面, 美国两大发动机生产商普拉特· 惠特尼公司和通用电气公司先后研制了一系列适用于 2 马赫以上速度飞行的加力式涡喷发动机(其中通用电气公司的 YJ-93 在 XB-70 飞机上验证了长时间加力高马赫数飞行的能力,普· 惠公司同时期致力于核发动机 YJ91 ),马夸特公司研制了一系列冲压发动机应用于 X-7 系列研究机和 CIM-99 “波马克”导弹, RIM-8 “黄铜骑士”导弹则采用约翰霍普金斯大学的应用物理实验室研制的冲压发动机。在这样的背景下,把能够在地面静止状态启动的涡喷发动机与适应高空高马赫数飞行的冲压发动机相结合的思路逐渐出现在各种设计中。50 年代的 XF-10 3 截击机的设计中率先采用了莱特 XJ67-W- 1 涡喷发动机与事实上是 XJ6 7 加力燃烧室的 XRJ55-W-1 冲压发动机组合的动力配置, 虽然试图达到 4 马赫的 XF-103 明显过于超前并很快被取消, 但是两种循环方式[注 4] 切换工作的设计思想却成为变循环发动机的先声。在这样的技术基础之上研制 A-12/SR-71 系列飞机的推进系统虽然仍然是一个巨大的技术冒险,但是这场赌博的底牌也是很雄厚的,决不是没有客观条件的盲目冒进。变循环发动机 A-12/SR-71 飞机的发动机是普· 惠公司研制的 J58-P-4 变循环发动机, 公司内部编号为 JT11D-20B , 研发工作主要在佛罗里达州西部棕榈海滩的 R&D 研究中心进行。 J58 发动机最初并非专门为 A-12/SR-71 而研制, 始于 1956 年下半年的 JT11 发动机原计划用于可以进行 3 马赫冲刺的海军攻击机,设计最大起飞推力为 11800 千克力。这种攻击机当时基本上确定为北美公司后来更名为 A-5 的 A3J-1 飞机的改进型, 但是这种海军攻击机被取消了, 另一个可能用户沃特 XF8U-3 在竞标中败给麦克唐纳 F4H-1 , J58 失去了装机对象。当洛克希德为 A-12 飞机寻找合适的发动机的时候, 根据海军那份 1120 万美元合同制造的 J58-P- 2 发动机已经进行了 700 小时的全面试验,约翰逊看中了这种推力巨大,适合高速飞行而且推重比较高的发