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欧阳龙|最快的飞机

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SR-71“黑鸟”（英文：SR-71 Blackbird）是美国空军所使用的一款三倍音速长程战略侦察机 ， 洛克希德以A-12为基础 ， 同系列的另一款机型是YF-12截击机 。 SR-71是由美国军火工业的传奇人物凯利·约翰逊所领导的臭鼬工厂操刀设计 ， 该工厂同样也设计了P-38闪电式战斗机及U-2侦察机等知名的军机作品 。 随着U-2于苏联领空被击落 ， 这款原本机密的亚音速侦察机知名度大增 ， 艾森豪威尔总统中止了U-2飞越苏联领空的行动 ， 同时施压中央情报局和洛克希德公司 ， 要其承诺做到曾向总统保证的苏联雷达“看不见”这架飞机；经“彩虹”项目证明 ， U-2的改进并不成功 ， 研究人员最终决定 ， 全新开发一种U-2的替代品 ， 以高速弥补隐身的不足回应总统的要求；该项目最初被称为“牛车”（洛克希德原希望命名为“天使”） ， 先由中央情报局参与 ， 后由美国空军接手 。 实际这款原本为取代U-2深入苏联领空而专门开发的高超音速侦察机 ， 在其服役32年期间从未进入苏联领空 ， 而U-2S仍持续服役至今 。
A-12/SR-71上使用了大量当时的先进技术 ， 如半冲压发动机 ， 钛合金机体 ， 低可侦测性设计 ， A12/SR-71是美国第一代低雷达反射截面积飞机 。 虽然这些当时尚未成熟的新技术给早期A12/SR-71带来诸多麻烦 ， 造成38%坠机事故 ， 经大幅改良的SR-71被称“黑鸟”仍因此困扰多年 ， 如燃料泄漏和发动机易熄火等问题 ， 作战任务操作不便 ， 也无法在苏联不断提升的雷达面前隐身 ， 但于60年代中期率先达到同时代领先的高速 ， 能以3马赫摆脱敌机与防空导弹的追击 ， 曾深入中国领空 ， 但考虑到政治风险 ， 从未进入苏联领空 。 苏联任何的战斗机包括Mig-25与Mig-31在内的高速截击机都不能大幅超过A-12/SR-71黑鸟的飞行速度与高度 ， 2年后 ， 随着苏联5倍音速SA-5地空导弹和3倍音速高速截击机Mig-25相继服役 ， A12/SR-71面对新的威胁 ， 即便在截击机与地对空飞弹均比苏联低一级的远东地区 ， A-12也停止进入中国领空 ， A-12/SR-71终究保持服役期间未被击落的历史纪录 。

SR-71黑鸟型飞机以其独特的防敌方防空能力而闻名 。
这是历史上最快的喷气发动机驱动的飞机 。 黑鸟的速度和先进的航空技术的发展 ， 使它成为冷战时期最现代化的飞机 。
飞机开始设计时 ， 与东欧的紧张局势达到了1950年代中期全面危机的程度 。
美国军事指挥官需要准确的估计苏联在世界各地的军事力量 ， 特别是在铁幕附近 。
一架Lockheed U-2型亚音速飞机部分履行了侦察任务 ， 但美国空军承认这是一架相对缓慢的飞机 ， 苏联拦截机可以摧毁这架飞机 。
他们还认识到 ， 防空导弹系统的迅速发展可能会限制U-2的飞行能力 。
1960年 ， 当U-2在苏联上空被一枚地空导弹击落时 ， 危险就变成了现实 。

U-2侦察机

2006年现代化改装的U-2座舱
60年初期 ， 随着中国和苏联防空体系逐步增强 ， 共击落6架U-2高空侦察机(中国5架/苏联1架) ， A12/SR-71作为以高速弥补U-2不足的方案 ， 获得美国政府的全力支持 ， 于60年代中期完成 ， A12/SR-71服役 。

A-12
1960年1月26日 ， 美国中央情报局订购了12架飞机 。 次月 ， 洛克希德开始招募24名飞行员驾驶A-12 。 此后不久 ， 在1960年5月 ， 飞行员弗朗西斯·加里·鲍尔斯（Francis Gary Powers）被一架U-2飞机击落在苏联上空 。 此事件是美国与苏联之间签署一项协议的原因 ， 该协议禁止未经事先允许而禁止载人飞机飞越苏联 。 该合同甚至在创建SR-71之前就已终止 。

【欧阳龙|最快的飞机】A-12
研究和开发持续了几年 。 1962年2月26日 ， 在长凳上进行了首次测试 。 几个月后 ， A-12于1962年4月25日首次飞行 ， 在飞行过程中飞机出现了若干技术问题 ， 因此直到1962年4月30日才正式发布飞行数据 。 几天后 ， 飞机在第二次试飞中达到了1.1马赫.

开发A-12时 ， 首要任务是以很高的速度和高度飞越目标 。 各国与苏联和A-12签署了协议 ， 此后才飞过苏联为其开发的目标 。 美国空军还需要更多东西 ， 因此出现了SR-71项目 。 SR-71的摄像头具有外围覆盖范围 。 飞机不需要进入敌方领空 。 1962年6月13日 ， SR-71项目提交给了空军 。 一个月后 ， 完成了计划在SR-71和A-12中使用的J58涡轮喷气发动机的测试 。 当A-12首次飞行时 ， 它有两个J75发动机 。 1962年10月5日 ， 一架A-12起飞 ， 左机舱使用J75发动机 ， 右机舱使用新的J58发动机 。

A-12
1963年初 ， A-12用两架J58发动机进行了首次飞行 。 今年 ， 一架A-12在犹他州温多弗附近坠毁 。 此外 ， A-12的首次飞行速度为设计速度3.2马赫 。 1966年12月28日 ， 决定在1968年6月1日之前停止生产A-12 。 预算局认为同时拥有SR-71和A-12的成本太高 ， 因为这两种飞机非常相似并且执行相似的任务 。 1967年5月 ， A-12被交付到日本冲绳的一个空军基地 。 1967年5月底 ， A-12首次飞行是在对越南北部的战斗任务中进行的 ， 历时3小时39分钟 。
1967年11月 ， A-12和SR-71进行了侦察任务 ， 以确定哪种飞机更好 ， 应该保留 。 最终选择了SR-71 ， 但A-12在某些方面表现优异 。

SR-71 黑鸟
当A12/S-71服役2年后苏联5倍音速的SA-5(S-200)地对空导弹和3倍音速的Mig-25截击机亦相继服役 ， 同期中国正在SA-2基础上 ， 专为曾深入中国云南的A-12开发高超音速的红旗3地对空导弹 ， A-12/SR-71的速度优势昙花一现 。 为避免重蹈U-2被击落及飞行员被俘的尴尬 ， A-12/SR-71不再以中苏为目标 ， 先后转战于越南、中东和朝鲜；但此时并未放弃对中苏的高空高速侦察计划 ， 亦专门开发了MD-21母女机（Mother-Daughter-21） ， 试图以缩小版的无人机延续对中苏的3马赫掠过式侦查 。

在针对中苏MD-21项目以A-12的另一改型M-21为母机 ， 搭载使用Marquardt RJ43-MA冲压发动机的D-21女机即无人侦察机 。 M-21的发展因1966年在与D-21超音速下分离时相撞机毁人亡而先行中止 ， 随后D-21改用较保守的方法继续测试 ， 由B-52挂载 ， 于高空投放 ， 靠附加的助推火箭达到冲压发动机启动速度 。 这个D-21经多年测试于1969年用于实战 ， 计划任务为飞临中国罗布泊进行夜间红外拍照和空气尘埃采样；首战由南中国海发射 ， 计划先后穿越中苏领空抵达北冰洋回收；因计划失败猜测于苏联上空被击落 ， 后改为在北部湾发射 ， 于罗布泊侦察并回转 ， 再返回太平洋或印度洋孟加拉湾回收 。 于1969年11月至1971年3月期间 ， 4次侵入中国领空 ， 但因各种原因均失败 ， 此项目也随之取消 ， 这也是黑鸟在D-21侦察项目中所有的4次实战任务 。
机身
SR-71的机身大部分都是钛 ， 而这些钛还是在冷战高峰期从最大生产国苏联方面得到的 ， 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 。
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 。

SR-71被设计为具有非常小的雷达反射截面（radar cross-section ， RCS） ， 这是早期的隐形设计 。 然而 ， 这并没有包括高温发动机排气 。 所以讽刺的是 ， SR-71在联邦航空管理局（Federal Aviation Administration ， FAA）的长程雷达上是最大的目标之一 ， 在几百里外就能追踪 。 即使采用了大量的隐身技术 ， 但是因为其在高速飞行时候巨大的红外特征 ， 因此它实际上不具备完全隐形功能 ， 但是依赖它的高速 ， SR-71成功的摆脱了上千次针对它的攻击 ， 其中绝大部分都来自前苏联的飞机和对空导弹 。 因SR-71从未进入苏联领空 ， 苏联从未有机会攻击SR71 。

热胀冷缩
由于飞行中的高温与空气阻力 ， 机身镶板可能会掉落 ， 机身也会热膨胀好几吋 ， 机身的校准必须以高速状态为准 。 加上燃油密封系统不能承受高温下的大幅度膨胀 ， 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 。 黑鸟得先冲刺以加热机体 ， 然后在起程执行任务前进行空中加油 。 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 。 为了承受高温 ， 石棉也被使用在如制动等处 。
燃油
如此高速的飞机只能使用专门的特制燃料 ， JP-7原本是为了A-12而发展 ， 拥有极高的闪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 ， 氧化剂使其容易燃烧 ， 甚至还有添加铯的配方 ， 以伪装废气的雷达讯号 。 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24000到27000美元 。 相对之下U-2只需要它的三分之一 ， 但U-2的飞行速度只有SR-71约四分之一之外 ， 可携带的侦察设备还少了许多 。
黑鸟使用的J-58发动机是可以持续使用加力燃烧室的军用发动机之一 ， 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32500磅（145千牛顿）的静推力 。 一般喷气发动机无法持续使用加力燃烧室 ， 而且效率在高速时会下降 。

J58发动机在不同速度下的气流图
能够让飞机达到三马赫 ， 又必须提供亚音速的气流给发动机 ， 对涵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 ， 在地面上或亚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 ， 最大到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、迎角等等的输入资料 ， 算出进气锥所需要的前后移动距离 。 这么做可以将进气锥尖端产生的激波维持在进气口 ， 使气流减速到1.0马赫的激波为止 ， 之后的亚音速气流就可以让发动机使用 。 这个在涵道内进行激波的捕获称为“启动进气”（starting the inlet） 。 压气机前方会因而产生巨大的压力 。 泄气孔和旁通门设置在涵道和发动机舱内 ， 以维持进气压力 ， 使涵道能持续地“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 ， 压气机提供了17% ， 而加力燃烧室提供了25% ， 这时几乎就是SR-71的最佳设计点 。 臭鼬鼠工厂的进气系设计师Ben Rich常说压气机“使进气活跃着”（pumps to keep the inlets alive） 。

发动机细节
J-58另外一项特点就是他可以算是混合喷气发动机：他是在一具冲压发动机内部再加上一具涡轮喷气发动机 。 进入发动机的空气先是被激波锥压缩（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加力燃烧室（旁通气流） 。 通过压缩风扇的气流会进一步的压缩（同时温度也进一步的上升） ， 燃料与压缩气流在燃烧室混合燃烧 ， 这时候气体温度达到整个阶段的最高温 ， 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） ， 核心与旁通气流在此会合一同进入加力燃烧室 。 但是当黑鸟于高速飞行时 ， 通过激波锥压缩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马赫的范围时 ， 通过激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 ， 这意味着通过压缩、燃烧和涡轮段的核心气流实际并未提供任何推力 ， 黑鸟仅仅依靠加力燃烧室产生的推力来飞行 。 利用激波锥的压缩效果 ， 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气发动机 。 低速时 ， 喷气发动机（核心部分）与冲压发动机（旁通气流与加力燃烧室混合）共同作用 ， 飞行速度提高时 ， 喷气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最大输出推力有多少） 。
原先黑鸟的发动机是以辅助的外启动车进行启动 ， 启动车停在飞机下后 ， 以两具别克（Buick）V-8发动机驱动连接到J-58的一支垂直的驱动轴以启动发动机 ， 启动一具后再驶到另一侧启动另一具发动机 ， 过程震耳欲聋 。 后期J-58就改用传统的启动车了 。

SR-71依然是世界上有人驾驶的最快的飞机 ， 并且保有两项纪录：1976年7月28日当天 ， 一架SR-71(编号61-7958)创下时速3529公里（3.3马赫）的峰值速度纪录；同日另一架SR-71(编号61-7962)则创下25929米的峰值高度纪录；有一系列的战机能超过这个高度 ， 因峰值高度一般由战机在适当仰角下 ， 全力加速爬升 ， 至发动机因高空缺氧而自然熄火 ， 然后借助高速惯性达到最高点 ， 而黑鸟绝对禁止这样做 ， 所以SAAB 37 ， F-104 ， F-4均能在跃升中超过它 ， 其中前苏联的MiG-25狐蝠式高空截击机更是在1977年8月31日达到更高的37650米 ， 至今仍是最高纪录 。 它可以在高达24.3公里空中 ， 以每秒72平方公里的效率扫视地表 。 当SR-71在1998年除役时 ， 其中一架从它出生的加州 ， 以平均时速3418公里（3.2马赫）飞到维吉尼亚州香蒂利（Chantilly）国家航天博物馆 ， 全程只花了68分钟 。 SR-71也保有在1974年9月1日创下的从纽约到伦敦的纪录：1小时54分56.4秒 。 （协和式客机飞行同样的路程要3小时20分 ， 而最快的亚音速大型客机波音747则需要7小时 。 ）

SR-71的座舱及飞行装置



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