【图片】我是如何研制“黑鸟”的【中国歼击机吧】

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1楼2014-07-28 16:59回复

节选自《我怎样设计飞机》一书，程不时赵中译
　　1964年2月29日，美国总统林登·约翰逊宣布美国秘密研制了一种飞机：
　　“美国研制一种先进的喷气式试验机——A-11已经获得成功。该机在21300米以上的高空以每小时超过3200公里的速度作了长时间试飞。

1962年4月，第一架A-12在格鲁姆干湖进行了首飞。A-11只是洛克希德新型侦察机的设计代号，生产型是A-12单座侦察机，并在此基础上发展出了YF-12战斗机和SR-71双座型
　　A-11的性能远远超过今天世界上任何飞机……。

本楼含有高级字体2楼2014-07-28 17:00

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　该型号从1958年开始研制……加州伯班克的洛克希德飞机公司是该机的制造者。该机的J-58型发动机，为联合飞机公司的普惠分部设计和制造。A-11的试验性火控及空对空导弹系统由休斯飞机公司研制。
　　由于这种研制工作对美国的国家安全具有长远的重要意义，A-11的详细性能严格保密。所有与此项目有关的个人接到指令，不得泄密……。”

1964年2月29日美国总统林登·约翰逊披露的首张A-11照片，而实际上该机是第一架YF-12A，机鼻安装了火控雷达
　　1964年7月24日，总统宣布美国拥有了一种新型间谍飞机。
　　约翰逊总统在一次记者招待会上说：“我宣布，一种新型的战略载人飞机系统研制成功，将由美国战略空军司令部使用。该系统使用新型的SR-71飞机，这是一种先进的远程战略侦察机，可向军方提供军事行动所需的全球范围的侦察能力……。

1964年7月24日，总统宣布美国拥有了一种新型间谍飞机

本楼含有高级字体3楼2014-07-28 17:01

　改进U-2的收效甚微，需要一种新的设计代替它。我们自己制定了设计要求。当时并没有官方提出的设计要求，只存在对一种新飞机的需要。我们只知道需要更大的高度，特别需要更大的速度。
　　对被攻击性研究分析结果告诉我们，下一种飞机应在24400至26000米以上的高度飞行，速度应大于三倍音速。同时应该有足够的机动能力来躲避苏联可能研制出的任何类型的导弹，如SA-2。它应在飞行中足够稳定，以便在27400米的高空中摄影。它应保留U-2飞机那种能够拍摄地面非常微小目标的能力，但飞行速度却比U-2快4～5倍。我们要求它以KC-135加油机作几次空中加油后，能具有环球飞行能力。这种飞机的雷达反射面积应该极小，使得它很难被探测到。

本楼含有高级字体5楼2014-07-28 17:02

　从1958年4月21日到1959年9月1日，我向中央情报局的比斯尔和美国空军就这种超过马赫数3的侦察机提出了一系列方案。比斯尔作为评审委员会主席，不愿意未经设计投标就把研制U-2后继机的合同给制造U-2的同一家公司。只有在权衡过其他公司的方案之后，才决定把这个型号的研制任务交给洛克希德公司。
　　其他人提出的一些竞标方案是很有意思的。
　　海军内部也提出了一个设想，这是一种充气的橡皮飞机方案。它可先用气球带上高空，然后用火箭推到它自己的冲压发动机可以点火的速度。很快就发现这个方案不可行。要能带上这架飞机，气球的直径需要有一英里，而飞机本身的机翼面积建议为七分之一英亩（约580平方米）

本楼含有高级字体6楼2014-07-28 17:03

充气的橡皮飞机方案

7楼2014-07-28 17:03

康维尔公司提出的方案是一种用冲压发动机推进、马赫数为4的飞机。这种飞机必须由另一架母机带到空中，在超音速时将其释放，此时它的冲压发动机可以接替工作。不幸的是，选作母机的B-58带上这架飞机后就不能再达到超音速。即使这个问题能解决，飞机一作机动动作，冲压发动机就会熄火，飞机驾驶员的生存很成问题。

康维尔公司的方案就是“超级盗贼”

本楼含有高级字体8楼2014-07-28 17:03

　当时马夸特冲压发动机的总飞行时数不超过7小时。“臭鼬”工厂制造了一种冲压发动机试验飞行器X-7，用来为波普公司的波马克导弹作试验动力装置。冲压发动机的总飞行时数主要是在这个试验飞行器上获得的。

洛克希德X-7验证机
　　1959年8月29日，我们提出的一系列方案中的第12个方案——A-12，被宣布为获胜者。比斯尔给了我们有限放行的指令，要求我们在四个月的期限内做模型试验和制造一架全尺寸样机，并研究这架飞机具体的电子特性。

洛克希德A-11和A-12设计方案，最后A-12获得胜利。由于隐身要求，A-12的重量比A-11增加了22%
　　1960年1月30日，我们得到设计、制造、试验12架飞机的全面放行指令。
　　我们给这种飞机取一个代号叫“牛车”（Oxcart）。这是从一张存心迷惑人的代号表中挑出来的，俗话说老牛拉破车，“牛车”显然走得慢。应中央情报局的要求而研制的这种飞机以后有多种改型供美国空军使用。第一种改型就是供防空空军司令部用的远程战斗机，这是同年3月16日和17日与哈尔·埃斯蒂斯将军首次讨论的，也就是后来的YF-12A。
　　1961年1月，我向空军部长约瑟夫·查理克博士、U-2项目负责官员吉尔里上校，以及空军财务官迈耶提出了一种战略侦察机的建议，结果首次在某些部门里遇到反对的意见。他们认为这是和北美公司的超音速轰炸机B-70争预算，而对B-70当时有很多争议。但是后来还是同意我们改型成为SR-71，今天是美国空军的主要侦察机。还有第四种改型，即D-21无人机。
　　第一架使用我们研制的防雷达隐身技术的飞机，就成为后来的“黑鸟”。当U-2投入使用以后，我们曾努力将这种技术用在U-2上作为一种改型，但是毫无进展。一架飞机要成为隐身的，必须从一开始就在设计中包含有某些特点，而不是后来再加上去。要使“隐身”技术有效，必须从最初的飞机三面图设计时就考虑到这个方面。在超过马赫数3的这架飞机上我们就是这样干的。

为降低U-2的RCS，减少被雷达发现跟踪和导弹攻击的概率，1957年洛克希德的设计天才凯利•约翰逊曾打算用在机身表面贴敷新研制的铁氧体胶合物吸波片，并围绕机身布置谐振导线网的方法实现雷达隐身，这个方案被称为“彩虹”。但随后的实验证明“彩虹”U-2的方案是失败的，吸波贴片造成机体热量难以散发过热，外部导线增加了飞行阻力也使得飞机升限下降1500米，航程减少20%

本楼含有高级字体9楼2014-07-28 17:05

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早些时候，我们在X-7试验飞行器上已经能用马赫数4飞行几秒钟。要在长时间飞行中保持马赫数3.2的速度，我想是“臭鼬”工厂从来没有接到过的最艰巨的任务，也是我一生中最困难的任务。在开发工作的早期，我答应赌50美元给任何可以轻而易举地完成这件事的人。我本应该赌1000美元，因为反正没有人想得出，那笔钱还在我这里。
　　飞机要在这样的高度，用这么高的速度飞行，需要开发新的特殊燃料、结构材料、制造设备和新工艺、液压油、燃油箱、密封胶、漆、塑料、导线和连接插头，飞机和发动机的设计也必须是新的。总而言之，飞机上每一件东西都需要重新“发明”，桩桩件件。
　　为了寻找适用的燃油，我们最初考虑过采用高能燃料的方案，例如用液氢、煤或硼悬浮燃料。

本楼含有高级字体11楼2014-07-29 17:04

　采用液氢的方案实际上已经进行到很深的程度，只差签订一项制造相当架数的生产合同了。这个方案初看大有指望。飞机可能会很大，但是很轻。使用普惠公司研制的特殊发动机，巡航高度可以超过30500米，比以后“黑鸟”达到的高度还要高，只是速度和航程要小一些。不过，随着我们的发展工作越深入，发觉问题越难得到解决。
　　这架液氢方案CL-400实质上会是一个巨大的飞行真空瓶，液氢需要严密的绝热保护，保持在尽可能接近绝对零度的低温状态。如何从美国的工厂将这种燃料运送到这种飞机的基地，仅这个问题就会使该方案变为不可行。因为要保持少数几架液氢飞机飞行，就需要整一编队C-124机群来供应燃料。没有哪一个国会批准美国用这样大数量的飞机来运液氢，也不会准许美国在他们的港口停泊一艘加工船，在当地将氢液化。

液氢方案CL-400实质上会是一个巨大的飞行真空瓶
　　我们请波默罗伊公司为在我们的飞机厂及莫哈韦沙漠中的帕姆代尔机场不远处建立液氢厂作出设计。设计中的这座工厂的耗能量惊人，将用掉1972及1973两年供应洛杉矶市的天然气的10%。

本楼含有高级字体12楼2014-07-29 17:04

　一天，空军部部长助理道格拉斯及空军的欧文将军来到洛克希德公司，他们问：“凯利，进行得怎么样了？”
　　我说：“请来看看吧。这是内部布置图。你们可以看到，除了前上方有一个小驾驶舱之外，从头到尾全部装的是液氢。”
　　液氢不能装进形状古怪的燃料箱，不能放在带转角或者缝隙多的容器，它的容器必须是圆筒形的，并且严密绝热的。

洛克希德为CL-400制造的液氢罐
　　活塞式或者喷气式飞机上，增加燃油就可以增加一些推力或者延长航程，但是液氢飞机可没有这种条件。比如说，“星座号”客机在它的整个发展期内起飞总重增加了一倍，大部分战斗机也可以做到这一点。但是在液氢飞机上，燃料箱的容积一经确定，就只能是这么多了。也许可以再加上外挂燃料箱，但是很困难，因为增加了阻力。
　　因而部长和将军转向普惠发动机设计的头头普拉特，说：“在发动机上也许有些进展吧，普拉特，发动机进展如何？”
　　普拉特回答说：“也许在5年内会有3～4%的进展。”
　　这不是一个乐观的预测。我们全部同意别在这上面再花钱，决定放弃这个方案。当时如果继续干下去，到了70年代出现能源危机时也会碰得头破血流。
　　煤悬浮燃料，是将精磨的煤粉以轻油为基加水混合成浆状，注入发动机作燃料。这也是一种可能的能源，但是细小的煤灰可能会损坏涡轮叶片。
　　我们也试过硼悬浮燃料，但是很难使用，常常堵塞发动机和加力燃烧室的喷嘴。
　　我们决定仍然用液态石油作为燃料。但是在这样高的高度和很大的温差下使用（高空空中加油时温度为-68°C，而超音速飞行时达到343°C），这必须是一种十分特殊的燃料。

本楼含有高级字体13楼2014-07-29 17:05

我们将这个问题提给我们的老朋友杜利特（没错，就是奇袭东京的杜利特），现在是壳牌石油公司的最高领导。这家公司曾研制过我们称为LF-1A燃油，（这几个字母是“洛克希德轻油一号”的意思），供U-2飞机使用，对那种飞机确实是很好的燃料。壳牌公司协同阿什兰、孟山都及普惠公司合作，为超过马赫数3的飞机研制化学润滑剂及燃油，再次获得成功，我们称之为LF-2A，当然美国空军另有编号。

LF-2A/JP-7燃油的物理性质，沸点很高
　　研制这种燃料花了很多功夫。它很贵，但是确是一种优良的燃油。

本楼含有高级字体14楼2014-07-29 17:05

　这架飞机的燃油同时用作绝热剂。燃油箱不只是装油用，还设计用来保护起落架。主起落架收起后藏在几个油箱的中间。由于燃油的冷却辐射作用，橡胶轮胎就与飞机在长时间飞行所产生的高温隔开了。反之，如果轮胎随时可能爆破，飞机则无法着陆。

这架飞机的燃油同时用作绝热剂。燃油箱不只是装油用，还设计用来保护起落架。主起落架收起后藏在几个油箱的中间
　　在为超过马赫数3的飞机选结构材料时，铝合金自然而然地被淘汰了。空气冲压会使机体产生427°C的温度，铝合金承受不了。基本结构可能要用高强度不锈钢合金或者钛合金。而雷达罩、座舱罩和某些其他区域可能需要研制高温塑料。
　　不锈钢作为高温材料实际上比钛合金更好。洛克希德的佐治亚州工厂正在为B-70超音速轰炸机制造不锈钢零件。我去看了，发现为机身制造蜂窝壁板需要一间“净化室”，那实质上是一间大增压气囊，在入口和出口都要有压力密封，每个人都穿着白色的净化室服装。为保持净化还需要控制设备。
　　我们“臭鼬”工厂的老格言是：“简单点，傻瓜！”越是复杂，出问题的可能性越大。我认为生产不锈钢零件所需的条件对“臭鼬”工厂太复杂了。我们将使用我们已经试用了十年的材料，即新的先进钛合金用在常规结构上。
　　飞机的外形是通过许多风洞试验及其它试验确定的。其结果是，从前方看起来很象一条吞吃了3只老鼠的蛇。这是有道理的。我们在机身两侧加了边条，起增加升力和其他作用。有几架没有加，但大部分飞机都加了。

飞机的外形是通过许多风洞试验及其它试验确定的。其结果是，从前方看起来很象一条吞吃了3只老鼠的蛇。这是有道理的。我们在机身两侧加了边条，起增加升力和其他作用

本楼含有高级字体15楼2014-07-29 17:06

在大量生产之前，我们认为先对几个最复杂的部件，如机头及机翼基本结构，造出试验性样品会是有益的。
　　造出的第一副机翼是个大失败。当我们把它放进“热箱”去模拟飞行中的高温时，它象一块旧抹布一样绉起来。解决的办法是将蒙皮壁板从每一方面都与翼梁分开，并在机翼蒙皮上加上波纹槽和凹纹。采取这种措施后，钛合金受热时只不过使波纹槽加深而已。有人骂我是在造一辆马赫数3的福特三发动机飞机，因为那种飞机全部用波纹铝造成，但是，这是有效地解决一个真正困难的问题的办法。

本楼含有高级字体16楼2014-07-29 17:07

飞机机头的问题有所不同。我们把它放进热箱去研究对驾驶员及机轮的冷却要求。我们生产了6000个零件，但好的不足10%。材料太脆了，如果掉到地板上就会摔碎。
　　显然，我们有些地方做错了。我们问钛金属公司我们的工艺过程怎么会发生氢脆，他们不知道。因此我们抛弃了我们自己的整个钛合金工艺体系，换用钛金属公司在其工厂生产钣料及锻件的方法。
　　对机头的热处理，我们最初用过几种不同的方法作过试验。经过一个时期的徘徊之后，我们实行了一种我认为任何地方都不可比的严格的质量控制程序，每制出10个零件取3件作为样件，经过热处理并作试验，然后该批的其他零件才可以入库以备将来使用。其中一个样件装在拉力机上试验材料的强度，第二个切一个切口（约6.35毫米长），在切口处绕一个非常小的半径弯曲，半径小到仅为厚度的32倍，观察是否会断裂。第三个则供需要作再次热处理时用。我们不希望无谓地抛掉整批的零件，这东西实在贵得要命！

本楼含有高级字体17楼2014-07-29 17:08

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我是如何研制“黑鸟”的

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