【美军超音速飞行器遭遇反常识现象,遇极冷空气,推力不降反升】10月28日,美媒报道了美军传奇超音速飞行器SR-71的飞行教官、退役空军上校阿德尔伯特·巴兹·卡朋特的专访,披露了不少SR-71试飞以及服役过程中遭遇的各种事件,部分还是首次披露!
SR-71是洛克希德“臭鼬工厂”研制的双座三倍音速战略侦察机,没有武器装备,纯侦察机。1964年首飞,1966年服役,最高速度3.2马赫,升限2.6万米;1976年创下有人吸气式飞机绝对速度纪录3529.56km/h、高度25929米,至今仍然没被打破。
另一个相当厉害的记录是:服役期间曾闯入多国领空,遭遇上千枚防空导弹的袭击,从未有过被击落的案例,因为它飞得比导弹还快,或者等到导弹赶到时,它已经跑出了射程外。
卡朋特在进入SR-71项目前,曾在越战中驾驶RF‑4C执行侦察任务,后来申请成为SR-71的飞行教官。他披露了整个项目过程中部分事实,证实了一些传闻,比如SR-71在起飞前,飞行员的抗荷服、饮食与体检等流程和宇航员差不多;
起飞只带4万磅燃油(满载8万磅:36吨),升空后必须立刻寻找加油机,才能继续执行任务;在3马赫、8万英尺高空,能看到地球曲率,天空已经看不到蓝色,一片漆黑。3马赫下飞机反而比较安静,但是机体震动还是有的。
SR-71在超音速下过载仅为1.7g,3马赫下最小转弯半径75英里(120公里),总转向距离超过220公里。卡朋特亲历过在三八线附近遭遇进气道故障,原本应该保持直线飞行,但他只能无奈强行转弯,最终在故障状态下成功迫降韩国军事基地。
SR-71在1987年还曾发生单发失效,飞机以亚音速飞行,结果被大量苏联米格战斗机围观,直升机也抵达附近,准备在其迫降后俘获。但随后瑞典两架萨博“雷”战斗机赶到,直接贴在SR‑71两翼护航、轮换接替,直到美军F‑15赶来接应,护送到德国安全基地。事后瑞典飞行员罕见获得美国空军勋章,该事件长期保密。这不是卡朋特亲历,是SR-71机队另外两名飞行员的经历。
卡朋特说的另一件事和超音速飞行有关。他表示,SR-71的特性是飞得越快,每英里油耗反而越低;同时他还说,个人最高极速是3.35马赫,一旦超速后必须爬升消耗动能,回到3.2马赫,不能单纯收回加力,否则会引发发动机喘振。
同时他还提到一个反常识的现象:SR-71比较容易“超速”,原因是空气温度快速变化!8万英尺(2.44万米)高空理论气温是‑50~‑55℉(-45.6℃~-48.3℃),当遭遇偏暖空气(-40℉,即-40℃)时,发动机推力会下降;但在遭遇-90℉(-67.8℃)的冷空气时,发动机推力会大幅增加,甚至进入不可控的加速状态,此时就很容易超速。
所以遇到这种情况,一般就需要略微带点坡度爬升,以降低速度!
这个气温降低、发动机推力反而大增的现象,是不是有点反常识?
按正常理解,冷空气进入发动机,这不是要把发动机拖死吗?怎么动力反而会增加?
其实这还真是喷气式,或是亚燃冲压、超燃冲压和爆震发动机领域里的特殊现象,主要和压缩效率有关。对于发动机来说,压缩后的气体温度会升得很高,此时的空气会因为高温膨胀、体积增加,流经发动机燃烧室的空气流量反而变小。
而在低温空气环境中,进入发动机的空气过冷,会抵消掉一部分发动机压缩产生的高温;这部分压缩气体体积相近,但密度更大,发动机获得了更高的流量,此时加力燃烧室里的燃油供氧更充分,这就是发动机推力大增的原因。
目前的预冷式组合循环发动机,用的就是这个原理:将进入发动机的空气先冷却。冷却方式五花八门,但没有一种方式能简单实现,结构都非常复杂。比如英国佩刀式预冷组合循环发动机,它采用火箭涡轮泵推动氦气压缩,再用氦气冷却进入进气口的大气。
这套冷却的热交换结构非常复杂。可能有很多朋友会问:为什么不用液氢?它既是燃料又是换热介质,不是很完美吗?答案是,氢会造成热交换器氢脆;一次性使用的结构没问题,多次重复使用,隐患就很大。
但是SR-71在半个多世纪以前,就体会到了“预冷”带来的澎湃动力!不得不说,当年的美国确实有很多领先的技术。可六十多年过去了,美国的SR-71早已退役,却没有研发出后继的新机型。倒是前段时间有消息说,要把一架退役几十年的SR-71翻新,用来做高超音速测试。
谁都没想到,美国竟然会需要翻修当年的旧机型来使用,真是令人感慨。


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