SR-71侦察机

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同义词 “SR-71黑鸟”侦察机一般指SR-71侦察机
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SR-71侦察机(英文:SR-71,绰号:Blackbird,中文:SR-71 黑鸟、黑鸟)是美国空军所使用的喷气式三倍音速长程高空高速战略侦察机
SR-71侦察机美国洛克希德公司的臭鼬工厂研制生产,采用了大量当时的先进技术,能以低可侦测性技术设计的飞机,还能以3马赫的高速躲避敌机与防空导弹。在实战记录上,没有任何一架SR-71曾被击落过。
SR-71侦察机共生产32架,1990年,由于国防预算降低和操作费用高昂,美国空军将SR-71退役,但在1995年又编回部队,并于1997年展开飞行任务,1998年SR-71永久退役。当前仍在使用的有4架:美国空军第9侦察联队第2分遣队使用的两架SR-71A重新服役型、美国国家航空航天局(NASA)德赖顿飞行研究中心使用的一架SR-71A和一架SR-71B。[1] 
中文名称
SR-71侦察机
英文名称
SR-71 Blackbird
研制时间
1963年2月
服役时间
1966年1月
国    家
美国

SR-71侦察机发展沿革

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SR-71侦察机研制背景

SR-71的原型:A-12侦察机 SR-71的原型:A-12侦察机
SR-71侦察机,是以A-12侦察机为原型设计的,是美国“黑鸟”家族的第三代:A-12侦察机及其派生型,YF-12A试验战斗机,SR-71侦察机,是“黑鸟”家族中生产架数最多的一种型号(后两代分别属于第一代的改进项目)。[2] 
早在1959年洛克希德公司为美国中央情报局研制了A-12高空高速侦察机。就在A-12侦察机研制计划实施中,臭鼬工厂也向美国空军提出了以A-12为基础的侦察/轰炸型方案RB-12。同时还制造了两款模型机RS-12和B-12。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(Reconnajssance),S代表攻击(Shike)。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,并最终R-12作为SR-71进行生产。[3] 

SR-71侦察机型号命名

SR-71侦察机 SR-71侦察机
在洛克希德公司提出RS-12和R-12两个方案,且空军也计划将R-12重新编号为RS-71(代表Reconnaissance-Strike,侦察—打击),但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空军用的侦察机型方案,在本公司内原本是称为RS-12和R-12的,但对外则称为RS-71和R-71。
1964年的总统大选,参议员Barry Goldwater持续抨击约翰逊总统与新武器研发上落后于苏联,约翰逊总统决定以高度机密性的A-12计划,及存在的侦察型进行回击。1964年7月25日,约翰逊正式发表讲话,透露了洛克希德公司正在研制第二种速度3倍音速的军用飞机,编号为SR-71,是一种可在世界范围内使用的先进远程战略侦察机。这次讲话没有隐藏SR-71的军内实际编号,但此时SR已无攻击、侦察之意,其含意已变为战略侦察(StrategicReconnaissance)了。然而,空军参谋长柯蒂斯·勒迈更喜欢SR的编号,也想将RS-70改编号为SR-70。但这时给予媒体的新闻稿仍然写着RS-71,造成总统误读飞机编号的传闻。
计划的公开与新编号使臭鼬鼠工厂与空军中参与计划的人员受到震撼;所有印刷了的维修手册、飞行员手册、训练vufoil、机座和材料都已印上了R-12。依照詹森总统的演说,编号依据指挥官命令变更为SR-71,并立即重新印制29,000份蓝图。[3] 

SR-71侦察机生产制造

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。
SR-71共分为三种型号。
SR-71A
SR-71侦察机 SR-71侦察机
SR-71A属于战略侦察型,是“黑鸟”家族中生产架数最多的一种型号。
1963年2月,以侦察攻击型RS-71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,并完成地面试验后。
1964年12月22日首次飞行。随后将侦察攻击型RS-71改为战略侦察型SR-71A,共生产了29架。
SR-71B
SR-71B属串列双座教练型,共生产2架。
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。
2架SR-71B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
YF-12A YF-12A
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,用YF-12A的l号机和地面试验机的部件改装了一架SR-71C,改装成了此教练型。该机于1976年10月29日首飞。在2所有SR-71飞机中,有一架尾部稍有修改的飞机,它就是SR-71A(BT)。因该机加大了尾梁尺寸,故有人称其为“大尾”(Big Tail)。[4] 

SR-71侦察机技术特点

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SR-71侦察机机身

SR-71侦察机结构图 SR-71侦察机结构图
SR-71的机身大部份都是钛,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。
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
黑鸟的座舱 黑鸟的座舱
垂直方向伸展,避免应力过强,同时也增强纵向强度。不过空气动力专家指责工程师是试图让一架20年代的福特三引擎飞机(因其皱纹状的铝制蒙皮而闻名)飞到三马赫。部份SR-71在机身中心附近有红色的警示条,以防止维修人员不慎破坏蒙皮,因为这里的蒙皮薄而易破,很大一块区域的下方都没有结构梁提供额外支撑。
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,这并没有包括高温引擎排气。所以讽刺的是,SR-71在联邦航空总署(Federal Aviation Administration,FAA)的长程雷达上是最大的目标之一,在几百哩外就能追踪。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,因此他实际上不具备隐形功能,但是依赖他的高速,SR-71成功的摆脱了上千次针对她的攻击,其中绝大部分都来自前苏联的飞机和对空导弹。

SR-71侦察机电子装备

SR-71侦察机空中加油 SR-71侦察机空中加油
计划早期的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,激波会突然在进气口前中断,称为“进气未启动”(inlet unstart)。这会使进入压气机的气流立即停止,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(sympathetic stalls),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码进气电脑,洛克希德的工程师们发展的引擎进气控制软件,能重新捕获漏失的激波,在飞行员感觉到未启动的发生之前就重新点燃引擎。SR-71的机工们有责任精确地调整数以百计的前部空气旁通门,这对控制激波、防止未启动与增强性能有一定的帮助。
SR-71主要任务载荷包括侦察照相机、红外和电子探测器、AN/APQ-73合成孔径侧视雷达等先进的电子和光学侦察设备,但都处于绝对保密的状态,外界了解甚少。但通过对其飞行速度和光学照相机的分析,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。形象地说,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,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。[5] 

SR-71侦察机两侧脊线

SR-71侦察机 SR-71侦察机
两侧脊线是一个独特而有趣的特征。早期的雷达隐形研究认为,平滑且渐缩的外形能将最多的雷达束反射至其它方向。原先的黑鸟并没有两侧脊线,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。他们发现两侧脊线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,于是就可以减少三角翼的装置角,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。由于强力涡流在高迎角时可延缓失速,落地速度也可以减低,还可进行高G回转直到引擎熄火。两侧脊线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,这样的设计仍然出如今许多最新型的隐形无人机上,让它们允许无尾翼设计而兼具安定性与隐形性。[3] 

SR-71侦察机动力装置

黑鸟的J58发动机 黑鸟的J58发动机
黑鸟使用的J-58发动机是唯一可以持续使用加力燃烧室的军用发动机,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32,500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。
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引擎使用。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引擎舱内,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)。
引擎工作原理 引擎工作原理
J-58另外一项特点就是他可以算是混合喷气发动机:他是在一具冲压式发动机内部再加上一具涡轮喷气发动机。进入引擎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,这时候引擎转变成为冲压引擎的型态。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引擎内部还有一具喷气发动机。低速时,喷气发动机(核心部分)与冲压引擎(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引擎的进气通道内,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引擎最大输出推力有多少)。
启动车 启动车
原先黑鸟的引擎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引擎,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。[6] 

SR-71侦察机燃油

SR-71侦察机 SR-71侦察机
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24,000到27,000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。

SR-71侦察机漏油问题

SR-71是第一种成功突破“热障”的实用型喷气式飞机。“热障”是指飞机速度
SR-71侦察机 SR-71侦察机
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。为此机身采用低重量、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。
如右图所示, SR-71教练机型,注意第二个座舱罩。机背上的液体痕迹是空中加油后加油管离开加油口时洒出来的燃油,机翼上的则是在非巡航空速下,从油箱的数十个裂缝泄露出来的。

SR-71侦察机服役参战

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服役
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-71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。
到1967年9月,29架SR-71A全部试飞成功。
1968年3月8日,第一架SR-71A(64-17978号)部署到位于冲绳嘉手纳空军基地,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,驻嘉手纳基地的最后一架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。[7] 
越南战争
SR-71侦察机 SR-71侦察机
在越南战争期间,美军司令部下达的空中侦察飞行任务占全部飞机起飞架次的10-30%,在结束阶段,“后卫-1”和“后卫-2”战役期间,侦察飞行的次数占美军同期在北越上空总飞行架次的26-45%。1969-1970、1971-1972年间,美军SR-71侦察机飞行架次情况如下:
1969年,美军侦察机共执行了802架次是空中侦察飞行,其中SR-71为16架次。1970年,共完成空中侦察飞行5320架次,其中SR-71为47架次。1971年,美军空中侦察飞行7662架次,SR-71为54架次。1972年,美军进行空中侦察飞行20674架次,SR-71为123架次。SR-71从未被击中过。这主要是SR-71战略侦察机能以2800-3200公里/小时在高空侦察飞行,当时越南人民军最先进的CA-75M防空导弹系统只能保障对速度在2000公里/小时以下的目标的攻击效率。虽然这种防空导弹系统经过必要的修正,完善各种战斗性能后,改进型系统战斗力急剧提升,已经能够摧毁类似“黑鸟”性能的高空高速目标,但战争已经结束,它们失去了证明自己的机会和用武之地,就此成全了“黑鸟”一架未被击落的神话。[8] 
击伤事件
SR-71侦察机 SR-71侦察机
上世纪70-80年代,美军经常派出SR-71高速侦察机飞临朝鲜东西海岸进行航空侦察,每月都要出没3-4次,朝鲜人民军一直设法予以击落。时任朝鲜人民武力部部长的吴振宇计划在1982年4月15日前击落一架美军侦察机,以此作为金日成主席70周岁生日礼物。1981年初,吴振宇重金邀请金刚石设计局的10位专家来到平壤,与朝鲜机械工业部(今为军需工业部)的专家一道研讨击落SR-71的方案。经过研讨,两国专家决定在咸镜北道花台郡舞水端里基地和平安北道信川郡银晶里基地实施“连动作战”,用经过苏联专家技术升级后的S-200“织女星”远程地空导弹伏击SR-71。
  1982年初,舞水端和银晶里导弹基地开始保持24小时非常勤务体制。3月的一天,朝鲜人民军防空部队通过雷达跟踪监视到SR-71由黄海康翎半岛上空侵入朝鲜领空。接到报告后,吴振宇立即指示银晶里基地准确算出SR-71的飞行速度和飞行时间,随后下达攻击作战命令。可惜的是,从舞水端里发射的3枚“织女星”导弹未能有效击中SR-71,只是击伤了SR-71的部分机体,迫使其迅速退出朝鲜并在此后相当长时间内不敢越境(这一过程得到美国马基航空博物馆的承认,该馆收藏有大部分退役的SR-71)。有意思的是,“织女星”导弹的残骸后来坠落到驻防海州的朝鲜人民军第4军团军营里,未得到通报的第4军团以为是韩军或美军向朝鲜发射导弹,误判为韩美要发动战争挑衅,并及时向人民军总参谋部进行了报告。[9] 

SR-71侦察机退役使用

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1990年1月25日,SR-71A全部退役以后,除了少数被封存外,大多数都是直飞其永久的归宿地-各大型博物馆或公园,作为一代名机的代表
SR-71黑鸟构造图
SR-71黑鸟构造图 (4张)
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,如第一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。
正当美国空军准备将重新服役的SR-71A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,装备卫星全球定位系统等,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。由此看来,6O年代问世的“黑鸟”即将走到其生命的尽头。
SR-71从美国军方退役后,变成NASA飞行试验机,继续在科研战线上超期服役。[10] 

SR-71侦察机世界纪录

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SR-71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创下时速
飞行员在22000米的视角 飞行员在22000米的视角
3529.56公里的速度纪录,以及25929米的高度纪录(只有前苏联的MiG-25狐蝠式高空拦截机曾经在1977年8月31日达到更高的37,650米)。它可以在约24公里的高空,以约每秒72公里的速度扫视地表。当SR-71在1990年退役时,其中一架从它出生的加州棕榈谷的美国空军42号工厂,飞到维吉尼亚州香蒂利国家航太博物馆展示,以平均时速3418公里飞行,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,而最快的亚音速客机波音747则需要7小时。)

SR-71侦察机性能数据

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项目数据
机员
1名或2名
机长
32.74米
翼展
16.94米
机高
5.64米
翼面积
170平方米
空重
30600公斤
最大起飞重量
78000公斤
动力系统
两台普惠J58-1涡轮喷气亚燃冲压组合循环发动机
推力
2×32,500磅(144.57千牛顿)(后燃器开)
起落架宽度
5.08米(16英尺8英吋)
起落架前后距离
11.53 米(32英尺10英吋)
最大速度
3.35 马赫(2,193节,4,062千米/小时)
转场航程
4,800公里
  
航程
1,600海里(2,960公里),2个副油箱
作战半径
1930公里
实用升限
80,000呎(24,285米)
最大升限
100000呎(约30500米)
  
爬升率
大于60 m/s
翼负荷
460千克/平方米
推重比
0.382:1

SR-71侦察机通俗文化

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SR-71侦察机 SR-71侦察机
电影《变形金刚2》中,“天火”以SR-71的形象出现
电影《X-MAN》中,X战警使用的战机是以SR-71为原型。
游戏《使命召唤:黑色行动》中出现。
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参考资料
  • 1.    sr-71 online  .sr-71[引用日期2015-02-10]
  • 2.    A-12 family  .blackbirds[引用日期2015-02-11]
  • 3.    SR-71 MAINTENANCE  .blackbirds[引用日期2015-02-11]
  • 4.    Lockheed SR-71  .designation-systems[引用日期2015-02-11]
  • 5.    flying the blackbird  .wvi[引用日期2015-02-11]
  • 6.    J-58 engine  .aerostories[引用日期2015-02-11]
  • 7.    the "SR-71 Blackbirds"  .wvi[引用日期2015-02-11]
  • 8.    WAR STORIES  .blackbirds[引用日期2015-02-11]
  • 9.    资料:神秘的朝鲜“舞水端”导弹  .搜狐军事[引用日期2013-04-11]
  • 10.    揭秘美军史上最快飞机诞生过程  .中国网[引用日期2015-02-10]