航空航天概论结课论文

航空航天概论结课论文

——论SR-71黑鸟的性能与结构特点

——SR-71

作为一个文科生，其实我真的对航空航天知识了解甚少，但经过这一个月的学习，也总算是小有收获。在课堂中出现过的诸多飞行器中，我最感兴趣的，要数SR-71黑鸟了。

SR-71是美国洛克希德公司研制的双座双发动机涡轮喷气式高空高速战略侦察机，其基本参数如下：机员：1名或2名

机长：32.74米

机高：5.64 米

翼展：16.94米

翼面积：170平方米

最大起飞重量：77.11吨

最大飞行速度：3.2倍音速

侦察高度：24000米

作战半径：1930千米

1964年7月25日，约翰逊发表讲话，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—7l，是一种可在世界范围内使用的先进远程战略侦察机。

SR-71型总计制造了32架。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，最后把侦察攻击型RS-71改为战略侦察型SR-71A，共制造了29架，其教练型SR-71B制造了2架。此外，还用YF-12A的l号机和地面试验机的部件改装了一架SR-71C。它的改型也有三种：A型，战略侦察型，共生产25架；B型，教练型，共生产2架；C型，由A 型改装的教练型。

由于我对SR-71的了解极少，无法对它进行极为详细的描写，所以我只选择了几个简单的方面作为我的结课论文的内容。

机身：

SR-71侦察机结构图

SR-71的机身大部份都是钛，为了降低成本，制造过程中使用的是可在较低温度软化而较易加工的钛合金，完成的飞机会涂上一种趋近黑色的暗蓝色，以加强热辐射冷却与高空的伪装效果，因此当它翱翔于天际时，我们便仿佛看到了一只真正的黑色巨鸟。

飞机的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垂直方向伸展，避免应力过强，同时也增强纵向强度。

此外，SR-71在机身中心附近那里的蒙皮薄而易破，很大一块区域的下方都没有结构梁提供额外支撑，因此部分飞机上在那里贴有红色的警示条，以防止维修人员不慎破坏蒙皮，

电脑：

飞机研究中，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，从而使得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，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。

因此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的机工们精确地调整了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。

两侧脊线:

原先的黑鸟其实并没有两侧脊线，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。这样的设计至今仍出现在许多最新型的隐形无人机上，让这些飞机允许无尾翼设计而兼具安定性与隐

形性。

燃油:

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，此外，它可携带的侦察设备还少了许多。不得不说，SR-71极其高昂的使用费用，也是它这么早就退役的一大原因。6O年代问世的“黑鸟”即将走到其生命的尽头，不过，即使SR—71全部退役，但如今已经变成NASA飞行试验机的“黑鸟”，仍将在科研战线上超期服役。

动力装置：

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145 千牛顿的静推力。

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”。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。

J-58另外一项特点就是他可以算是混合喷气发动机，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。

黑鸟仅仅依靠加力燃烧室产生的推力来飞行，没有其他的飞机是以这样的方式运作，这亦是它的独特之处。

设备：

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。换句话说，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。它的光学镜头的性能超乎一般的想象，但分辨率高度保密。此外，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。

世界纪录:

SR-71至今仍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创下时速3,529.56公里的速度纪录，以及25,929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24公里的高空，以每秒72平方公里的速度扫视地表。

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。），由此可见其速度之快。

此外，在一次驾驶黑鸟后，吉姆.瓦金斯上校也曾兴奋的说过:“那简直是神圣的经验，我根本没想到它飞得如此快。”

实战状况：

上世纪70-80年代，美军经常派出SR-71高速侦察机飞临朝鲜进行航空侦察。