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未曾翱翔天际的“协和式飞机”

全部评论 放大字体  缩小字体 发布日期:2016-03-26  来源:天天飞  作者:天天飞唐潇  浏览次数:1502
核心提示:体验一次超音速的飞机可以让你终身难以忘记这次飞行,就是这么炫酷,就是这么牛掰,你行那你也来

美国的超音速客机项目曾被认为是航空史上最具野心的飞机设计项目,然而到底发生了什么导致这个计划的夭折?

1962年11月,英法两国政府共同宣布了一项计划,这项计划给美国的飞机制造商带来了极大的压力。

英法两国宣布将合力研发一款飞行速度超过音速两倍的新型客机。这款被命名为“协和”的超音速客机将成为全球最先进的民用飞机,也将展示出欧洲飞机制造商创造最前沿设计的能力。

时任美国总统约翰·肯尼迪正面迎接了这项挑战,要与英法联合制造的协和飞机进行较量。美国表示将制造自己的超音速客机,比协和飞机更大、载客量更多、速度更快的超音速客机。

这个由美国政府出资赞助的项目初步选择了两家公司的设计来进行下一步的挑选,分别来自飞机制造业巨头波音公司和洛克希德公司。然而这个项目面世之后就遭遇了各种阻力:政治因素、环境问题以及高昂的成本问题。最终的结果是两家公司设计的“美国协和式飞机”都未能翱翔天际。

今天,美国的超音速客机项目在尘封45年后,又再次回归到了人们的视野中。洛克希德公司此前宣布,将与NASA合作,共同研发一款更安静的超音速飞机,并且有望能实现载客飞行。那么此前夭折的计划能带给我们什么启示呢?

图:波音2707超音速客机模型

在20世纪60年代,波音和洛克希德都是全球最有经验的飞机制造商。波音公司用最可靠的客机带来了革命性的航空出行体验,而洛克希德公司则设计出了第一架能超过音速两倍飞行的飞机—F-104星式战斗机,并且正致力于研发飞行速度更快的军用飞机。

在协和项目问世之前,美国的飞机制造商都非常认真谨慎地在考虑超音速客机或超音速运输机(SST)的可行性。其中一家公司—道格拉斯公司,在1961年提出了一款能超过音速三倍(3马赫)飞行的客机。达格拉斯公司不仅认为该飞机能在20世纪70年代飞上蓝天,还认为超音速客机市场将需要数百架飞机。

事实证明,协和飞机不是给美国带来刺激的唯一原因。在地球的另一边,俄罗斯图波列夫公司也在制造超音速运输机和超音速客机——图144飞机。在超音速客机领域被英法两国击败是一回事,而被俄罗斯超越则是另一回事。

图:前苏联图-144超音速客机

当时对超音速客机的渴求对于美国来说已经和赢得登月竞赛一样重要。NASA航空研究任务司高速项目主管皮特·科恩(Peter Coen)称:“回顾那个时期,在航空领域的确有许多技术革新。不管是出于对市场或者飞机需求的考虑,还是为了应对略占上风的俄罗斯和欧洲。”

肯尼迪总统给波音公司和洛克希德公司抛出的诱饵是如果哪家公司能设计出一款能和协和飞机匹敌的机型,那么美国政府将承担研发经费的75%。两家公司都各自展开了调研,对20世纪50年代以来的超音速运输机进行了“书面调研”。这些研究与俄罗斯和欧洲的研究结果类似—需要生产一款三角翼飞机。

随着民用飞机装配上喷气式发动机并以更快的速度飞行,螺旋桨飞机所采用的传统设计已经不能满足需求,平直机翼带来的阻力太大。在配备两台动力强劲的喷气式发动机时,传统平直机翼可能会折断。而三角形的后掠机翼则能承受高速带来的压力,法国的幻影III战斗机和俄罗斯的米格21战斗机已经证实了三角形机翼能轻易的实现2马赫或以上的飞行。

洛克希德公司为其飞机选取了三角翼设计,并计划能在搭载270名乘客的同时达到2000英里/小时(3200公里/小时)的飞行速度。而波音公司的设计则是能搭载超过270人并达到2.7马赫(1800英里/小时)的飞行速度,并且最远航程超过4200英里(6700公里)的飞机。

图:洛克希德马丁L2000方案

波音公司在最初的设计中选用了可变后掠机翼。这款机翼在低速飞行时是平直的,这将能保证起降阶段的操纵性。在速度增大时,这款机翼将向机身方面后掠靠拢。美国政府对这项设计也印象深刻,在经历一系列后续测试后,1967年1月1日波音公司的方案被选定最终的赢家。但是波音2707飞机项目进行的并非一帆风顺。

图:2707变后掠翼型方案

图:2707-200变后掠翼方案

时任英国皇家航空学会首席科学家并参与协和项目的基特·米切尔(Kit Mitchell)认为,波音2707飞机最大的问题是它试图完成太多任务,而所需的技术则有太多处于刚起步阶段。

米切尔认为 :“波音2707飞机的预计每小时飞行速度将比协和号高出数百英里这个想法有些不切实际。”

米切尔还称:“我们在研发协和号时,已经采用了当时所能达到的最先进的技术。而波音试图完成的事情难度太高了。”

米切尔表示,波音2707飞机超高的速度将会对飞机的各个部位带来巨大的挑战。在超高的飞行速度下,飞机将出现发热情况—协和飞机的部分金属外皮在飞行时的温度甚至超过了水的沸点,而在以2马赫的速度飞行时,机头最前端的温度甚至能达到127摄氏度。对于一款“过热”的飞机,从密封胶、电缆到舷窗等各个方面都需要特别的设计。而其中很多技术对我们来说都是未知的领域。”

但是也不能指责波音公司在超音速客机项目上没有投入足够的资源。波音公司历史学家迈克·隆巴迪(Mike Lombardi)称:“我们来切实考虑一下这个项目的野心有多大。在研发超音速运输机的同时,波音公司还在研发747飞机项目,并且当时波音737飞机刚投入运行。此外,在载人登月项目中,波音公司也承担了非常重要的工作,与此同时波音公司还承担着其他的军事项目。我们要完成载人登月以及制造747飞机,但是2707飞机项目仍是波音的重中之重。”

图:2707超音速客机

时任747项目首席工程师的沙特(Joe Sutter)表示:“747项目进行非常困难,因为所有的工程师都致力于超音速运输机项目的研发。”

国家尊严危在旦夕。但是美国当时的政治环境并没有给波音公司解决一系列的设计问题提供足够的支持,2707飞机最终也未能翱翔天际。一些军用飞机已经采用了超音速领域的技术,但是这些飞机都很小,最多只能搭载两名机组成员。要将其放大至能搭载大约300人的大型超音速飞机,则是一项很大的挑战。迈克·隆巴迪称:“波音公司面临的最大困难是载客量大的飞机将带来巨大的额外重量。飞机轴承必须达到足够的强度,这意味着不可避免的机身重量。研发团队不得不回到制图板前重头开始设计。”

基特·米切尔表示:“即便波音的设计团队选定了三角机翼,他们仍无法解决重量问题。额外的重量意味着巨大的油耗,飞机载满燃油也不足以完成美国到欧洲的飞行。协和飞机的原型及前期模型也遇到过同样的问题,我们必须持续改进设计,后来正式的生产模式才是第一架在真正意义上能实现跨洋飞行的超音速客机。”

图:2707-300三角翼布局方案

机翼并不是唯一的问题。波音2707飞机超越音速飞行时产生的音爆也是一个大问题。皮特·科恩称:“一旦意识到音爆的危害,美国大部分人都打消了超音速客机的念头。”

协和飞机也遇到了相同的问题。英法两国一推出协和飞机项目之时,就收获了数十架飞机订单,其中甚至包括泛美航空和环球航空等美国航空公司的订单。但随着协和飞机在环境保护方面的缺点逐渐显现,许多订单都被取消。环保方面的缺点限制了其必须避开人口密集区域,只能进行跨洋飞行。(这也是协和飞机的目的地只覆盖了美国东海岸城市的原因。)

皮特·科恩称:“协和飞机的运营商表示,他们不能拥有一架只能在少数航线上飞行的飞机。如果决定购买昂贵的超音速飞机,那么必须安排其执飞尽可能多的航线,才能值回票价。”

20世纪60年代,也就是设计波音2707飞机时,燃油价格还相对低廉。但是该飞机巨大的油耗所带来的高昂成本这一点就足以击败支持超音速运输机的一些传统言论—例如超音速飞机能缩短飞行时间,这意味着其每年能执行更多架次的航班,有利于节省成本。

图:2707模型

迈克·隆巴迪称:“最终导致2707飞机项目流产和协和号飞机退出历史舞蹈的原因便是巨大的油耗所带来的高昂成本。1971年的经济危机以及燃油价格的上涨也给2707飞机项目带来了负面的影响。即使在1971年波音2707项目没有终止,1973年的石油危机也会将其扼杀在摇篮中。如果继续进行下去,该项目将成为一个巨大的灾难。”

波音成为一个家喻户晓的名字是因为其成功送上蓝天的众多机型,是因为那些在节假日搭载普通旅客飞行的飞机。迈克·隆巴迪称:“即便2707飞机未能成功翱翔,但是其带来了一线希望。”

迈克·隆巴迪还表示:“2707飞机给747飞机项目的发展带来了巨大的影响。当时的情况是全球的航空公司都向往超音速飞机,但是没有公司会买这些超音速客机。因此波音公司不得不计划在20世纪70年代期间将所有的747飞机改装成为全货机。然而事实证明我们在几年前才需要开展这项计划。”

尽管超音速客机项目失败了,但是波音公司从中学到的经验为后来几十年中设计生产的其他机型铺平了道路,包括近年来生产的一些无人机以及20世纪90年代的高速民航运输机项目。2707飞机项目最关键的机翼设计,目前已经成为了现代民用客机广泛使用的设计,以便于减少冲击波和阻力。

洛克希德公司命途多舛的L-2000项目则将得到另一种形式的延续。NASA与洛克希德公司将合力进行一次实验性的演示飞行,以研发未来的超音速客机。或许在未来几年内,一架美国制造的超音速客机将真正的翱翔天际,这次也不会再有协和飞机带来的阻碍。

 
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