超音速客機協(xié)和式飛機 還有人記得它嗎?

?現(xiàn)代人持有一種強烈的理念:我們使用的科技必定遠勝前代。我們默認人類有能力永無休止地推陳出新、挑戰(zhàn)自我。然而,有一項技術(shù)曾經(jīng)被寄予了人類最狂熱的追求,卻最終在無限唏噓中被迫謝幕,只給世人留下了小說般的印象,這就是人類歷史上唯一真正投入商用的“協(xié)和(Concorde)"超音速飛機。如今16年過去了,今天我們再來了解下這架傳奇的超音速客機——協(xié)和客機。? ? ? ?

協(xié)和飛機的運輸歷史
1962年,英國/法國兩國簽署了一個政府合作協(xié)議。在這個協(xié)議上提出了SST計劃(Supersonic Transport Program)即超音速運輸計劃。由兩國共同開發(fā)一種超音速運輸機(SST),英法兩國政府平攤巨額研制費。這種飛機由英國飛機公司(BAE)和法國宇航公司共同建造。1965年2月開始建造了兩架原型機,1969年進行了首飛。全世界總共制造了20架協(xié)和飛機,其中13架仍在服役,這些飛機目前歸英航和法航使用。1999年3月2日是協(xié)和飛機的三十周年紀念日。其中十架的飛行時間已超過92萬小時。到2003年4月,尚有12架進行商業(yè)飛行,2003年10月24日,協(xié)和飛機執(zhí)行了最后一次飛行。
目前為止,協(xié)和飛機是唯一用于商務服務的超音速客機,然而,它也存在一些問題。2000年7月25日,法航的一架協(xié)和飛機從巴黎飛往紐約時中途墜毀,失事時飛機剛剛起飛不久,機上所有乘客和機組人員全部遇難,還有幾名地面人員也因此喪生。事故調(diào)查主要圍繞跑道上一根松動的金屬條,金屬條源自跑道上另一架美國大陸航空的DC-10脫落的小鐵條。
調(diào)查人員認為這段金屬條導致協(xié)和飛機的一個輪胎發(fā)生爆裂,輪胎破片以超過音速的高速擊中機翼其中的油箱,導致左發(fā)動機著火,產(chǎn)生了約61米長的火舌,飛機因此失控下降,翻轉(zhuǎn),最后在巴黎附近的果內(nèi)斯(Gonesse)撞在一家旅館上,這場悲劇造成了113人喪命。英航和法航都立即命令所有協(xié)和飛機停飛。
協(xié)和飛機與其他客機
協(xié)和飛機比大多數(shù)商用飛機飛得更快更高。例如,波音747飛機飛行速度為901公里/小時(或0.84馬赫),飛行高度為海拔10675米。與此相比,協(xié)和飛機速度為2140公里/小時(或2.02馬赫),飛行高度為海拔18300米。協(xié)和飛機的速度超過了音速,飛行高度幾乎為其他商用飛機的兩倍多,它也憑借幾種與眾不同的特點脫穎而出:
流線型設(shè)計
1.細長機身
2.S型前緣細長三角翼
3.可折疊的下垂機頭
4.垂直尾翼設(shè)計
發(fā)動機設(shè)計
1.發(fā)動機置于機翼中
2.帶有加力燃燒室渦噴發(fā)動機
3. 可調(diào)節(jié)進氣道

飛機速度接近音速時(343米/秒),機前的氣壓會逐漸增大,形成一堵氣“墻”,要穿過這堵氣墻,飛機就必須是流線型的。因此協(xié)和飛機采用以下設(shè)計制造出了流線型使機身:
1.細長機身
2.S型前緣細長三角翼
3.可折疊的下垂機頭
4.垂直尾翼設(shè)計
協(xié)和飛機機身寬度僅為2.7米,而波音747寬6.1米。協(xié)和飛機長約61.7米,比波音747略短。協(xié)和飛機細長的體型幫助其減少了空氣阻力。

飛行中的協(xié)和飛機:其機翼寬闊,呈三角結(jié)構(gòu),而且沒有水平尾翼

飛行中的波音747:其機翼較薄,呈矩形結(jié)構(gòu),有水平尾翼
協(xié)和飛機的機翼很薄,呈后掠三角狀,而波音747機翼呈后掠矩形狀。而且,與波音747不同,協(xié)和飛機機身和機翼之間沒有空間。協(xié)和飛機的機翼被稱為三角翼設(shè)計。這種機翼有以下功能:
薄而后掠的結(jié)構(gòu)能夠減少阻力(機翼與機身呈55°)
可以在次音速起飛和著陸時產(chǎn)生足夠的升力
使飛行具有穩(wěn)定性,尾翼上無需安裝水平穩(wěn)定裝置
與多數(shù)商用飛機相比,協(xié)和飛機的機頭更長,并呈針狀。這種機頭更易穿透空氣,而且在起飛和著陸時可以向下傾斜(5至12度),以便飛行員看到跑道。(與其他類型的飛機相比,三角翼飛機起飛和著陸時的迎角更大。)另外,協(xié)和飛機的機頭有一個保護罩,能在超音速飛行時保護擋風玻璃。
由于三角翼使飛機具有穩(wěn)定性,協(xié)和飛機不需要像大多數(shù)飛機一樣安裝水平平衡裝置。機身和機翼的這些設(shè)計使協(xié)和飛機可以高速飛行,并輕而易舉地穿透空氣。
發(fā)動機
協(xié)和飛機的發(fā)動機提供起飛、航行及著陸所需的推力。它配有四臺奧林匹斯593 Mk 610型軸流式雙轉(zhuǎn)子(twin spool)渦輪噴氣發(fā)動機。每具可產(chǎn)生多達18.7噸的推力,四個發(fā)動機每小時共燃燒25,629升的燃料,而且協(xié)和飛機上的發(fā)動機種類和位置也與其他飛機不同。

協(xié)和飛機發(fā)動機直接連接于機翼下方,沒有發(fā)動機支架。這種設(shè)計減少了氣體湍流,使發(fā)動機更加穩(wěn)定,因為超音速飛行時,發(fā)動機支架可能會超負荷,很容易斷裂。同時,協(xié)和飛機發(fā)動機使用加力燃燒室增加推力來實現(xiàn)超音速飛行。協(xié)和飛機除了在起飛和跨音速時(0.95馬赫至1.7馬赫之間)使用加力燃燒室外,其余時段均會關(guān)閉。
協(xié)和飛機的特殊組件
協(xié)和飛機之所以能夠達到并保持其速度和動力,有幾種組件功不可沒。
1.油箱
協(xié)和飛機有17個油箱共能貯存119500公升煤油燃料。主油箱分布于機翼和機身:機翼兩側(cè)各五個,機身四個。協(xié)和飛機還有三個輔助或調(diào)整油箱(兩個位于機頭,一個位于機尾)。調(diào)整油箱有以下用途:協(xié)和飛機在飛行中達到超音速時,升力的氣動中心向后轉(zhuǎn)移。此轉(zhuǎn)移導致機頭下沉。為保持平衡,將燃料向后壓入調(diào)整油箱。燃料的重新分布使重心與升力力心重合,從而使飛機達到平衡。減速時,升力力心向前轉(zhuǎn)移。燃料向前壓入調(diào)整油箱以達到平衡。因此,與其他飛機不同,協(xié)和飛機的燃料不僅用于發(fā)動機,還用于維持氣動中心的穩(wěn)定。

協(xié)和式不僅機翼內(nèi)有油箱,機尾也有油箱

燃油可以在各油箱內(nèi)轉(zhuǎn)移,用于控制飛機重心和升力中心的相對位置,減少用氣動控制面配平的必要
2.高反射涂料
飛機在超音速飛行時,空氣壓力和摩擦力會使飛機表面加熱,而且飛機不同部分的升溫情況也有所差異,并且會在機身表面形成溫差。因此飛機表面的溫差就會很大:協(xié)和飛機在飛行時頭錐最高溫度可達127℃,機身后段也可超過90℃。為了反射散熱,機身表面大部分面積涂上具有高反射特性的白色涂料,反射率約為其他飛機表面白色涂料的兩倍,以避免超音速飛行時產(chǎn)生的高熱影響到鋁制結(jié)構(gòu)和油箱安全 。
3.特殊材料
協(xié)和飛機飛行中承受的熱量會使機身膨脹約17.8厘米。為了將機身壓力降至最低,協(xié)和飛機主體材質(zhì)為硬鋁(AU2GN/ASTM 2168飛行器專用鋁材),僅在部分特殊部位使用鈦合金和不銹鋼。(AU2GN)這種材料不僅質(zhì)輕,且比鈦金屬更耐熱。
結(jié)語
“協(xié)和”優(yōu)雅而細長的機身,可以活動的鳥嘴似的機頭,曲線圓滑的三角機翼,是“力量和美學”的完美結(jié)合,像一只美麗的白天鵝,帶著天生的貴族氣質(zhì)。從未有一架客機如同協(xié)和式一般如此快如閃電、如此攝人心魄、如此優(yōu)雅標致。這是一架將工程科技的優(yōu)雅和紙飛鏢般的迷人簡約外形集于一身的極致飛行機器。
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