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超音速客机协和式飞机 还有人记得它吗?

2019-10-27 15:38 作者:江南拱桥夜  | 我要投稿

 现代人持有一种强烈的理念:我们使用的科技必定远胜前代。我们默认人类有能力永无休止地推陈出新、挑战自我。然而,有一项技术曾经被寄予了人类最狂热的追求,却最终在无限唏嘘中被迫谢幕,只给世人留下了小说般的印象,这就是人类历史上唯一真正投入商用的“协和(Concorde)"超音速飞机。如今16年过去了,今天我们再来了解下这架传奇的超音速客机——协和客机。       

协和飞机的运输历史

1962年,英国/法国两国签署了一个政府合作协议。在这个协议上提出了SST计划(Supersonic Transport Program)即超音速运输计划。由两国共同开发一种超音速运输机(SST),英法两国政府平摊巨额研制费。这种飞机由英国飞机公司(BAE)和法国宇航公司共同建造。1965年2月开始建造了两架原型机,1969年进行了首飞。全世界总共制造了20架协和飞机,其中13架仍在服役,这些飞机目前归英航和法航使用。1999年3月2日是协和飞机的三十周年纪念日。其中十架的飞行时间已超过92万小时。到2003年4月,尚有12架进行商业飞行,2003年10月24日,协和飞机执行了最后一次飞行。

目前为止,协和飞机是唯一用于商务服务的超音速客机,然而,它也存在一些问题。2000年7月25日,法航的一架协和飞机从巴黎飞往纽约时中途坠毁,失事时飞机刚刚起飞不久,机上所有乘客和机组人员全部遇难,还有几名地面人员也因此丧生。事故调查主要围绕跑道上一根松动的金属条,金属条源自跑道上另一架美国大陆航空的DC-10脱落的小铁条。

调查人员认为这段金属条导致协和飞机的一个轮胎发生爆裂,轮胎破片以超过音速的高速击中机翼其中的油箱,导致左发动机着火,产生了约61米长的火舌,飞机因此失控下降,翻转,最后在巴黎附近的果内斯(Gonesse)撞在一家旅馆上,这场悲剧造成了113人丧命。英航和法航都立即命令所有协和飞机停飞。

协和飞机与其他客机

协和飞机比大多数商用飞机飞得更快更高。例如,波音747飞机飞行速度为901公里/小时(或0.84马赫),飞行高度为海拔10675米。与此相比,协和飞机速度为2140公里/小时(或2.02马赫),飞行高度为海拔18300米。协和飞机的速度超过了音速,飞行高度几乎为其他商用飞机的两倍多,它也凭借几种与众不同的特点脱颖而出:

流线型设计

1.细长机身

2.S型前缘细长三角翼

3.可折叠的下垂机头

4.垂直尾翼设计

发动机设计

1.发动机置于机翼中

2.带有加力燃烧室涡喷发动机

3. 可调节进气道

飞机速度接近音速时(343米/秒),机前的气压会逐渐增大,形成一堵气“墙”,要穿过这堵气墙,飞机就必须是流线型的。因此协和飞机采用以下设计制造出了流线型使机身:

1.细长机身

2.S型前缘细长三角翼

3.可折叠的下垂机头

4.垂直尾翼设计

协和飞机机身宽度仅为2.7米,而波音747宽6.1米。协和飞机长约61.7米,比波音747略短。协和飞机细长的体型帮助其减少了空气阻力。

飞行中的协和飞机:其机翼宽阔,呈三角结构,而且没有水平尾翼

飞行中的波音747:其机翼较薄,呈矩形结构,有水平尾翼

协和飞机的机翼很薄,呈后掠三角状,而波音747机翼呈后掠矩形状。而且,与波音747不同,协和飞机机身和机翼之间没有空间。协和飞机的机翼被称为三角翼设计。这种机翼有以下功能:

薄而后掠的结构能够减少阻力(机翼与机身呈55°)

可以在次音速起飞和着陆时产生足够的升力

使飞行具有稳定性,尾翼上无需安装水平稳定装置

与多数商用飞机相比,协和飞机的机头更长,并呈针状。这种机头更易穿透空气,而且在起飞和着陆时可以向下倾斜(5至12度),以便飞行员看到跑道。(与其他类型的飞机相比,三角翼飞机起飞和着陆时的迎角更大。)另外,协和飞机的机头有一个保护罩,能在超音速飞行时保护挡风玻璃。

由于三角翼使飞机具有稳定性,协和飞机不需要像大多数飞机一样安装水平平衡装置。机身和机翼的这些设计使协和飞机可以高速飞行,并轻而易举地穿透空气。

发动机

协和飞机的发动机提供起飞、航行及着陆所需的推力。它配有四台奥林匹斯593 Mk 610型轴流式双转子(twin spool)涡轮喷气发动机。每具可产生多达18.7吨的推力,四个发动机每小时共燃烧25,629升的燃料,而且协和飞机上的发动机种类和位置也与其他飞机不同。

协和飞机发动机直接连接于机翼下方,没有发动机支架。这种设计减少了气体湍流,使发动机更加稳定,因为超音速飞行时,发动机支架可能会超负荷,很容易断裂。同时,协和飞机发动机使用加力燃烧室增加推力来实现超音速飞行。协和飞机除了在起飞和跨音速时(0.95马赫至1.7马赫之间)使用加力燃烧室外,其余时段均会关闭。

协和飞机的特殊组件

协和飞机之所以能够达到并保持其速度和动力,有几种组件功不可没。

1.油箱

协和飞机有17个油箱共能贮存119500公升煤油燃料。主油箱分布于机翼和机身:机翼两侧各五个,机身四个。协和飞机还有三个辅助或调整油箱(两个位于机头,一个位于机尾)。调整油箱有以下用途:协和飞机在飞行中达到超音速时,升力的气动中心向后转移。此转移导致机头下沉。为保持平衡,将燃料向后压入调整油箱。燃料的重新分布使重心与升力力心重合,从而使飞机达到平衡。减速时,升力力心向前转移。燃料向前压入调整油箱以达到平衡。因此,与其他飞机不同,协和飞机的燃料不仅用于发动机,还用于维持气动中心的稳定。

协和式不仅机翼内有油箱,机尾也有油箱

燃油可以在各油箱内转移,用于控制飞机重心和升力中心的相对位置,减少用气动控制面配平的必要

2.高反射涂料

飞机在超音速飞行时,空气压力和摩擦力会使飞机表面加热,而且飞机不同部分的升温情况也有所差异,并且会在机身表面形成温差。因此飞机表面的温差就会很大:协和飞机在飞行时头锥最高温度可达127℃,机身后段也可超过90℃。为了反射散热,机身表面大部分面积涂上具有高反射特性的白色涂料,反射率约为其他飞机表面白色涂料的两倍,以避免超音速飞行时产生的高热影响到铝制结构和油箱安全 。

3.特殊材料

协和飞机飞行中承受的热量会使机身膨胀约17.8厘米。为了将机身压力降至最低,协和飞机主体材质为硬铝(AU2GN/ASTM 2168飞行器专用铝材),仅在部分特殊部位使用钛合金和不锈钢。(AU2GN)这种材料不仅质轻,且比钛金属更耐热。

结语

“协和”优雅而细长的机身,可以活动的鸟嘴似的机头,曲线圆滑的三角机翼,是“力量和美学”的完美结合,像一只美丽的白天鹅,带着天生的贵族气质。从未有一架客机如同协和式一般如此快如闪电、如此摄人心魄、如此优雅标致。这是一架将工程科技的优雅和纸飞镖般的迷人简约外形集于一身的极致飞行机器。

 


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