比声音还快
晨枫
原载西西河
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作为新兴的超级大国,美国已经在第一代喷气客机之战中夺取了领导权,波音 707 和 DC-8 像潮水一样灌向世界的民航市场,自然不会坐视欧洲和苏联在有关国家声望的超音速客机之战中领先。波音在 52 年就开始关注超音速客机的问题,58 年组织起研究小组,60 年开始,每年投入 1 百万美元,准备大干快上了。62 年英法和苏联都开始正式研制超音速客机时,美国联邦航空署 FAA 也提出了自己的超音速客机计划。敢为人先的 Juan Trippe 指令泛美航空公司在 63 年 6 月 3 日向英法意向性订货协和式一天之后,肯尼迪在 63 年 6 月 4 日,在科罗拉多泉新建的空军学院毕业典礼上,指令启动美国的超音速客机计划。拟议中的美国的超音速客机要更大、更快,要求达到 250-300 人的载客量和三倍音速的速度,航程不光要能够覆盖北大西洋航线,还要能够覆盖太平洋航线。NASA 对超音速客机积极研究,波音、洛克希德、道格拉斯和北美洛克韦尔都推出了自己的研制方案,通用电气和普拉特·惠特尼也分别提出了各自的发动机方案。
NASA 测试过的几种超音速客机模型
北美洛克韦尔基于 B-70 轰炸机的经验,研制了这个超音速客机的方案 洛克希德的 L-2000 方案介于协和式和图-144 之间,只是比两者都要大一号。L-2000 采用双三角翼,翼下四台发动机,布局循规蹈矩,不过因为“美英一家”的缘故,没有人指责洛克希德抄袭英法。道格拉斯的方案和洛克希德的方案大同小异。
洛克希德的 L-2000 模型
左:洛克希德 L-2000 三视图 右:洛克希德气动外形的演进
洛克希德最后采用简单的双三角翼布局,双三角翼延伸到接近机头的地方
洛克希德想像的机场的情景,比同在登机楼的波音 707 一级的亚音速客机长了几乎 50%
L-2000 也进入了全尺寸模型阶段
洛克希德的公关没有闲着,将全尺寸模型当模特表演台了,值得注意的是 L-2000 的机窗,比饭碗大不了多少 波音开始时的方案也研究过无尾大后掠三角翼,但是在竞争 TFX(最后通用动力胜出,推出 F-111)时,波音积累了相当的变后掠翼的设计经验,引起波音超音速客机研制人员的强烈兴趣,在波音内部的竞争中,变后掠翼胜出,公司代号波音 733。但是洛克希德和道格拉斯都用 2000 作为代号,分别为 L-2000 和 DC-2000,意喻 21 世纪的超先进技术,波音也不甘落后,最后将波音 733 改名为波音 2707,既有 21 世纪的含义,又提醒人们波音 707 将民航推入了喷气时代。波音 2707 的方案几经变更,从波音 2707-100 演变到-200,载客从 150 逐渐增加到 250,最后达到 300 人以上,发动机从机身下集中的四发(类似 B-1 轰炸机)变到平尾下的四发,速度从 M3 降到 M2.7,航程 6,440 公里(-300 增加到 6,760 公里)。波音 2707-200 的变后掠翼可以在 20-72 度后掠角之间变化,在不牺牲超音速巡航性能的前提下,优化低速起飞、着陆和亚音速巡航的性能。后一点十分重要,因为波音已经意识到噪声和音爆的问题,小后掠角可以以较低的速度起飞、着陆,大大减低噪声;音爆将使超音速客机在大陆上空被迫以亚音速飞行,所以亚音速将不仅仅是过渡阶段,可能有相当一部分航线将以亚音速飞行。在机翼后略到最大角度时,机翼后缘和平尾前缘重叠,形成完整的大后掠三角翼,在保持“合成”机翼的相对厚度条件下,容许机翼厚度增加,简化结构设计和增加翼内载油量,这一点和 F-14 非常相似。和 F-14 不同的是,波音 2707-200 的四台发动机安装在尾翼下,这是一个十分独特的设计。发动机安装在机尾并不罕见。飞机速度增高时,气动升力中心不断后移,而重心保持不变,自然形成一个低头趋势,需要压平尾来恢复水平,这个动作称为配平。压平尾形成的向下气动压力增加了阻力,称为配平阻力。机尾发动机的重量形成自然的配平力矩,减少配平阻力,这是为什么 60 年代尾置发动机布局十分流行的重要原因。尾置发动机的另一个好处是,发动机远离机舱,噪音较低。尾置发动机在机械故障、涡轮盘碎裂时,碎片不易伤及乘客,对安全性要求及其严格的客机也是一个有利因素。但是尾置发动机一般离地较高,维修不便。波音将发动机安装在水平尾翼下,既利用了尾置发动机的优点,又避免了维修不便的问题,是一个不错的主意。对于波音 2707-200 这样的变后掠翼飞机来说,固定的尾翼下的发动机还避免了常规的翼下发动机的麻烦,因为机翼后略角变化时,翼下发动机必须同步偏转,以保持和前进方向一致。B-1 轰炸机那样在翼根下密集安装发动机的做法对客机不合适,发动机的噪音和振动离机舱太近,这也是波音 2707-100 演变为-200 的一个重要原因。
波音的超音速客机方案一直在改来改去,这是几个早期方案
变后掠翼的波音 2707-100,发动机像 B-1 轰炸机一样在靠近机身的下面
变后掠翼的波音 2707-200,发动机移到平尾下去了
波音 2707-200 的全尺寸模型
波音 2707-200 的尺寸很大,座位将为横列 7 座,采用 2+3+2 布局,有两条走廊
波音 2707-200 的三视图
波音 2707-200 的布局也几经变化,这时加上了鸭翼,以改进气动控制
为了满足面积律的要求,机身有一定的“蜂腰”,所以座位布置前后不同
为了改善起落时的视界,波音 2707-200 的机头锥可以分两截下垂,这样既容许下垂角度增加,又不至于触地,但是机械复杂程度大大提高,样子也是怪怪的
泛美涂装的波音 2702-200
别一看美国空军的标志,就以为这是运送美国小兵的,没那么好的事。60 年代末的时候,正好“空军一号”要更换的时候,当时动过念头,用波音 2707 来接替波音 707 的“空军一号”
由于机身太长,变后掠翼的气动特性变化太大,需要很多的控制面开控制飞行,L-2000 只有 16 个气动控制面需要控制,波音 2707-200 竟然有 59 个!既增加了重量,也是飞行控制大大复杂化 |
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