五千年(敝帚自珍)

主题:【原创】比声音还快(一)(完) -- 晨枫

共:💬155 🌺697
全看分页树展 · 主题 跟帖
家园 【原创】比声音还快(二)

英国的皇家飞机研究中心(Royal Aircraft Establishment)从54年就开始研究超音速客机的问题,以当时流行的细长机身、短薄的平直翼为基础,以重要的英美之间的北大西洋航线为背景,进行了一些概念设计。但是概念设计的结果很不妙:136吨的起飞重量已经和波音707相当了,但是载客量只有区区15人,这显然毫无经济性可言。在此期间,英国的德哈维兰“彗星”客机在解决疲劳问题后重返天空时,发现高亚音速喷气客机的桥头堡已经被波音和道格拉斯占去了,为了重建英国民航客机的竞争力,RAE出面于56年设立了超音速运输机研究委员会(Supersonic Transport Aircraft Commission,STAC),开始研究超音速客机的可行性,研究集中在超音速客机的技术问题和经济性问题。

速度超过M1.5后阻力随速度上升的速率下降,这是一个有利条件。如果速度增加一倍,阻力只增加50%,那相当于在同样载客量的条件下,M1.6的超音速客机可以用M0.8的亚音速客机跑三个航次的燃油,来跑四个航次。但是天下没有这样的好事,机翼的升力系数在超音速的时候下降很厉害,M2.0的时候大概只有M1.0的一半。这样一来,得失大抵相抵。超音速客机在经济性上的好处主要还是从节约时间上来的,如果燃油消耗相当,在同等载客量的条件下,一架M2.0的超音速客机的实际运能相当于2.5架M0.8的亚音速客机,在采购和维修成本上有利。实际情况当然没有那么简单,维修、机场周转都需要时间,超音速客机的起飞、降落也需要时间,但以时间换效益大体就是研制超音速客机的经济动力。STAC的结论是,超音速客机只有在相当的载客量在远程航线上运营才比较经济,航程以欧洲西海岸到美国东海岸为基准航线时,速度以2.2倍音速为宜。速度更低将难以保证在伦敦和纽约之间当天来回,大大减低超音速旅行的吸引力。速度更高将超过铝合金的耐热能力,需要采用不锈钢或钛,在技术上未知数太多。在超音速战斗机10年后才勉强达到6000-8000小时使用寿命的情况下,60年代初超音速客机的使用寿命已经要求超过30000小时,技术上的未知数越少越好。英国动起来了,美苏当然也不闲着。为了在新一轮民航客机的“世界大战”中抢到先机,欧洲和美苏都展开了超音速客机的研制,“为国争光”当然也是各国倾力研制超音速客机的重要因素。

点看全图

外链图片需谨慎,可能会被源头改

在走向协和式之前,英国专门设计和试飞了很多研究机,研究超音速飞行的各方面问题。英国的Fairey Delta是第一个采用无尾三角翼布局的喷气式研究机,这是Fairey Delta FD2。按英国人的说法,法国的幻影战斗机也是“偷”Fairey Delta的

点看全图

外链图片需谨慎,可能会被源头改

英国Hendley Page的P115研究机,着重研究无尾三角翼的低速横滚操控性能

点看全图

外链图片需谨慎,可能会被源头改

英国布里斯托尔188研究机,全机用不锈钢制造,着重研究高速飞行时的气动加热问题

点看全图

外链图片需谨慎,可能会被源头改

英国BAC221研究机,着重研究S形前缘无尾三角翼的气动特性

点看全图

外链图片需谨慎,可能会被源头改

英国“火神”轰炸机,用来试验协和式的“奥林普斯”发动机

点看全图

外链图片需谨慎,可能会被源头改

协和式机体表面的温度分布,热胀冷缩对材料和结构是很大的挑战

STAC同时对超音速客机的气动布局进行了概念性的研究,建议采用细长机身和无尾大后掠三角翼,以最大限度地提高超音速升阻比。大后掠角可以延迟激波的产生,三角翼有利于实现跨音速面积率,细长机身减小迎风阻力。与此同时,美国的NACA、法国的ONERA、苏联的TsAGI也在全力研究超音速客机的问题,各国得出和STAC大体相同的结论。

点看全图

外链图片需谨慎,可能会被源头改

美国康维尔曾提议用B-58轰炸机改装超音速客机,但B-58的机身太窄,单走廊横列双座塞沙丁鱼一样也只能装载58名乘客,最后不了了之。但是B-58的跨大西洋超音速飞行的经验对超音速客机的研制有很大的作用

点看全图

外链图片需谨慎,可能会被源头改

美国曾用F-102作过超音速客机的研究

点看全图

外链图片需谨慎,可能会被源头改

法国的Nord Griffon也曾用于超音速客机的研究

60年代初,英国布里斯托尔飞机公司(Bristol Aeroplane)和法国南方飞机公司(Sud Aviation)分别提出超音速客机的方案,前者为布里斯托尔198方案,后者为“超快帆”。布里斯托尔198采用大后掠无尾三角翼,翼下6台罗尔斯·罗伊斯“奥林普斯”涡喷发动机,载客130人,速度M2.2。后来因为过于野心勃勃,被英国飞机公司(British Aircraft,由众多中小飞机公司合组而成,布里斯托尔是其中的一个)的223方案代替,气动外形基本不变,尺寸缩小,采用翼下4台“奥林普斯”发动机。法国南方的“超快帆”可以算作亚音速“快帆”SE-210的超音速版,气动外形和BAC223十分相似,但是要小一号,只能载客70人,航程3200公里。在欧洲合作的大潮之下,BAC223和“超快帆”合并为“协和”式计划,以后的过程在《一个传奇的诞生》中多有叙述,这里不再重复。

点看全图

外链图片需谨慎,可能会被源头改

BAC 223方案,已经有很明显的协和式的影子了

点看全图

外链图片需谨慎,可能会被源头改

法国南方的“超快帆”方案

点看全图

外链图片需谨慎,可能会被源头改

62年巴黎航展上的“超快帆”模型

点看全图

外链图片需谨慎,可能会被源头改

协和式的载客量100人,速度M2.02,航程6500公里,于76年投入航班服务,2003年退役

点看全图

外链图片需谨慎,可能会被源头改

优美的协和式,蓝天上永远的白天鹅

=============================

在贴英国的这些研究机的时候,心里就在想:中国造运10的时候,飞过多少研究机呢?这和运10后来的命运有关系吗?

元宝推荐:不爱吱声,
全看分页树展 · 主题 跟帖


有趣有益,互惠互利;开阔视野,博采众长。
虚拟的网络,真实的人。天南地北客,相逢皆朋友

Copyright © cchere 西西河