超音速豪賭，“協和”客機悲劇史

協和協議是什麼

英法“協和”是一架獨特而優雅的超音速客機，外形流暢極具現代感，但經過四分之一世紀服役後，該機仍黯然退役，標誌著超音速客機時代的終結。在這個過程中，“協和”又經歷了什麼？

英法合作

上世紀50年代，世界先進航空大國都捲入超音速客機研發熱潮。1956年英國飛機和發動機製造商、航空研究結構和英國政府成立超音速運輸機委員會，研究超音速客機的各種可行性。到60年代初，英國飛機公司（BAC）牽頭研究的無尾三角翼布里斯托223概念已經非常完善了。但要研製耗資如此巨大的超音速客機，英國意識到需要與其他國家合作。

50年代主要超音速客機方案同尺寸對比

法國南方飛機公司（Sud Aviation）此時也在研究“超級快帆”（Super Caravelle）超音速客機概念，佈局與布里斯托223相似，因此成為英國的天然合作伙伴。與法國設計相比，布里斯托223擁有更大航程，並且能飛越大西洋。英國和法國一拍即合，決定共同研製中程和遠端超音速客機，雙方在1962年11月簽署了正式合作協議。

“超級快帆”模型

根據協議，BAC和Sud（後來併入法國航宇Aerospatiale）負責生產機身，英國布里斯托·西德利（後來併入羅羅）和法國斯奈克瑪（SNECMA）公司負責生產發動機。雖然兩國共同承擔該專案全部責任，但由於語言和文化的不同，以及研製超音速客機關乎各自的民族自豪感和國家聲望，這種合作不可避免地遭遇到挑戰。一個例子就是英制和公制之爭，最後英法還是決定使用各自的度量衡單位，導致大量換算工作。另一個例子是飛機名稱，雙方同意將該機命名為“協和”，但在一番爭論後採用了法語單詞“Concorde”而不是英語單詞“Concord”。

“協和”客機保留了布里斯托223和“超級快帆”的無尾三角翼佈局，細長的飛鏢狀機身和拉長的三角翼將超音速飛行阻力降到最小，同時能起降和亞音速飛行中保持輕鬆控制。

1962年範保羅航展上的“協和”模型

設計難點

“協和”的最佳巡航速度一開始被設定2。2馬赫，主要取決於三個因素。首先是機身結構溫度在超音速飛行中會迅速上升，到2。2馬赫時就達到了鋁合金結構極限，更高的速度則需要使用不鏽鋼或鈦合金來製造飛機。

製造中的“協和”客機

第二個因素是隨著速度的變化，需要實現空氣動力學效率和推進效率之間的平衡。當速度超過0。8馬赫後，氣動效率會隨之惡化，先是到1。4馬赫的急劇下降，然後到3馬赫之前較為緩和的下降。但渦噴發動機的推進效率在3馬赫之前會隨著速度的提高而提高，最終使超音速客機在2馬赫的總體效率與亞音速相當。

第三個因素是在速度超過2。2馬赫後，需要減小翼展以保持低阻力，但是這樣會損害低速操縱效能。最後英法設計團隊認為客機速度超過2。2馬赫後的研製時間和成本都會大幅增加，再後來出於結構上的考慮，“協和”的最大設計速度被降低到2。02馬赫。

“協和”的尖拱形三角翼等比縮小後在一架經過特殊改裝的BAC 221驗證機上進行了試飛。由於“協和”會遭遇相對較高的氣動加熱，意味著必須考慮高溫蠕變導致的金屬變形。為了應對這一挑戰，工程師在重點部位採用了為燃氣輪機葉片開發的抗蠕變銅基鋁合金材料，還使用少量的鈦、不鏽鋼和鉻鎳合金來製造發動機艙、駕駛艙玻璃和機艙舷窗。

BAC 221驗證機

諸多挑戰

“協和”的推進系統將必須在連續兩個多小時的超音速飛行中產生推力，而且要在亞音速和跨音速飛行中產生足夠推力，由於在此速度範圍內發動機對氣流需求變化很大，因此為“協和”研製推進系統是一項兼具挑戰。早在1962年11月的協議中，布里斯托爾·西德利的“奧林巴斯”（Olympus）發動機就被確定為“協和”的動力裝置。“奧林巴斯”的第一種生產型已經在1956年隨亞音速阿芙羅“火神”（Vulcan）轟炸機進入英國空軍服役。到1962年，為BAC TSR-2超音速轟炸機研製的“奧林巴斯”加力超音速版本問世，這將成為“協和”翼下4臺“奧林巴斯”593發動機的基礎。

“奧林巴斯”593發動機

對發動機的一項關鍵設計要求是即使飛機以超音速飛行，透過發動機的氣流也必須是亞音速的。因此工程師設計了一套複雜的系統來調節進氣，該系統包括可變進氣斜坡、輔助進氣門，第二股空氣進氣門、地面執行風門組成，並讓高溫燃氣透過主噴管和和副噴噴管的引導離開發動機。起飛時，進氣斜坡和輔助進氣門完全開啟以實現最大氣流攝入。起飛後隨著加力燃燒室關閉，發動機推力降低，透過開啟第二股空氣進氣門形成發動機艙氣流，並進一步開啟輔助噴管來降低噪音。超音速時，透過降低進氣斜坡使進氣減速至亞音速，斜坡產生的激波能有效降低進氣空速。

“協和”複雜的推進系統

對於超音速客機來說，另一個挑戰是氣動中心（沿機身的舉升作用點）與重心之間的關係。在整個飛行過程中，兩個中心必須保持正確關係。“協和”從亞音速到超音速，氣動中心向後大幅移動，因此該機的前後油箱會根據需要從主油箱調整燃油，依據氣動中心的運動來調整重心。

三角翼飛機有陡峭的降落和起飛迎角，所以高速三角翼飛機一般具有較長鼻錐，這妨礙了飛行員的向下視野。為了改善飛行員視線，“協和”的機鼻被設計成可動式，在起飛和降落時分別下垂5度和12。5度。下垂機鼻是費爾1。73馬赫的“德爾塔2”驗證機首創，並經過BAC 221的驗證。“協和”機鼻抬起後，獨立調節的透明遮陽板可保護駕駛艙風擋免受氣動加熱和超音速氣流的影響。

“協和”客機機鼻完全下垂狀態

一鳴驚人

兩種型號的“協和”尺寸相同，中程型將有100個座位，遠端型有90座。英國的遠端型擁護者認為，遠端有助於使超音速客機縮短與亞音速客機的經濟性差距，並且隨著專案的進行，航空公司也顯示了對遠端型的偏愛，因此該型號被決定首先研製，並且中程型最後被最終放棄。此外航空公司也對更大的載客量感興趣，這需要更大的發動機推力，最終導致“奧林巴斯” 593B發動機的問世，使“協和”載客量增加到118座。經過修改的“協和”於1965年初完成設計，並於當年晚些時候開始製造兩架原型機。

地面測試中的“協和”原型機

1969年3月2日，第一架“協和”原型機從法國圖盧茲首飛。第二個月，第二架原型機從英國布里斯托爾的菲爾頓首飛。首架原型機在1969年10月實現了超音速飛行，兩架飛機均在1970年11月到達2馬赫，隨後開始持續2馬赫巡航試飛，這是之前任何客機從未實現過的。1972年7月，英國海外航空公司（BOAC）和法國航空公司訂購了9架“協和”，首架生產型飛機於1973年12月首飛。

“協和”於1972年9月首次飛向美國，前往達拉斯沃思堡，然後再飛往華盛頓特區附近的杜勒斯國際機場。在1974年6月的一次壯觀演示中，一架法航“協和”從波士頓飛往巴黎，同時法航一架波音747從巴黎飛往波士頓。“協和”抵達巴黎後在地面上停留了68分鐘然後又起飛返回波士頓，結果降落波士頓後11分鐘，747才抵達這裡。

“協和”首飛

商業運營

“協和”1976年1月21日開始開始執飛商用航班，BOAC的繼任者英國航空公司使用該機飛倫敦-巴林航線，法航用該機飛巴黎-里約熱內盧航線，中途降落達喀爾。但“協和”開闢美國航線非常不順利，1975年12月由於噪音問題，美國眾議院投票禁止“協和”在六個月內降落美國。1976年2月英航和法航獲得批准，可以試執行飛往紐約和華盛頓的有限數量“協和”航班，為期16個月。但當年三月，紐約港務局禁止“協和”降落其機場，因此英航法航的首批“協和”定期跨大西洋航班僅能飛往華盛頓。“協和”在5月24日開始飛向美國，當時兩架飛機編隊飛越華盛頓市，然後在杜勒斯機場的平行跑道上同時降落。“協和”跨大西洋飛往紐約的航班由於噪音抗議而被進一步推遲，直到1977年11月22日才正式啟動。

1979年英航和法航的“協和”在沃斯堡機場

“協和”在服役生涯中主要飛跨大西洋航線，尤其是飛往紐約。1979年1月，美國布蘭尼夫國際航空公司透過租借“協和”開通了華盛頓-達拉斯-沃思堡的國內航線，但由於乘客人數少和燃油成本高於1980年6月停止。“協和”超音速飛行使產生的激波使其被禁止在陸地上空進行超音速飛行，導致飛行效率低下，進一步推高了票價。

最終僅有14架“協和”投入服役，英航和法航各7架，對該機的市場預測從未實現。到21世紀初，“協和”的服役壽命已接近尾聲。2000年7月25日災難發生了，法航一架“協和”飛機從巴黎起飛時墜毀，機上所有109人和地面四人遇難。法國調查人員發現事故是“協和”爆裂的輪胎殘骸擊穿機身油箱導致的，輪胎可能被前面起飛的DC-10發動機上脫落的金屬條刺穿。

“協和”悲劇

這起事故直接導致“協和”在英國和法國的適航證被吊銷，所有飛機停飛接受更堅固的輪胎、新的燃油箱襯裡和附加電氣遮蔽的改裝。2001年9月，英國和法國對經過改裝的“協和”進行了認證，兩家航空公司於11月恢復了“協和”航班。但不久後的2003年4月10日，兩家公司宣佈“協和”將在10月底進行最後一次商業飛行，英航表示該決定出於商業原因。

歸根結底，“協和”永遠不可能像亞音速客機那樣高效。在環保意識日益增強的時代，該機的音爆、噪音和發動機排放逐漸變得難以接受。不過“協和”憑藉五十年前開發的技術，作為超音速客機持續服役四分之一世紀，試圖與亞音速客機在經濟性上進行競爭，這本身就是一個了不起的成就。