黑鳥的奇葩設計：機翼有縫隙停在地面會漏油，突破熱障後自動膨脹

【軍武次位面】作者：風林火山

如果要選出20世紀美國最傑出、成就最輝煌的飛機設計大師，那毫無疑問將是克勞倫斯 約翰遜，人們都親切地稱他為凱利 約翰遜。他設計了許多美國最先進的軍用飛機，從二戰中大顯神威的P38到美國第一種實戰的噴氣式戰鬥機F-80，從世界首種2倍音速的F-104“星“式戰鬥機，再到目前為止唯一能進行“雙3”飛行的有人駕駛飛機SR-71“黑鳥”，每一種飛機都對世界空軍產生了很大影響。

凱利出生在一個泥瓦匠的家庭，父親是一名富有創造力的泥瓦匠和木匠。按照凱利的說法，他從父親那裡學到了最初的工程結構知識。隨後在密歇根大學航空工程系，凱利為航空工程系主任做助教，開展了大量的風洞試驗；在密歇根大學攻讀碩士學位期間，深入研究了發動機增壓和飛機附面層控制技術。在學習期間，他經受住了做飛行員和足球運動員的巨大誘惑，幾乎把所有可以利用的時間，都放在了研究飛機和氣動佈局上，結果只用2年時間就完成了大學3年的功課。

▲約翰遜的大作——P-38閃電

在整個大學期間，他只有2次外出參加社會活動，一次是看“一場很好看的電影”，另外一次是去參加一個班級的舞會。為了賺取足夠的生活費以繼續學業，他曾經在建築工地打工，曾經在飯店洗過幾萬個盤子。這種鍥而不捨的精神，也成為日後支撐他克服重重困難，完成型號設計的關鍵。

1933年，拿到碩士學位的凱利，終於進入當時還只能生產“膠合板飛機”的洛克希德公司，開始他所熱愛的飛機設計而他一生幾乎都貢獻給了洛克希德公司。有人說，美國完善的工業體系為他的成功奠定了雄厚的基礎，但有時他所遇到的挑戰，恰恰是美國工業體系的缺陷所帶來的。研製F-80飛機的時候，原型機曾因為發動機故障導致空中解體。故障的原因就是，美國沒有足夠大的水壓機來鍛造大型飛機零件。因此必須將幾塊零件焊接在一起，而焊接往往會留下可能斷裂的瑕疵。在F-80上發動機的大型渦輪盤與凸出來的主軸上有一條焊縫，就是因為當時美國最大的鍛壓機也不能將盤和軸座鍛在一起，這一原因使6架F-80從空中摔了下來！

▲美國空軍第一種投入實戰的噴氣式戰鬥機——F-80

眼看著，一種新型噴氣飛機可能會葬送在“強大的美國工業體系”面前。但是，凱利沒有放棄。他相信，透過不懈努力，沒有什麼不能被改變！他透過對設計和工藝流程的上萬次修改和反覆試驗，將每個渦輪都在真空中轉到超過工作轉速，。後來證明，這個解決辦法非常有效。在研製世界首種2倍音速戰鬥機F-104時，凱利不得不再次挑戰美國的航空工業體系。

▲F-104就是插上翅膀的火箭

根據朝鮮戰爭的經驗美國空軍提出研製一種能以2馬赫速度飛行的戰鬥機，凱利接受了這一挑戰。當時，他們採用了一種短而薄的機翼，這涉及了很多新技術，他必須在試驗中找出新戰鬥機薄冀、尾翼及進氣道中存在的問題。但是，當時美回並沒有可以達到超音速2倍的超音速風洞。他可以等風洞建好後再進行試驗，但是世界首種2倍音速飛機的柱冠不能破蘇聯人折走：他頻頻奔走於美國軍方和各大實驗室中間，試圖尋我代替的辦法。最終，他在美國軍方的460枚127毫米火箭上找到了靈感。他在火箭上安裝了自動攝影機及遙測裝置，以便向地面觀察站發回資料，在這些載有儀器的火箭上裝上一副一副的機翼，在沙漠中的基地發射：這樣，具有不同剛度、不同形狀、不同設計特點的機翼，用火箭加速到每小時2400公里的速度。最後，這種“火箭風洞”幫助解決了氣動難題。

▲SR-71的速度和高度記錄至今無人能破

SR-71無疑是他一生中所遇到的最大技術挑戰，甚至毫不誇張弛說，他之前進行的所有型號遇到的麻煩的總和，都趕不上SR-71。當時，由於U-2的飛行高度已經不能保證其不會被攔截。美國軍方提出了在3萬米高空，以3馬赫速度巡航飛行的計劃。飛機要在這樣的高度，以這樣的速度飛行，需要全新的氣動設計和發動機，需要特殊的結構材料和新的製造裝置及工藝，甚至連料、液壓油、燃料箱、封腔、漆塑膠、導線和連線插頭這樣的小玩意”，都沒有成品可供利用。

▲SR-71在地面會不停漏油

總而言之，飛機上每一件東西都需要重新“發明”當時，功成名就的凱利完全可以不去接這個差事，因為他已不再缺少名望、地位或者是金錢，而裡身體還受到胃病的困擾，但是，對航空領域更快、更高的執者追求，再次讓他欣然迎接挑戰。儘管氣動佈局是整架飛機的關鍵但憑藉著豐富的經驗和對氣動設計的靈感，凱利很快突破了飛機的處形設計這一難關，他曾經對提供發動機的普惠公司的朋友開玩笑說，“發動機只提供了飛行所需要的17%的動力，而我們自己的進氣道和噴管提供了餘下的部分。但是那些“小玩意”卻一次次考驗他的耐心。

▲SR-71的氣動外形設計堪稱完美的高速飛行器

尋找合適的燃油，使他費盡了周折。他最初考慮過採用高能燃料，如液氫、煤或硼懸浮燃料。但是液氫的製造、儲存特別是在飛機上的儲存都非常麻煩而且危險，而懸浮材料容易損壞渦輪葉片或者堵塞發動機和加力燃燒室的噴嘴，不得不拋棄。最終，他回到選擇一種液態石油作為燃料。但是，在這樣高的高度和很大的溫差下使用（高空空中加油時溫度為-68℃，而超音速飛行時達到400°℃），必須是一種十分特殊的燃料。在殼牌石油公司老闆的幫助下，凱利終於解決了難題。液壓油的問題也很突出。首先，凱利向所有的供應商做了調查，看是有人能提供在300℃以上工作的高溫油，只有一個供應商書面迴應：有一種能在500℃工作的液體。結果，當收到樣品時才發現，原來是一種白色的晶體。這種東西確實可以在500℃下工作，但是在常溫下卻是固體。這很顯然不適合作飛機液壓油。最後，選用的基本液由賓夕法尼亞州立大學研製，凱利領導的“鼬鼠工廠”加進去7種新增劑，使其在高溫下仍能對壓力泵及其他附件起到潤滑作用。甚至，為了在飛機上漆上美國空軍的標誌，他們都不得不發明一種特種漆，並使漆完全粘附在飛機上。因為普通漆只要經過一次高溫飛行，紅的就會變為棕色，而白色就帶上了斑點。而所有這些，只不過是凱利解決眾多問題的一小部分。

▲蘇聯米格25能否擊落SR-71成了永久之謎

當凱利領導的“鼬鼠工廠”逐漸把問題一個一個地解決之後，SR-71的原型機逐漸走向成功。在日後的偵察飛行中SR-71依靠其史無前例的高度和速度，躲過了幾十枚射向它的導彈，直到退役也沒有被擊落。

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