• 12月25日 星期三

命运多舛的超音速姊妹花,图-144与协和

自民航业诞生以来,虽然已大大缩短了人们的出行时间。但总有那么些行色匆匆的旅人希望能更快的抵达目的地,于是,超音速客机应运而生。

世界上的超音速军机很多,而超音速民航机,却只有两种,那就是前苏联的图-144和英法合作的“协和”。

“协和”式,像白天鹅,高贵美丽,光彩照人,而它却不是一架成功的商业飞机。

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“协和”超音速客机

图-144,颜值也不低,比“协和”更早起飞,也更大更重,是大姐姐,但命运也更黯然。

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图-144超音速客机

下图,德国的辛斯海姆汽车与技术博物馆(Auto&Technik Museum Sinsheim),是这对冤家姊妹最后“团聚”的地方。

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图-144和“协和”

上世纪六十年代,是东西方较量渐入高潮,风云激荡的年代。双方除了军备竞赛,也在其他领域展开竞争。在代表工业和科技顶尖水平的航空航天领域,苏联还曾一度领先。比如第一位太空人,第一位女太空人,第一次太空行走等。这些成就增进了国民自豪感,凝聚力,也提升了苏联的国际影响力,彰显了国家优势。

早在五十年代初,美国和欧洲就开始了超音速运输机(SST/Supersonic Transport Program)的前期研究。在一轮轮的技术可行性,经济性,环保,市场前景等问题的探讨,质疑和论证中,十年过去了。1962年11月,英法两国达成政府间的协议,共同开发SST,以求取得先机,占领预期中将来超音速客运的庞大市场,法国总统戴高乐亲自命名该项目为“协和”(Concorde)。西方这些动静,苏联人当然看在眼里。未来的超音速客运市场有多大,苏联人可能不关心,但超音速客机这个科技前沿玩意,要是先行拿下,那不仅自己很露脸,还能啪啪的打西方的脸----看我后发先至,红色苏联的神奇!

虽然苏联也曾就超音速运输机进行过研究,但那属于小打小闹。直到“协和”公布后,1963年7月,苏联航空工业部下达指令研制超音速客机。研制过图-128截击机,图-22轰炸机等喷气式超音速大飞机的图波列夫(Tupolev)设计局承担了该项目。

很快,设计方案拿出来了,图-144被设计成无尾双三角翼,细长机身的气动外形。为验证图-144的双三角翼,一架米格-21被改装用于测试,编号米格-21I。

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米格-21I双三角翼验证机

其他方面如机体耐高温,发动机,空调系统等的研究也紧锣密鼓的进行,并且迫不及待的在1965年的巴黎航展上就展出了模型。这期间,苏联情报部门也没闲着,搞了不少“协和”的情报回来。以致西方媒体把图-144戏称为“协和斯基”(Concordski),而北约给起的绰号是“战马”(Charger)。

苏联的设计者详细研究了“协和”的情报那是肯定的,但具体有多少技术能应用在图-144上,却很难说。毕竟从材料冶金,到电子设备,车床甚至装配工艺双方都基础不同,一下子就想抄袭,反而会弄巧成拙。

经过科研人员的努力,编号68001的图-144原型机于1968年12月31日飞上了蓝天(都等不及过年的样子...)。这比“协和”的首飞早了三个月,苏联人成功拿下世界上首架超音速客机的头衔。

下图,图-144首飞,伴飞的是那架验证它的机翼的米格-21I。

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图-144首飞,米格-21I伴飞

图-144降落,图-144原型机配有减速伞,还有弹射座椅,这是世界上唯一配备弹射座椅的客机。当然,弹射座椅只是飞行员才有,旅客就随缘吧。

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图-144降落

降落中的图-144原型机,照片里可以清楚看到原型机的主起落架位于发动机舱的外侧。图-144的机头在起降时下垂,以使飞行员获得向下视野。

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图-144

1969年6月5日,又是个人类航空史上的一个值得小小纪念的日子,这天图-144在试飞中突破了音速。这也是超音速客机的首次超音速飞行(“协和”于1969年10月1日才实现超音速飞行)。有个小插曲,1961年8月21日,美国的DC-8客机在试飞中以小角度俯冲的状态超过了音速。不知这算正式记录还是作弊。但苏联人这第一次,多少有点“不纯”了。差不多一年后的1970年5月26日,图-144又实现了音速两倍的试飞。

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图-144

图-144量产型正面照,发动机舱位于机身下方。主起落架位于发动机舱下。

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图-144

图-144的量产型还增加了可在折叠的鸭式前翼,在低速飞行时打开以配平低头力矩。

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图-144

1973年5月底,图-144赶赴巴黎布尔歇机场参加当年的巴黎航展。在这里,图-144和“协和”这两冤家姊妹聚首了。

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巴黎航展上的图-144和“协和”

1973年6月3日,航展最后一天。“协和”首先升空表演,赢得一片喝彩。接着图-144升空,据猜测飞行员为了“扳回一局”而进行了激烈操作,结果图-144在近三十万观众面前坠毁了。

下图,坠毁的图-144,编号77102,是量产的图-144S型第一架(77101为预生产型)。照片拍摄于它坠毁前一天。图-144坠毁的地点是机场附近的古桑维尔村,事故造成机组6人和地面8人遇难,另有几十人受伤。

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图-144 77102号机

关于此次事故的原因引起了争论,苏联方面认为是图-144为了规避突然出现的“幻影”战斗机才导致失控,并指责那架“幻影”是为了拍摄图-144的鸭式前翼而危险靠近。法国方面则推搪说是因为图-144机组太想秀了把自己作死的。还有一种比较玄乎的说法是英法故意设坑,在被窃取的“协和”情报中故意掺进假情报,图-144照搬了,结果在航展上进行的高强度机动中缺陷暴露,坠毁了。

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图-144残骸

目前能确定的因素有几点,读者们自行判断吧。

1,航展举办方临时更改了图-144的表演时间,并把表演时间压缩为五分钟。

2,法国开始是否认那架“幻影”存在的,后来又改口承认,但并不承认是为了拍图-144的鸭式前翼。

3,图-144机组并没收到通知那架“幻影”的存在。

4,“吓到”图-144飞行员的是一架“幻影IIIR”。

下图,被认为是“撞车”疑犯的“幻影IIIR”机头特写。“幻影IIIR”是“幻影III”的侦察型,机头雷达被照相机取代,最多可携带五架大小相机。

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幻影IIIR

虽然在巴黎航展折戟,图-144还是投入了营运。规划中的多条国内航线和国际航线都未能落实,只有莫斯科至阿拉木图航线开通了。1975年12月,图-144开始执行该航线的货物和邮件运输,载客航班则在1977年11月才开始。

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图-144

图-144的经济性无从谈起,舒适性方面图-144也很不堪,飞行时巨大的噪音导致乘客无法交流,靠吼都没用了,还得用手比划或者书写。据说去莫斯科乘搭图-144航班所需的旅费,图-144机票加起来比坐“协和”还便宜,所以吸引了不少西方游客专门前去体验。

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图-144

图-144的可靠性也是个致命缺陷,大小故障不断。1978年5月23日,一架远程型的图-144D在试飞时迫降坠毁,随后图-144的营运被暂停。虽然后来图-144的营运短暂恢复,但也为它折腾得够累了。1983年7月1日,苏联下达政府令,图-144被停产。航班也被取消,停产后的图-144只被用来进行过高空医学研究和培训宇航员。原计划苏联民航需要的75架飞机只生产了16架,包括一架原型机,十架生产型图-144S(包括一架预生产型),五架增程型图-144D。

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图-144三面图

图-144D的性能数据

长65.7米,翼展28.8米,高12.55米。空重99200公斤,最大起飞重量207000公斤。

最高速度2.15马赫,巡航速度2.0马赫。实用升限20000米。航程6500公里。

配备四台库兹涅佐夫NK-144或科勒索夫RD-36-51涡喷发动机。

机组3人,最大载客140人。

下图,图-144D巨大的科勒索夫RD-36-51涡喷发动机,一种暴力美学的既视感。

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科勒索夫RD-36-51涡喷发动机

其实在图-144的早期,苏联就向西方救助过,想改进图-144的种种缺陷,但那时这种要求是不可能实现的。直到苏联解体后,图波列夫,波音,美国宇航局等开始合作,用图-144作为未来超音速客机的技术试验平台。1996年11月至1998年2月,这架被命名为图-144LL的飞机共进行了27架次研究飞行。

下图,图-144LL(LL是飞行试验的意思),垂尾上涂绘了美俄两国国旗。

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图-144LL

图-144的故事要完结了,天空也不再见它的身影。剩余的大多去了各博物馆。但它还会经常出现在莫斯科航展(MAKS)上,在地面和观众相会。

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莫斯科航展中的图-144

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莫斯科航展中的图-144

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“协和”超音速客机

如前文所述,英法于1962年11月28日签署协议,共同开发“超音速运输机”(SST)。此前两国都进行各自的SST研究,鉴于两国方案相近,合作有利于分担费用和风险。协议中有个英国提出的条款,那就是谁TM要是半路反悔退出,将要付出巨额赔款,后来英国人自己两次想退出......

次年1月,热情高涨的戴高乐总统率先为这项目以法语命名为“协和”(Concorde),英国表示没问题。但后来法国在英国加入欧洲经济共同体的问题上否决了(英国直到73年才加入欧共体)。那问题就来了,英国表示对“协和”这名字不爽,最初的是英国提出国际合作,你法国是参加进来的,怎能以法文命名忽略英国的存在感呢?这争吵一直持续到首架“协和”飞机下线。

又到了次年,也就是1964年,英国工党获选,面对财政赤字,英国政府想撤资退出项目。戴高乐总统又出面了,当初协议中的巨额赔款条文,可是你英国佬自己写进去的哦!好吧,英国政府只好忍痛继续投钱进去烧。而其他的例如什么短距起降运输机,超音速垂直起降战斗机(P1154,而著名的“鹞”式是P1127)等项目就先缓一缓了。

具体承担“协和”研制的是法国宇航和英国飞机公司(BAC),法国组装的第一架“协和”001号机于1967年12月11日在图卢兹出厂,1969年3月2日首飞,同年10月1日在第45次试飞突破了音速。英国组装的002号机也于1969年4月9日首飞。

下图,“协和“001号机首飞。001和002两机参加了1969年6月的巴黎航展,各种试飞后,1971年9月,001开始了自己的推销之旅,002的旅程则是1972年6月开始。

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“协和”001号机首飞

一切仿佛如预期的美好,最初“协和”获得16家航空公司的74架订单(一说是18家77架)。一统超音速客运市场的日子即将到来了。“协和”也信心满满的打广告说到1980年将会有350架的出货量。

下图,新加坡航空涂装的“协和”,其实这架飞机另一面还是英航的涂装,这样秀一下无非是一种营销方式。

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新加坡航空涂装的“协和”

然而好梦很快就被打破,1973年前后,各家航空公司纷纷取消了订单,因为这年爆发了石油危机,随后股市也崩盘了。当然,这是各家航空公司取消订单的原因之一。

“协和”的经济性并不好,从机组的培训到地勤维护再到航线营运,座位成本会比普通客机高得多。预期中巨大的超音速客运市场能接受这么高的票价吗?从一开始抢吃螃蟹的热情冷却下来后,大家发现“协和”是个烫手山芋。并且1970年波音747投入了营运,宽体客机载得多,飞得远,也赚得多。

“协和”的另一缺陷是“噪音”巨大,在陆地上空超音速飞行造成的音爆和起降时比普通客机大的噪音让人“不能忍受”。特别是美国人不能忍受,自家的SST取消了,你家的却在我头顶飞来飞去,不止聒噪,而且闹心。所以美国国会一开始就以噪音扰民为由禁止“协和”在本土降落。然后双方又是一轮轮的交涉诉讼打官司,还拿出测试数据,波音707改装的空军一号起降时都比“协和”噪音大呢......最后是“协和”只能在离开陆地后才能进入超音速状态。除了噪音,高空碳排放破坏臭氧层的问题也困扰着“协和”,只是噪音问题更加突出。

既然美国以噪音为由抵制“协和”了,那么其他国家也都“跟进”。当然,这其中以抵制“协和”为条件向波音索要一点优惠的小算盘也是有的,比如印度和马来西亚。

石油危机加上“噪音危机”,“协和”要凉凉已经是板上钉钉的事了。

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“协和”超音速客机

有一种说法是图-144在巴黎航展上的坠毁导致“协和”的订单取消,其实是不对的,两个事件虽然都发生在1973年,但“协和”大多数退货是发生在年初,而年中图-144才坠毁。图-144的坠毁把后来的潜在买家吓到那应该是有的。

和图-144一样,“协和”预期的航线大多都没能实现。

1976年1月21日,“协和”客机首次投入商业飞行,英国航空公司首航从伦敦到巴林,法国航空公司首航从巴黎经达咯尔至里约热内卢。1976年5月,英航和法航同时推出跨大西洋至美国的航线。后来,“协和”的定期航班中除了伦敦-纽约,巴黎-纽约的每日往返飞行外,由于噪音及成本等原因,其它的都先后终止了。

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“协和”超音速客机

普通客机需要八小时的巴黎,伦敦至纽约航线“协和”只需三个多小时就飞完。由于“协和”的速度能赶上“晨昏线”,而巴黎,伦敦和纽约的时差是六小时,所以“协和”航班有了个噱头“还未出发就能到达”。当然,这样“逆天”的体验需要花大价钱,1997年纽约到伦敦的往返机票价格是八千美元。这相当于2017年的12万美元,也就是说如果“协和”还在飞,去年坐一趟纽约到伦敦往返的旅程,得花大概八十万人民币,坐得起“协和”的,多是各界精英及成功人士。

除了航班,“协和”还承接各种包机服务。例如1973年观测日全食,1986年观测哈雷彗星,土豪包机还有载英女王,法国总统出访等。

下图,某可乐促销活动,把一架法航的“协和”涂成了可乐罐。

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“协和”超音速客机

“协和”的生产数量也和图-144差不多,图-144当初预计要生产75架,最后只生产了16架。而“协和”当初的订单也有70多架,然后就都被取消了。只剩下英法两家各自10架。这20架飞机中,有2架是原型机,2架预生产型和16架生产型,然后生产型中又各有一架用于试验,最终是英航和法航各自7架用于营运。

“协和”最初计划成本是7000万英镑,到1979年停产,项目最终烧了13亿英镑。“协和”的营运,英法政府每年还得补贴英航和法航的亏损。这还不算,美国的航空公司还时不时的来添乱,指责英法补贴“协和”航班,造成不公平竞争。

命运多舛的超音速姊妹花,图-144与协和

英航的“协和”机群

到了后期,英航宣称“协和”已经开始盈利,似乎这“赔本赚吆喝”的苦日子终于要熬过去了......

2000年7月25日,法航4590航班一架“协和”在巴黎起飞时碾过一架美国大陆航空DC-10脱落的金属碎片造成爆胎,爆胎后轮胎的破片击穿了“协和”机翼的油箱。最终这架“协和”在拖着烈焰起飞后不久就坠毁了。还记得图-144坠毁的那村子吗?“协和”的坠毁地点距离图-144坠毁的村子也就几公里。这次事故造成9名机组人员,地面4人遇难,还有机上那100名富有的精英阶层乘客也被团灭。

下图,“协和”遭遇的事故被路人拍下。

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“协和”失事

自“协和”投入营运以来,就经常发生爆胎事故,1979年的一次爆胎也是轮胎破片击穿机翼导致漏油和管路受损,还发生过两次方向舵损坏的事故,但这些事故都没造成伤亡。因此“协和”也被认为是一架安全性很高的飞机。而世纪之交的这一次,“协和”直接“火了”。

“协和”这次事故后,立刻就被停飞。经过一些列改进,机翼油箱也加装“凯夫拉”增强防护,“协和”又起飞了。“协和”改进后第一次载客飞行是2001年9月11日,这次乘客全是英航的员工,因为不久后“协和”将恢复营运嘛,所以先把工作人员运来纽约,趁机也是一次热身或者演示吧---大家看,飞机已经没问题啦。不巧的是,这架“协和”降落不久,世贸大楼就被撞了...美国乃至全世界的民航业都陷入一次寒冬,“协和”也命不久矣。

2003年4月10日,英航法航共同宣布将终止“协和”的营运。其时,负责“协和”维护的空中客车也对“协和”撒手不管了。2003年5月30日,法航的“协和”完成最后一趟航班。英航的“协和”隆重(矫情?)点,还在北美和本土多地进行告别飞行。一直闹腾到2003年10月24日,才在“红箭”飞行表演队的陪伴下完成了最后一次飞行。

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英航“协和”和“红箭”飞行表演队

“协和”的倩影也在天空中消失了。这成全了对它渴望已久博物馆,与图-144一样,大多数健在的“协和”都进了各家馆子。

下图,安放于纽约的“无畏”号海空博物馆的“协和”。

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“无畏”号海空博物馆

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“无畏”号海空博物馆中的“协和”

“协和”机身修长,采用无尾双三角翼布局,前后三角翼之间是近似S型的流线过渡,四台发动机两两一组分布于两侧机翼下,“协和”的机头锥在起降时可以下垂5-12.5°以改善驾驶员视野。这些基本的外形特征都和图-144十分相似。但由于“协和”公布较早,所以西方一直认为图-144是抄袭“协和”。

“协和”因为机身细长和结构强度原因,在起飞时机身会扭曲变形,据说在机舱内前后两端往中间看去都能看到这情形。但由于机舱中部是厕所隔开了,所以大多乘客并不会留意到这惊悚的一幕。在高空高速飞行时,“协和”又会因为局部的过热而变长20多公分。

下图,“协和”起降时迎角很大,为了避免机尾触地,尾部装有小轮。“协和”的主起落架位于发动机舱内侧,而图-144的则是在发动机舱下。

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“协和”超音速客机

下图,飞行中的“协和”,“协和”的机翼呈流线的S形。发动机舱紧贴机翼挂于机翼中部。机头没有图-144那对鸭式前翼,而是有一对小边条。

命运多舛的超音速姊妹花,图-144与协和

“协和”超音速客机

虽然在商业上输得很惨,但在技术上“协和”却是成功的客机。从整个气动外形到全自动驾驶,重心燃油配平,机体不均匀受热,高效率的涡喷发动机等等难关都被一一攻破。

“协和”的性能参数

机长61.66米,翼展25.6米,机高12.2米。空重78700公斤,最大起飞重量187000公斤。

最大速度2.04马赫,巡航速度2.02马赫。实用升限18300米,最大航程7222公里。

机组3人,载客92-120人。

4台劳斯莱斯/斯纳克玛公司奥林匹斯593 Mk 610型涡喷发动机,加力推力4X169千牛。

下图,“协和”线形图。

命运多舛的超音速姊妹花,图-144与协和

“协和”线形图

下图,“协和”发动机尾部的反推力装置,由于“协和”起降时速度很大,除使用反推装置减速,刹车也率先在民航机中采用ABS系统。

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“协和”发动机尾部的反推力装置

美国的SST。

在“协和”项目公布后,美国也有“智囊”上书总统,说如果不率先拿下SST,将失去一个巨大市场,造成多少万人失业,多少资本外流。更恐怖的是,苏联人都行动起来了吧啦吧啦...

于是,美国政府也牵头搞起SST,各家航空公司来竞标吧。据说胜出者将获得政府70%的资金支持。主要参与竞争的是洛克希德和波音,两家都拿出了全尺寸木质模型,经过审查对比,1967年7月1日宣布波音胜出。

1971年5月,美国众议院投票终止了SST项目的资金,美国的SST宣告破产。这其中的原因除表面上的噪音环保问题,还有当初设定的指标太过浮夸了。如果项目跟“协和”差不多,那没啥意义,要造就造比“协和”更大更快的。3马赫的速度,250-300的载客量,放在今天的波音也搞不定啊。

下图,洛克希德的SST方案L-2000模型,很科幻的外形。

命运多舛的超音速姊妹花,图-144与协和

洛克希德L-2000

下图,波音的SST方案,波音2707三面图。波音对SST还挺投入的,先后搞了变后掠方案,鸭翼方案,最终决定也用双三角翼的2707-300方案。但那样的技术指标要求,如果还硬搞下去,是不是掉坑里也是难说的。

命运多舛的超音速姊妹花,图-144与协和

波音2707-300三面图

德国的辛斯海姆汽车与技术博物馆,是图-144和“协和”这对姊妹最后聚首的地方。

命运多舛的超音速姊妹花,图-144与协和

图-144和“协和”

如果说图-144是冷战时期的政治产物,那么“协和”多少也有点政治色彩。在冷战大幕下,欧洲已经不像是欧洲人的欧洲。英法的合作,除了对未来市场的预期,还有对昔日荣光和自尊的不舍。无论成功还是失败,这两架半世纪前的飞机都铸就了一座丰碑,它们跨越的技术巅峰,至今还未有人能超越。

全文完,谢谢观看。

水平有限,错漏之处请批评指正。

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