6-ojo dešimtmečio viduryje CŽV ir JAV oro pajėgos gavo naujausius žvalgybinius lėktuvus A-12 ir SR-71. Šios mašinos, vieningos pagal pagrindinę agregatų dalį, išsiskyrė itin aukštomis skrydžio ir techninėmis charakteristikomis, kurios leido efektyviai išspręsti pagrindines užduotis. Tačiau pasiekti maksimalų greitį esant M = 3, 3 lygiui ir skrydžio aukštį daugiau nei 25 km pasirodė esanti itin sunki užduotis, kuriai reikėjo iš esmės naujų dizaino sprendimų ir technologijų.
Problemų ratas
A-12 ir SR-71 projektų kūrimas buvo vykdomas „Lockheed“padalinyje neoficialiu pavadinimu „Skunk Works“. Naujų orlaivių kūrimas prasidėjo tyrimais ir plėtra bei optimalių techninių sprendimų paieška. Šiame etape buvo nustatyta, su kokiomis problemomis susiduria „trijų skrydžių“lėktuvas. Tada prasidėjo tinkamų technologijų paieška.
Aerodinamika tapo vienu iš pagrindinių rūpesčių. Skraidymas maždaug greičiu. M = 3 turi savo ypatybes, į kurias reikia atsižvelgti formuojant orlaivio išvaizdą. Tačiau pasiekti tokį greitį taip pat buvo sunku. Tam reikėjo specialių variklių, galinčių vienodai efektyviai veikti visais greičio režimais.
Esant reikiamam skrydžio greičiui, šiluminių apkrovų problema turėjo visiškai pasireikšti. Reikėjo apsaugoti sklandytuvą nuo perkaitimo, deformacijos ir galimo sunaikinimo. Atsižvelgiant į visa tai, orlaivis turėjo būti išskirtas dėl didelio stiprumo, nes esant greičiui net ir paprasčiausi manevrai buvo susiję su perkrovomis.
Atskiras reikalavimas buvo susijęs su orlaivio matomumu priešui. Iki to laiko pirmaujančios šalys sugebėjo sukurti išvystytą oro erdvės valdymo radarų tinklą, todėl radaro parašo mažinimo klausimas buvo skubus. Į šią problemą reikėjo atsižvelgti kuriant lėktuvo korpusą.
Rasti numatytų problemų sprendimus pasirodė sunku ir lėta. Darbas su CŽV lėktuvu A-12 prasidėjo 1957 m. Ir tęsėsi keletą metų. Per tą laiką bendrosios koncepcijos ir požiūris į dizainą keitėsi kelis kartus. Pirmasis lėktuvo prototipo skrydis buvo baigtas tik 1962 m. Karinių oro pajėgų žvalgybinis lėktuvas SR-71 buvo sukurtas remiantis jau baigta transporto priemone, kuri leido žymiai pagreitinti darbą.
Specialus sklandytuvas
Pagrindinės laukiamų problemų dalies sprendimas buvo tiesiogiai susijęs su orlaivio korpuso ir bendrųjų orlaivių sistemų projektavimu. Po ilgų paieškų pavyko rasti optimalią aerodinaminės išvaizdos versiją. „Uodegos“schema buvo laikoma geriausia, kai buvo išvystytos įplaukos į lanką ir centrinę kėbulo dalį bei pora killių. Taikyta schema leido pasiekti aukštą pakėlimą ir pagerinti srautą visais greičiais. Be to, smarkiai sumažėjo lanko lenkimo momentas.
Specialūs lėktuvo korpuso kontūrai leido iš dalies išsklaidyti radaro signalus. Kai kuriose orlaivio korpuso dalyse, kur tai leido dizainas, buvo dalių, pagamintų iš radiją sugeriančių medžiagų. Tačiau matomumo mažinimas nebuvo pagrindinė projekto užduotis, o buvo ir kitų veiksnių, kurie iš dalies neutralizavo visus šios srities dizaino pasiekimus.
Šiluminės apsaugos, svorio ir stiprumo klausimai buvo išspręsti naudojant titaną ir jo lydinius. Sklandytuvą sudarė 85% jų. Kitos dalys buvo pagamintos iš karščiui atsparaus plieno, keramikos ir kt. Kabinos baldakimo stiklas buvo pagamintas iš kvarcinio stiklo. Dėl mechaninio ir šiluminio stiprumo jis buvo prijungtas prie orlaivio korpuso naudojant ultragarsinį suvirinimą.
Remiantis skaičiavimais, skrydžio metu vidutinė odos temperatūra turėjo pasiekti 260 ° C, maksimali priekiniuose kraštuose - iki 400 ° C. Šiuo atžvilgiu orlaivio korpuse buvo daug vamzdynų, skirtų degalams cirkuliuoti, pašalinti šilumos perteklių ir iš anksto pašildyti degalus.
Titano konstrukcija išlaikė savo stiprumą kaitinant, tačiau pakeitė matmenis. Važiuojant kreiseriniu greičiu, A-12 ir SR-71 pailgėjo keliais coliais. Į šią problemą buvo atsižvelgta projektuojant ir numatytos specialios spragos odoje, vidinėse struktūrose ir net kuro sistemoje. Dėl to degalai tiesiogine prasme išsiskyrė iš lėktuvo ant žemės, tačiau po pagreičio nutekėjimas sustojo. Taip pat dalis apmušalų buvo pagaminta iš gofruotų lakštų.
Rekordinis variklis
Lėktuvuose A-12 ir SR-71 buvo naudojami unikalūs JT11D / J58 šeimos hibridiniai varikliai iš „Pratt & Whitney“. Jų konstrukcija sujungė turboreaktyvinius ir raketinius variklius su galimybe veikti kartu arba pakaitomis. Maksimali trauka, priklausomai nuo modifikacijos, 20-25 tūkst. papildomas degiklis - 32,5 tūkst.
„J58“variklio šerdis buvo turboreaktyvinis agregatas, sumontuotas ramjetinio bloko viduje su ventiliatoriumi. Oro įleidimo angoje buvo sumontuotas kilnojamasis centrinis korpusas, taip pat buvo liukų ir atvartų rinkinys, skirtas valdyti įeinantį srautą. Oro įleidimo angos buvo valdomos pagal skrydžio režimus naudojant atskirą kompiuterį.
Esant žemesniam ir viršgarsiniam greičiui, oro įsiurbimo kūgiai buvo priekinėje padėtyje ir optimizavo srautą variklio įleidimo angoje. Padidėjus aukščiui ir greičiui, jie buvo perkelti atgal. Važiuojant didesniu nei M = 3 greičiu, oro srautas buvo padalytas tarp ramjet ir turboreaktyvinių variklių, kurie sukūrė 80 ir 20 proc. traukos, atitinkamai.
J58 variklyje buvo naudojamas JP-7 specialus reaktyvinis kuras, kurio pagrindą sudaro žibalas. Įprastomis sąlygomis jis išsiskyrė padidėjusiu klampumu, tačiau kaitinant jis nesiskyrė nuo standartinių kompozicijų. Kuras taip pat buvo naudojamas kaip odos aušinimo sistemų dalis, kabina, prietaisų skyriai ir kt. Jis buvo naudojamas kaip darbinis skystis purkštukų valdymo hidraulikoje. Įkaitęs skystis iškart pateko į variklį ir sudegė.
Variklis buvo įjungtas įpurškiant vadinamąjį. Pradinis kuras yra skystas trietilboranas (TEB), kuris liepsnodamas liečiasi su oru. Kiekvienas J58 turėjo savo TEB baką, skirtą 16 variklio / papildomo degiklio užvedimų. Varikliai naudojo specialų silikoninį tepalą, optimizuotą aukštai temperatūrai. Esant žemesnei nei nulio Celsijaus temperatūrai, ši kompozicija sukietėjo, todėl buvo sunku valdyti įrangą.
Didelė kaina
Skunk Works padalinys ir susijusios įmonės sėkmingai išsprendė visas pavestas užduotis ir sukūrė orlaivius, pasižyminčius unikaliomis aukšto skrydžio charakteristikomis. Tačiau tai užtruko kelerius metus ir dideles finansines išlaidas, o pagaminti orlaiviai išsiskyrė didelėmis gamybos sąnaudomis ir sudėtingu veikimu.
Projekto kūrimas ir visų reikalingų technologijų paieška truko kelerius metus. Gamybos pradžia taip pat buvo susijusi su tam tikromis problemomis. Pavyzdžiui, „Skunk Works“vadovas Benas Richis atsiminimuose mini titano gavimo sunkumus. Jungtinės Valstijos neturėjo tokių žaliavų, todėl turėjo surengti visą operaciją, kad jos įsigytų iš SSRS per apvalkalo įmones.
CŽV labui buvo pagaminta 15 pagrindinių modifikacijų orlaivių. Oro pajėgos gavo 32 vienetus. Sutartyje su oro pajėgomis buvo numatyta vieno SR-71 kaina 34 milijonų dolerių (daugiau nei 270 milijonų dabartinėmis kainomis), o gamybos programa savo laiku pasirodė rekordiškai brangi.
Operacija taip pat pasirodė sunki ir brangi. Pasiruošimas skrydžiui truko kelias dienas. Po kiekvieno skrydžio lėktuvui reikėjo 650 skirtingų patikrinimų ir procedūrų, kurios truko kelias valandas. Po 25, 100 ir 200 valandų skrydžio reikėjo atlikti išsamų patikrinimą su daliniu išmontavimu, kuriam buvo skirtos kelios darbo dienos. Varikliai į pertvarą buvo išsiųsti po 200 darbo valandų, o po 600 valandų - kapitaliniam remontui.
Prieš pat SR-71 eksploatavimo nutraukimą buvo atvirai pranešta, kad tokio orlaivio skrydžio valanda kainuoja apytiksliai. 85 tūkstančių dolerių. Vienos mašinos eksploatacija kasmet kainuoja mažiausiai 300-400 mln.
Nepaisant to, CŽV ir oro pajėgos gavo specialų įrankį, pasižymintį aukščiausiu našumu. A-12 ir SR-71 galėjo veikti mažiausiai 25–26 km aukštyje ir išvystyti greitį iki M = 3, 3, o tai daugelį metų išgelbėjo juos nuo galimo priešo oro gynybos. Operacijos metu CŽV neteko 6 savo A-12, oro pajėgos-12 SR-71 vienetų. Tuo pačiu metu nebuvo jokių kovinių nuostolių.
Technologinis proveržis
Lėktuvo A-12 eksploatavimas truko tik kelerius metus-iki 1968 m. Oro pajėgos naudojo savo SR-71 iki 1998 m., O NASA nurašė įrangą po metų. Dviejų modelių ir kelių modifikacijų orlaiviai, turintys specialų dizainą, pagrįstą pažangiomis technologijomis, gali parodyti išskirtines taktines ir technines charakteristikas. Tačiau dėl tos pačios priežasties jie buvo nepaprastai brangūs ir sudėtingi. Kai jų buvo atsisakyta, atsirado patogesnės ir efektyvesnės žvalgybos priemonės.
Tiesioginis A-12 / SR-71 pakaitalas taip ir nepasirodė-žvalgybinių orlaivių nišą ilgai ir tvirtai užėmė erdvėlaiviai. Todėl Jungtinėse Valstijose dar nepasirodė nauji panašių charakteristikų aviacijos technologijų modeliai. Tačiau „Skunk Works“greitaeigių orlaivių projektai sukūrė rimtą mokslinį, techninį ir technologinį pagrindą tolesnei karinės ir civilinės aviacijos plėtrai. Kai kurie anksčiau pasiūlyti sprendimai vis dar aktyviai naudojami.
