SR-71“黑鸟”的冷战轶事

万磁王

黑鸟之心的秘密
　　众所周知，SR-71“黑鸟”战略侦察机安装了两台奇特的普惠J58发动机，这种14500千克加力推力的涡喷发动机是航空史上第一种实用化的变循环发动机，在上世纪50年代创造了一个航空发动机奇迹。
　　洛克希德“臭鼬工厂”研制的SR-71“黑鸟”直到2019年仍保持着吸气式飞行器的最快速度纪录，这个纪录还是1976年创立的。不过很少有人知道，光凭J58的独特变循环设计，“黑鸟”还是飞不到三倍音速的，该机的发动机短舱在3.2马赫巡航中贡献了大部分推力。
　　普惠J58发动机在亚音速和跨音速下是一台标准的加力涡喷发动机，当速度达到2马赫左右时，J58就变成了一台冲压发动机。J58大量使用耐高温镍基超级合金制造，其中包括Inconel和Waspaloy合金，进气口可承受430°C温度，加力燃烧室则要承受1760°C的高温。

J58涡喷发动机

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　　J58具有九级压气机，压缩比8.8：1。当速度达到约2马赫时，六根旁通导管就将大部分进气从第四级压气机直接引至加力燃烧室，使发动机像冲压发动机一样工作，以更高效率运行。但即使此时J58的工作效率有所提高，“黑鸟”在3.2马赫的巡航速度下，发动机也只能提供20％的推力。其余80％则由发动机舱产生。
　　SR-71的发动机舱系统具有可变几何形状进气口，可前后调整的激波锥用于控制超音速气流的激波位置，对超音速进气进行减速压缩，防止发动机压气机直接吸入超音速气流。亚音速时激波锥完全向前，到高度高于9100米且速度达到1.6马赫时开始向后移动，确保进气激波始终处于进气喉道内的最佳位置。此后飞机速度每提高0.1马赫，激波锥就向后移动4.1275厘米，总行程为66.04厘米。

激波锥随马赫数的变化

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　　发动机舱的另一个重要部分是旁路门。前部旁路门位于激波锥后方的进气道顶部和底部，其功能是排出一些进气来降低进气道内多余压力。前部旁路门由进气计算机（AIC）控制，从1.4马赫开始根据进气道压力比（DPR，也就是发动机外部气压和进气道内部静压力之比）开启，防止在压气机前端积聚过多压力。
　　但是从前部旁路门流出的低速进气会产生很大的阻力，因此要尽可能保持关闭状态。该旁路门的开启也与激波锥有关，因为加速中激波锥向后移动时进，气压力会增加，前部旁路门需要开启使压力保持在受控状态。第二套旁路门是后部旁路门，由飞行员手动控制以降低加速时的阻力，如果该旁路门被打开，则前部旁路门需要关闭，反之亦然。

J58低速下的涡喷模式

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　　发动机舱上的另一组开口是进气道的一组外部格栅，这些格栅允许额外空气以低速进入进气道，在高速下则被用来将进气锥附面层湍流排到外部。最后一点，进气口罩上的一组开口可将部分亚音速进气通过减震器流入发动机舱，辅助冷却发动机却。

高速下的冲压模式

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　　SR-71发动机舱采用了引射尾喷管设计，尾喷管上有一圈环形开口，通过主喷流引射作用在主喷管与外套管之间形成二次流，使排气流得以继续膨胀为超音速气流来增加推力。
　　正是通过如此复杂的设计，SR-71的发动机舱才与J58变循环发动机真正融为一体，成为“黑鸟”三倍音速巡航的最大的秘密。

发动机短舱复杂的设计