我是如何研制“黑鸟”的

万磁王

　　我们请波默罗伊公司为在我们的飞机厂及莫哈韦沙漠中的帕姆代尔机场不远处建立液氢厂作出设计。设计中的这座工厂的耗能量惊人，将用掉1972及1973两年供应洛杉矶市的天然气的10%。
　　一天，空军部部长助理道格拉斯及空军的欧文将军来到洛克希德公司，他们问：“凯利，进行得怎么样了？”
　　我说：“请来看看吧。这是内部布置图。你们可以看到，除了前上方有一个小驾驶舱之外，从头到尾全部装的是液氢。”
　　液氢不能装进形状古怪的燃料箱，不能放在带转角或者缝隙多的容器，它的容器必须是圆筒形的，并且严密绝热的。

洛克希德为CL-400制造的液氢罐

万磁王

　　活塞式或者喷气式飞机上，增加燃油就可以增加一些推力或者延长航程，但是液氢飞机可没有这种条件。比如说，“星座号”客机在它的整个发展期内起飞总重增加了一倍，大部分战斗机也可以做到这一点。但是在液氢飞机上，燃料箱的容积一经确定，就只能是这么多了。也许可以再加上外挂燃料箱，但是很困难，因为增加了阻力。
　　因而部长和将军转向普惠发动机设计的头头普拉特，说：“在发动机上也许有些进展吧，普拉特，发动机进展如何？”
　　普拉特回答说：“也许在5年内会有3～4%的进展。”
　　这不是一个乐观的预测。我们全部同意别在这上面再花钱，决定放弃这个方案。当时如果继续干下去，到了70年代出现能源危机时也会碰得头破血流。
　　煤悬浮燃料，是将精磨的煤粉以轻油为基加水混合成浆状，注入发动机作燃料。这也是一种可能的能源，但是细小的煤灰可能会损坏涡轮叶片。
　　我们也试过硼悬浮燃料，但是很难使用，常常堵塞发动机和加力燃烧室的喷嘴。
　　我们决定仍然用液态石油作为燃料。但是在这样高的高度和很大的温差下使用（高空空中加油时温度为-68°C，而超音速飞行时达到343°C），这必须是一种十分特殊的燃料。
　　我们将这个问题提给我们的老朋友杜利特（没错，就是奇袭东京的杜利特），现在是壳牌石油公司的最高领导。这家公司曾研制过我们称为LF-1A燃油，（这几个字母是“洛克希德轻油一号”的意思），供U-2飞机使用，对那种飞机确实是很好的燃料。壳牌公司协同阿什兰、孟山都及普惠公司合作，为超过马赫数3的飞机研制化学润滑剂及燃油，再次获得成功，我们称之为LF-2A，当然美国空军另有编号。

LF-2A/JP-7燃油的物理性质，沸点很高

万磁王

　　研制这种燃料花了很多功夫。它很贵，但是确是一种优良的燃油。
　　这架飞机的燃油同时用作绝热剂。燃油箱不只是装油用，还设计用来保护起落架。主起落架收起后藏在几个油箱的中间。由于燃油的冷却辐射作用，橡胶轮胎就与飞机在长时间飞行所产生的高温隔开了。反之，如果轮胎随时可能爆破，飞机则无法着陆。

这架飞机的燃油同时用作绝热剂。燃油箱不只是装油用，还设计用来保护起落架。主起落架收起后藏在几个油箱的中间

万磁王

　　在为超过马赫数3的飞机选结构材料时，铝合金自然而然地被淘汰了。空气冲压会使机体产生427°C的温度，铝合金承受不了。基本结构可能要用高强度不锈钢合金或者钛合金。而雷达罩、座舱罩和某些其他区域可能需要研制高温塑料。
　　不锈钢作为高温材料实际上比钛合金更好。洛克希德的佐治亚州工厂正在为B-70超音速轰炸机制造不锈钢零件。我去看了，发现为机身制造蜂窝壁板需要一间“净化室”，那实质上是一间大增压气囊，在入口和出口都要有压力密封，每个人都穿着白色的净化室服装。为保持净化还需要控制设备。
　　我们“臭鼬”工厂的老格言是：“简单点，傻瓜！”越是复杂，出问题的可能性越大。我认为生产不锈钢零件所需的条件对“臭鼬”工厂太复杂了。我们将使用我们已经试用了十年的材料，即新的先进钛合金用在常规结构上。
　　飞机的外形是通过许多风洞试验及其它试验确定的。其结果是，从前方看起来很象一条吞吃了3只老鼠的蛇。这是有道理的。我们在机身两侧加了边条，起增加升力和其他作用。有几架没有加，但大部分飞机都加了。

飞机的外形是通过许多风洞试验及其它试验确定的。其结果是，从前方看起来很象一条吞吃了3只老鼠的蛇。这是有道理的。我们在机身两侧加了边条，起增加升力和其他作用

万磁王

　　在大量生产之前，我们认为先对几个最复杂的部件，如机头及机翼基本结构，造出试验性样品会是有益的。
　　造出的第一副机翼是个大失败。当我们把它放进“热箱”去模拟飞行中的高温时，它象一块旧抹布一样绉起来。解决的办法是将蒙皮壁板从每一方面都与翼樑分开，并在机翼蒙皮上加上波纹槽和凹纹。采取这种措施后，钛合金受热时只不过使波纹槽加深而已。有人骂我是在造一辆马赫数3的福特三发动机飞机，因为那种飞机全部用波纹铝造成，但是，这是有效地解决一个真正困难的问题的办法。

解决的办法是将蒙皮壁板从每一方面都与翼樑分开，并在机翼蒙皮上加上波纹槽和凹纹。采取这种措施后，钛合金受热时只不过使波纹槽加深而已

万磁王

　　飞机机头的问题有所不同。我们把它放进热箱去研究对驾驶员及机轮的冷却要求。我们生产了6000个零件，但好的不足10%。材料太脆了，如果掉到地板上就会摔碎。
　　显然，我们有些地方做错了。我们问钛金属公司我们的工艺过程怎么会发生氢脆，他们不知道。因此我们抛弃了我们自己的整个钛合金工艺体系，换用钛金属公司在其工厂生产钣料及锻件的方法。
　　对机头的热处理，我们最初用过几种不同的方法作过试验。经过一个时期的徘徊之后，我们实行了一种我认为任何地方都不可比的严格的质量控制程序，每制出10个零件取3件作为样件，经过热处理并作试验，然后该批的其他零件才可以入库以备将来使用。其中一个样件装在拉力机上试验材料的强度，第二个切一个切口（约6.35毫米长），在切口处绕一个非常小的半径弯曲，半径小到仅为厚度的32倍，观察是否会断裂。第三个则供需要作再次热处理时用。我们不希望无谓地抛掉整批的零件，这东西实在贵得要命！
　　我们有时追到滚轧厂去了解钣材滚轧的方向，来查清这个零件是顺纹还是逆纹截取的。对供做起落架用的巨大厚重的挤压毛坯，我们先切下12个样品，每个样品都必须通过试验才进行机械加工切出起落架。不合格，我们就不用那块毛坯。这种飞机的起落架后来在服役中从来没有坏过，只有一次粗猛着陆的情况除外。
　　有好几次我只觉得我们整天在取样，除此之外什么事也没有干。但是我们做了这么多取样试验还是值得的。到80年代初期，我们已经为“臭鼬”工厂的所有飞机，以及洛克希德公司的L-1011民用客机，还有军用货机生产了1300万多个钛合金零件。
　　钛合金是一种非常坚硬的材料，用它制成的零件不能象其他材料一样在装配时修整就位，因此必须加工到更严格的容差范围。加工时必须使其成形精确，而精加工是很昂贵的。因而在长期生产中节约了切削料，钛合金在生产中几乎没有报废零件。
　　因此，我们必须制造出一台能在816°C以上高温下使钛合金成型的具有非常高压力的大型锻压机。
　　坚硬的钛合金是一种很敏感的材料，很容易被腐蚀。我们很早就懂得了：如果一个技工要在发动机附近工作的话，则必须从他的工具箱中取出所有的镀镉工具。因为镉会剥落下来腐蚀钛螺栓。发动机开车后温度达到316°C以上，经过一、两次开车，螺栓头就会掉下来。必须使镉远离钛。
　　我们发现，如果机翼壁扳是在夏天制造的，那么上面的点焊在试验中很快会脱开，而如果是在冬天造的，则可无限期承受载荷。我们分析了整个工艺过程之后，发现伯班克城的供水系统在夏天加了氯来减少藻类生物。我们用纯水洗涤焊接处消除了这个问题。
　　钛合金零件加工需要特种工具。我们首次在经过热处理的B-120钛制件上钻孔时，一个钻头钻17个左右的铆钉孔后就报废了。最后我们找到西德生产的一种钻头，很合用。今天我们可以用一个钻头钻150个孔，重新磨过之后又可以再钻150个。

组装中的SR-71

万磁王

　　关于如何来处理机械加工后的零件，我们需要训练几千名人员。不仅有我们自己的人，还有美国空军的机械员，以及300多个分承包商和供应商的雇员。而要改变一个上了年纪的机械人员的工作方式是非常困难的，他总喜欢自己去发现应该如何行事。因此我们把他们放在“臭鼬”工厂的试验车间，在工程师们的指导下与他们一起来获取必要的数据。尽可能使雇员参与整个计划来提高他们的兴趣，激励他们作出最好的表现，这个办法总很奏效。
　　我们制造第一架“牛车”时的一个教训，就是不要相信色标。我过去坚持在所有的导线、管道及所有其它有连接的东西上使用色标，使液压系统以及所有系统不会接错。但是有这么许多人在一起工作，我们发现有10%的人是色盲。有一个零件硬弯过四英寸来接在错误的接头上。后来我们仍旧使用色标，但是同时将接头设计成不同的形状，得使不对的接头就接不上。这样一来患色盲的人也不会弄错。
　　材料和工艺只是一个方面，还有各种系统的问题，如液压、电气等系统。
　　自从伯彻姆因飞机事故丧生以后，我们在F-80上安装了辅助燃油泵。从那时以来，系统的冗余始终是我对设计提出的一个要求。“星座”号的整个助力操纵系统都有冗余度。洛克希德公司出的L-1011客机有三重和四重系统。“黑鸟”有三重冗余。这是驾驶员特别欢迎的一种安全措施。至于成本，如果在最初设计时就已经考虑了的话，那么也只占总成本的百分之零点几。如果计及这种措施所保障的人的生命价值和挽救整架一飞机的价值，那么由此增加成本的比例还要低。
　　液压油的问题也很突出。首先，我们向所有的供应商作了调查，看是否有人能提供在316°C以上工作的高温油。有一个供应商书面回答，说有一种能在516°C下工作的液体。我要求立即提供样品，收到的却是一个帆布袋。我当时想，液压油用这种方法运送未免有些滑稽。打开包一看，找到的竟是一种白色的晶体。
　　不错，这种东西确实可以在516°C下工作，但是在常温下却是固态。如果采用它的话，那么必须用吹管去融化液压系统的介质后整个系统才能开始工作，用在飞机上显然不合适。因此，液压油也变成一个研制项目。最后选用的基本液是由宾夕法尼亚州立大学研制的，但是我们加进去7种添加剂，使其在高温下仍能对泵及其他附件起润滑作用。
　　还有一些其他的小项目，但都很重要。
　　皮垫圈或O型橡胶圈不能在高温下使用。用钢代替可以解决这种问题，不论在高温和低温下都没有问题。燃油的密封剂也需要研制。这种飞机的油箱并不完全密封，有时燃油会漏在机库地面上。但是由于所使用的燃油的燃点很高，因此比一般燃油要安全得多。

漏油是常态

万磁王

　　单是电气系统的问题也会威胁工程的成功。“牛车”的每次飞行总要发生电气系统的故障，因为电气系统控制着自动驾驶仪、飞行控制设备、导航系统等，连液压系统内都有一个电动转换器。
　　有一段时间，因为量不出滑油压力。我们的飞行有17%不得不提前返航。这样昂贵的发动机，我们不能冒让它们烧坏的危险。最后，我们只好为滑油温度计装上冷却系统。
　　特别关键的是为正确调节进气锥位置用的测量空气流量的电传感器，成为我们最难攻克的一个问题。我们怎么也不能使这个电气系统在高空、高温、很严重的振动条件下可靠地工作。
　　为了解决这个问题，我本人在试验基地花了六个星期，整个工程都搁浅了。
　　最后，我们不得不为这个电气系统“发明”特殊的导线。我们使用了高温芳纶导线，在特别热的部位还缠上石棉。
　　此外，还设计了特种塑料，不仅能承受高温，并且雷达反射率低。
　　“黑鸟”得名于其涂层深蓝黑的表面漆。这种颜色是作过幅射试验后确定的，即试验飞行中发热的飞机所幅射的热。幅射能力的差别可以使飞机的温度差为10°C～27°C，因此非常重要。在高空高速飞行中，随着飞机温度的增加，黑鸟变成蓝色的。

“黑鸟”的黑色涂料能在高速飞行中更好地向外辐射热量

　　为了在飞机上漆上美国空军的标志，我们不得不发明一种特种漆。只要经过一次高温飞行，红的就变为棕色，而白色就带上了斑点。使漆完全粘附在飞机上也是一个问题。我们在飞机上涂有高温塑料的20%的表面上做了许多小的痘痕。因为我们发现如有燃油漏出，遇有288～316°C的高温，在塑料表面上会发生微小的爆裂。这种漆必须防油又防雨。
　　飞机上装的各种有效载荷，如照相机、非常复杂的电子设备、导航系统、惯性系统等，都是大量研制工作的结果。
　　惯性导航系统非常好，你可以起飞，输进16个中途检查点，然后用自动驾驶仪在指定的速度、高度和方向上飞行。当驾驶员说：“喂，回去吧！”系统就会把他飞回来。

万磁王

　　黑鸟的动力装置是普惠公司的一种绝妙的研制成果，这种发动机世界上只此一家。
　　这是由一台美国海军的发动机开始的，使用这台发动机的飞机后来并没有制造。当我们看到这台发动机有如此之大时，我们希望它能适应高马赫数的工作条件。普惠公司就在这台发动机上加进一种称为“换挡系统”的装置。当速度达到每小时几千公里时，发动机换挡进入另一种热循环，作为常规喷气式使用的高压压气机旁路，成为一种冲压式发动机。这时由于没有任何机件阻挡气流，飞机飞得越快，发动机就推得越猛。

低速状态

0.8M，辅助进气门关闭

1.1M，破障

1.6M，尾喷管进气门关闭

2.3M，进气锥后移，尾喷管全开

3.2M，进气锥完全后移，发动机以冲压模式工作，进气经过旁路管道绕开压气机直接进入燃烧室

万磁王

　　但是最困难的是在超音速飞行中使气流恰当地流过发动机的进气口和喷口。请设想一下，空气冲击到进气锥的尖端时遇到的温度超过427°C，然后膨胀，在进气道内进行五十比一的压缩，这该有多么复杂。而所有这一切还必须在气流不得与进气道内壁分离的要求下进行。
　　为了使发动机能在所有的飞行情况下都工作，进气口的研制花去了好几年时间。早期常因气流分离而熄火，发动机在不到一秒钟的时间内，猛地从发出7260公斤到9070公斤的推力变为产生7260公斤阻力。驾驶员撞向一边，甚至分不清是哪一台发动机熄了火。
　　我们在方向舵系统上装了一个自动控制装置来解决这个伺题，使驾驶员在0.15秒内能够感到有一台发动机熄了火，而且知道是哪一台，并靠液压助力系统蹬出九度方向舵，使飞机继续平飞。
　　现在我们已经有了一个自动启动装置。这个装置工作非常好，SR-71在东南亚时，驾驶员执行很艰难的任务中一次也没有发生过发动机熄火。这反而引起我的担心，特地在飞行训练中重新排入熄火处理的练习。
　　发动机尽管效率很高，我向普惠公司的朋友开玩笑说，发动机只提供了飞行所需的推力的17%，而我们自己的进气道和喷管提供了余下的部分。当然，这17%是基本的，没有它也就不会有其余部分。

“黑鸟”之心，J58变循环发动机