飞行员报告：试飞SR-71

万磁王

　　此时飞机重量超过45吨，其中约23吨是燃油。两台J58发动机共产生约31吨推力，使飞机迅速加速。托马斯在180节（330公里/时）抬前轮至15度迎角，SR-71在约210节（390公里/时）时升空。整个起飞滑跑大约花了20秒，滑跑距离约1300米。

SR-71开着加力升空

万磁王

起落架限制
　　SR-71的起落架放下最大限制速度是300节（550公里/时），飞机升空后很快就能达到这个速度。但起落架收起赶过程相当缓慢，有时飞行员不得不降低推力以保持空速低于300节，直到所有起落架都完全收回。
　　前一天，我在模拟器上已经体验到这一点，现在托马斯在起飞中也面临着同样的问题。他在空速快达到300节时降低了推力，直到仪表显示起落架完全收好为止。

SR-71收起落架过程较慢，需要小心控制速度

　　尽管这次飞行不进行空中加油，但我们在7600米仍让改平就好像打算加油一样。SR-71以400节（740公里/时）的当量空速（当量空速是在校正空速数据经过具体高度的绝热压缩流修正后的空速表读数，其英文缩写形式为EAS）爬升到7600米非常迅速，爬升率约3000米/分。我们在这个高度改平，维持住400节的速度。
　　在我们等待继续爬升的许可时，托马斯演示了在增稳系统开启和关闭情况下的脉冲操纵。增稳系统开启时，飞机在俯仰、滚转和偏航方向的振荡几乎立即得到阻尼，也没有表现出偏离正常姿态的不利趋势。增稳系统关闭时，脉冲操纵引起的振荡至少要持续五六个周期。

万磁王

故障模拟
　　我曾在模拟器中体验了一次在24000米3马赫进行仪表飞行时增稳系统失效的情况。在这种情况下，我试图控制住机鼻的操纵引发了飞行员诱发振荡，最终使机鼻上仰90度，彻底失去控制。
　　由于SR-71在高速时俯仰稳定裕度下降，所以前座舱有个俯仰边界表，表的左边有一排指示数字，很像其他飞机上用于显示表着陆系统下滑道原始数据的偏差指示仪。俯仰边界表同时受迎角和俯仰速率的输入控制，增稳系统出故障时，俯仰边界表和指引地平仪上的俯仰操纵指针就成为飞行员的主要俯仰参考了。俯仰控制系统与一套振杆器和推杆器联动以提供操纵手感。

俯仰边界表就是迎角表，下方是指引地平仪

　　SR-71在滚转和偏航轴还有操纵翼面限制器以防杆量过大，滚转限制由操纵杆本身产生，偏航限制则通过舵机实施。操纵翼面限制器需要飞行员手动开启，在飞机加速到0.5马赫后就被激活。

万磁王

稳定系统
　　因为在俯仰和偏航轴上的不稳定性，SR-71配备了一套复杂的三轴八通道增稳系统来自动补偿飞机的许多天然不稳定特性。
　　但即便增稳系统打开时，SR-71的坡度限制也很保守，打开自动驾驶仪能稍微增加坡度限制。SR-71飞行员在头60小时的飞行中，是被限制在较小坡度内飞行的。
　　在7600米高度飞了几分钟后，我们获得了继续爬升并加速到3马赫的许可。托马斯再次把油门推进加力范围，由于左右加力燃烧室没有同步点燃，我再次感觉到突然轻微偏右动作。托马斯把机鼻拉至10度上仰，速度保持在0.9马赫一直到爬升到9100米，然后调整姿态缓慢加速到0.95马赫并爬升到10000米。此时我们的爬升率超过1800米/分。
　　由于在跨音速过程中阻力和燃料消耗都是最大的，所以SR-71要做一个“波动”机动以尽可能快地突破音障。在快要爬升到10000米时，托马斯略微推杆，以760米的稳定下降率突破1马赫并加速到450节当量空速（830公里/时）。然后他拉起机鼻继续边爬升边加速，马赫数在缓慢增加。
　　突破音障时我没有感觉到飞机出现异常反应。
　　托马斯此时忙着监视控制飞机重心所需的各种燃油、发动机和进气系统的运转状况，并确保发动机正以最大效率运转，推进系统在不断增加推力。
　　由于在超音速时飞机升力中心会后移产生低头力矩，所以燃油系统会自动把燃油输送到位于重心之后的油箱里以平衡力矩。如果无法完全控制重心的话，SR-71就不能以最大巡航速度飞行，所以飞机上还有两个手动备份燃油调配系统以防自动控制系统出问题。托马斯说：“在很多情况下，我都会用到手动。”
　　SR-71采用了混合压缩轴对称进气口系统和自由浮动的喷管系统，可控制发动机的进出气流流量。在高速巡航时该系统能以类似冲压发动机的模式工作，进气口和尾喷管产生了大部分的推力。

SR-71的翼身油箱布置

　　在1.4马赫，发动机舱前部环绕的旁通门开始自动调节通向发动机压缩机的空气流量。前后旁通门都在压缩机前方，在需要时前旁通门会先把部分进气排出机外，后旁通门则继续把过量进气导入发动机舱并通过尾喷管释放，在那里产生更大的推力。

进气口前后旁通门示意图

　　在1.7马赫，托马斯把后旁通门固定在“A”位置，也就是稍微打开状态。此时激波锥向后缩以控制进气口内压缩机前的激波形态。SR-71达到最大巡航速度时，激波锥也缩到了最后位置。

万磁王

激波
　　在这个过程中，激波锥和后旁通门会把激波保留在进气口内的压缩机前方位置，使空气减速到亚音速再进入压缩机。

进气道内的激波能使空气减速到亚音速再进入压缩机

万磁王

　　在2-2.1马赫，发动机可调进气导向叶片从轴向变为弧面位置以保持对压缩机正面的恒定压力。此时飞行员必须打开一个锁定开关以防叶片回到轴向位置。如果导向叶片不偏转的话，SR-71的极速就被限制在约2马赫。
　　在2.6马赫450节（830公里/时）当量空速时如果开启自动驾驶仪，系统就会根据一个空速加速时间表，每增加0.01马赫就把当量空速降低1节。
　　到2.7马赫时，后旁通门被几乎完全关闭，以满足发动机在这个速度下对冲压空气的需求。
　　所有这些步骤都在飞行员监视自动进行或由飞行员手动完成。鉴于此时SR-71的加速速率，飞行员在加速到3马赫巡航速度和爬升到巡航高度时会忙得不亦乐乎。在我们以2.99马赫爬升到21000米以上时，SR-71的爬升率仍高于300米/分。
　　根据洛克希德加州公司先进研究项目部（臭鼬工厂）副总裁本·里奇的说法，进气和排气系统都工作正常时能产生SR-71巡航所需推力的90%。里奇是SR-71复杂推进系统的设计者之一。

SR-71发动机系统的全部工作模式

万磁王

高空性能
　　里奇说：“在高空，发动机就变成了增压冲压发动机。在3马赫巡航速度中，作为发动机前端增压器的进气口产生了60%的推力，此时发动机只是根简单的空气导管。”
　　里奇对于尾喷管是这样说的：“由于空气从涡喷发动机喷出的速度和进入的速度一样，所以我们为收敛/扩散喷管设计了引射器，尽可能在接近巡航马赫数的情况下对空气再加速。飞机能从引射器获得30％的巡航推力，这意味着发动机只能产生10%的巡航推力。”
　　正因为如此，进气或排气系统出现故障或失灵就相当于SR-71失去了一台发动机。例如仅仅是一侧进气口不起动故障就能使激波变得不稳定并从进气口脱出，后果就相当于单发失效。

SR-71进气口不起动故障时的激波形态与正常状态时的对比

万磁王

阻力增加
　　当一侧进气口故障导致推力损失时，这一侧发动机舱的阻力立即急剧增加，导致飞机猛烈偏航。我曾在SR-71模拟器上体验了一次不起动故障，但模拟器并不能完全表现出突如其来的偏航。而在真实环境中，偏航造成的过载严重到足以使乘员头盔狠狠撞向座舱盖的地步。
　　尽管增稳系统和自动驾驶仪会立即介入进行纠偏控制，但飞行员处理不起动故障仍需要遵循手册上一个2页纸的检查清单，因为很多子系统都可能导致不起动故障。
　　故障处理必须相当迅速，以避免因损失高度而导致中止任务。以共振式不起动为例，对推进控制系统的处理程序就是重启发动机以恢复对称性的飞行控制。
　　在我们加速和爬升过程中，在2.2马赫左右时能听见并感觉到从机身传来的一个低沉的隆隆声或嗡嗡声。托马斯说这表明一侧进气口正发生不起动故障，让我做好准备迎接将要发生的事情。但推进系统的仪表并没有显示出现了故障，1-2分钟后嗡嗡声就消失了。事后里奇认为嗡嗡声是一个进气口里的附面层不断分离和再附着而引起的，有时在2.2和2.5马赫间会发生这种现象。
　　不久，我们在略微高于24300米时改平，此时的速度稍微超过3马赫，当量空速大约330节（610公里/时）。托马斯把油门收到最小加力范围内，在随后的巡航过程中油门都一直保持在这个位置。
　　此时重心位置在25%平均气动弦长，而亚音速重心位置是19%。重心调整是飞机在爬升和加速阶段中自动完成的。
　　从这个高度向外看去，地球曲率已经很明显了，头顶的天空呈现出深蓝色。尽管此处空气稀薄，但还是会与飞机产生摩擦释放出高热。

从这个高度向外看去，地球曲率已经很明显了

万磁王

　　在长时间3马赫飞行中，SR-71机身各处的表面温度从200-650度不等。座舱周围温度约280度，我在后座舱尽管戴着较厚压力服手套，但用手摸舷窗还是能感觉到恐怖的热量。被用作油箱外壁的机翼和机身蒙皮温度更高，所以需要在油箱里安装氮气惰化系统以降低发生火灾的可能性，来自机身压力瓶的氮气被直接注入油箱。

SR-71在3马赫下机身各处的温度（华氏度单位）

　　对于大多数高空喷气式飞机的飞行员来说，在如此高的高度飞行是感觉不到速度感的。但SR-71的巡航速度是如此之快，我在24300米高空看着下方15000-18000米处的云层时都能感觉到飞机在快速移动，此时的地速是48公里/分。当我们开始继续爬升7600米时，托马斯启动了自动驾驶仪，在天文导航系统的引导下，我们接近了预先规划的航线。

万磁王

精度检查
　　导航系统具有精度自检功能，并会在后座舱天文惯导系统控制面板的一个窗口上显示偏差。偏差以偏离航线左右一英里的十分之几来显示，一般在自动驾驶时，窗口显示的偏差数字都是零。在前座舱，偏差会通过指引地平仪上的航向误差指针来显示，指针完全左偏或右偏就说明飞机已经向左或右偏离航线超过1英里。
　　托马斯说：“我在稍稍偏离航线时就会紧张起来。而天文惯导系统总是能使飞机沿着黑线飞行。”意思是导航系统的精确导航能力会控制着飞机沿地图上黑线标出的航线飞行。
　　托马斯和其他SR-71飞行员说在3马赫时有一点点偏差就会飞出去很远，所以每次飞行都需要特别注意飞机的位置。
　　给飞机装多少油是根据飞机沿既定航线完成飞行来决定的，犯错空间很小。因此，在不考虑发生迷航的情况下，对规划航线的任何偏离都会显著增加燃油消耗，可能导致任务失败。