Mitte der sechziger Jahre erhielten die CIA und die US Air Force die neuesten Aufklärungsflugzeuge A-12 und SR-71. Diese im Hauptteil der Einheiten vereinheitlichten Maschinen zeichneten sich durch extrem hohe Flug- und technische Eigenschaften aus, die es ermöglichten, die Hauptaufgaben effektiv zu lösen. Das Erreichen der Höchstgeschwindigkeit in Höhe von M = 3, 3 und einer Flughöhe von mehr als 25 km erwies sich jedoch als äußerst schwierige Aufgabe, die grundlegend neue konstruktive Lösungen und Technologien erforderte.
Kreis der Probleme
Die Entwicklung der Projekte A-12 und SR-71 erfolgte im Geschäftsbereich Lockheed mit dem inoffiziellen Namen Skunk Works. Die Entwicklung neuer Flugzeuge begann mit Forschung und Entwicklung und der Suche nach optimalen technischen Lösungen. Zu diesem Zeitpunkt wurde festgestellt, mit welchen Problemen das "Dreiflieger"-Flugzeug konfrontiert ist. Dann begann die Suche nach geeigneten Technologien.
Die Aerodynamik wurde zu einem der zentralen Anliegen. Fliegen mit einer Geschwindigkeit von ca. M = 3 hat seine eigenen Eigenschaften, die bei der Gestaltung des Erscheinungsbildes des Flugzeugs berücksichtigt werden müssen. Allerdings war es auch schwierig, solche Geschwindigkeiten zu erreichen. Dies erforderte spezielle Motoren, die in allen Geschwindigkeitsmodi gleich effektiv arbeiten konnten.
Bei den erforderlichen Fluggeschwindigkeiten sollte sich das Problem der thermischen Belastungen voll manifestiert haben. Es war erforderlich, um das Segelflugzeug vor Überhitzung, Verformung und möglicher Zerstörung zu schützen. Bei all dem musste sich das Flugzeug durch eine hohe Festigkeit auszeichnen, da bei Betriebsgeschwindigkeiten selbst einfachste Manöver mit Überlastungen verbunden waren.
Eine separate Anforderung betraf die Sichtbarkeit des Flugzeugs für den Feind. Zu diesem Zeitpunkt war es den führenden Ländern gelungen, ein entwickeltes Radarnetz für die Luftraumkontrolle aufzubauen, was die Reduzierung der Radarsignatur dringend machte. Dieses Problem musste bei der Entwicklung der Flugzeugzelle berücksichtigt werden.
Es hat sich als schwierig und langsam erwiesen, Lösungen für erwartete Probleme zu finden. Die Arbeiten am A-12-Flugzeug für die CIA begannen 1957 und dauerten mehrere Jahre. In dieser Zeit haben sich die allgemeinen Konzepte und Herangehensweisen an die Gestaltung mehrmals geändert. Der Erstflug des Prototyp-Flugzeugs wurde erst 1962 abgeschlossen. Das Aufklärungsflugzeug SR-71 für die Luftwaffe wurde auf Basis eines bereits fertiggestellten Fahrzeugs entwickelt, wodurch die Arbeit erheblich beschleunigt werden konnte.
Spezialgleiter
Die Lösung des Hauptteils der erwarteten Probleme stand in direktem Zusammenhang mit der Konstruktion der Flugzeugzelle und der allgemeinen Flugzeugsysteme. Nach langer Suche war es möglich, die optimale Version des aerodynamischen Erscheinungsbildes zu finden. Das „schwanzlose“Schema galt als das beste mit entwickelten Zuflüssen im Bug und mittleren Teil des Rumpfes und einem Paar Kielen. Das angewandte Schema ermöglichte es, bei allen Geschwindigkeiten einen hohen Auftrieb zu erzielen und die Strömung zu verbessern. Außerdem nahm das Biegemoment im Bug stark ab.
Die speziellen Konturen der Flugzeugzelle ermöglichten es, Signale des Radars teilweise zu streuen. In einigen Teilen der Flugzeugzelle, wo es die Konstruktion zuließ, befanden sich Teile aus funkabsorbierenden Materialien. Die Reduzierung der Sichtbarkeit war jedoch nicht die Hauptaufgabe des Projekts, und es gab andere Faktoren, die alle gestalterischen Leistungen in diesem Bereich teilweise neutralisierten.
Die Themen Wärmeschutz, Gewicht und Festigkeit wurden mit Hilfe von Titan und seinen Legierungen gelöst. Das Segelflugzeug bestand zu 85 % aus ihnen. Andere Teile wurden aus hitzebeständigen Stählen, Keramik usw. Die Verglasung der Cockpithaube bestand aus Quarzglas. Zur mechanischen und thermischen Festigkeit wurde es mittels Ultraschallschweißen mit der Flugzeugzelle verbunden.
Berechnungen zufolge sollte die durchschnittliche Temperatur der Haut während des Fluges 260 ° C erreicht haben, das Maximum an den Vorderkanten - bis zu 400 ° C. In diesem Zusammenhang wurden in der Flugzeugzelle zahlreiche Rohrleitungen zum Umwälzen des Kraftstoffs, zum Abführen von überschüssiger Wärme und zum Vorwärmen des Kraftstoffs vorgesehen.
Die Titanstruktur behielt beim Erhitzen ihre Festigkeit – veränderte jedoch die Abmessungen. Bei Reisegeschwindigkeit verlängerten sich die A-12 und SR-71 um mehrere Zentimeter. Dieses Problem wurde bei der Konstruktion berücksichtigt und für spezielle Lücken in der Haut, inneren Strukturen und sogar im Kraftstoffsystem gesorgt. Infolgedessen sickerte Kraftstoff buchstäblich aus dem Flugzeug auf den Boden, aber nach der Beschleunigung hörte das Leck auf. Auch ein Teil der Verkleidung bestand aus Wellblech.
Rekordmaschine
Die Flugzeuge A-12 und SR-71 nutzten die einzigartigen Hybridtriebwerke der JT11D / J58-Familie von Pratt & Whitney. Ihre Konstruktion kombinierte Turbo- und Staustrahltriebwerke mit der Möglichkeit des gemeinsamen oder abwechselnden Betriebs. Maximaler Schub, je nach Modifikation, 20-25 Tausend Pfund; Nachbrenner - 32,5 Tausend Pfund.
Der Kern des J58-Triebwerks war eine Turbojet-Einheit, die in einer Staustrahl-Einheit mit einem Ventilator untergebracht war. Der Lufteinlass war mit einem beweglichen Zentralkörper ausgestattet, und es gab auch eine Reihe von Luken und Klappen, um den einströmenden Strom zu steuern. Die Lufteinlässe wurden entsprechend den Flugmodi über einen separaten Computer gesteuert.
Bei Unter- und Überschallgeschwindigkeit befanden sich die Lufteinlasskegel in der vorderen Position und optimierten die Strömung am Triebwerkseinlass. Mit zunehmender Höhe und Geschwindigkeit wurden sie nach hinten verschoben. Bei Geschwindigkeiten über M = 3 wurde der Luftstrom zwischen den Staustrahl- und Turbostrahltriebwerken aufgeteilt, was 80 bzw. 20 Prozent ausmachte. Schub bzw.
Das J58-Triebwerk verwendete JP-7-Spezialtreibstoff auf Kerosinbasis. Unter normalen Bedingungen zeichnete es sich durch eine erhöhte Viskosität aus, unterschied sich jedoch beim Erhitzen nicht von Standardzusammensetzungen. Der Treibstoff wurde auch als Teil der Kühlsysteme für Haut, Cockpit, Instrumentenräume usw. verwendet. Es wurde als Arbeitsflüssigkeit in der Düsensteuerhydraulik verwendet. Die erhitzte Flüssigkeit trat sofort in den Motor ein und brannte aus.
Der Motor wurde mittels der Einspritzung des sogenannten gestartet. Der Startkraftstoff ist flüssiges Triethylboran (TEB), das sich bei Kontakt mit Luft entzündet. Jeder J58 hatte seinen eigenen TEB-Tank für 16 Motor-/Nachbrennerstarts. Die Motoren verwendeten ein spezielles Silikonfett, das für hohe Temperaturen optimiert wurde. Bei Temperaturen unter Null Grad Celsius härtete diese Zusammensetzung aus, was den Betrieb der Geräte erschwerte.
Großer Preis
Die Abteilung Skunk Works und verbundene Unternehmen haben alle gestellten Aufgaben erfolgreich gelöst und Flugzeuge mit einzigartigen Hochflugeigenschaften geschaffen. Dies dauerte jedoch mehrere Jahre und erhebliche finanzielle Aufwendungen, und die resultierenden Flugzeuge zeichneten sich durch hohe Produktionskosten und Komplexität der Bedienung aus.
Die Entwicklung des Projekts und die Suche nach allen notwendigen Technologien dauerte mehrere Jahre. Auch der Produktionsstart war mit gewissen Problemen verbunden. Zum Beispiel erwähnt Ben Rich in einer Memoiren des Chefs von Skunk Works die Schwierigkeit, Titan zu erhalten. Die Vereinigten Staaten verfügten nicht über solche Rohstoffe, weshalb sie eine ganze Operation organisieren mussten, um sie über Briefkastenfirmen von der UdSSR zu kaufen.
Im Interesse der CIA wurden 15 Flugzeuge der wichtigsten Modifikationen gebaut. Die Air Force erhielt 32 Einheiten. Der Vertrag mit der Air Force sah Kosten für eine SR-71 in Höhe von 34 Millionen Dollar (mehr als 270 Millionen zu aktuellen Preisen) vor, und das Produktionsprogramm erwies sich als rekordverdächtig für seine Zeit.
Auch die Operation erwies sich als schwierig und teuer. Die Vorbereitungen für den Flug dauerten mehrere Tage. Nach jedem Flug erforderte das Flugzeug 650 verschiedene Kontrollen und Verfahren, die mehrere Stunden dauerten. Nach 25, 100 und 200 Flugstunden war eine gründliche Inspektion mit Teilzerlegung erforderlich, für die mehrere Arbeitstage vorgesehen waren. Die Motoren wurden nach 200 Betriebsstunden und nach 600 Stunden zur Überholung an die Stirnwand geschickt.
Kurz vor der Außerdienststellung der SR-71 wurde offen berichtet, dass die Flugstunde eines solchen Flugzeugs ca. 85 Tausend Dollar Der Betrieb einer Maschine kostet jährlich mindestens 300-400 Millionen.
Trotzdem erhielten die CIA und die Air Force ein Spezialwerkzeug mit höchster Leistung. A-12 und SR-71 konnten in Höhen von mindestens 25-26 km operieren und Geschwindigkeiten bis zu M = 3, 3 entwickeln, was sie viele Jahre lang vor der Luftverteidigung eines potenziellen Feindes bewahrte. Während der Operation verlor die CIA 6 ihrer A-12, die Air Force - 12 SR-71-Einheiten. Gleichzeitig gab es keine Kampfverluste.
Technologischer Durchbruch
Der Betrieb des A-12-Flugzeugs dauerte nur wenige Jahre - bis 1968 nutzte die Air Force ihre SR-71 bis 1998, und die NASA schrieb die Ausrüstung ein Jahr später ab. Flugzeuge von zwei Modellen und mehreren Modifikationen mit einem speziellen Design, das auf fortschrittlichen Technologien basiert, konnten hervorragende taktische und technische Eigenschaften aufweisen. Aus dem gleichen Grund waren sie jedoch unerschwinglich teuer und komplex. Als sie aufgegeben wurden, erschienen bequemere und effektivere Aufklärungsmittel.
Ein direkter Ersatz für die A-12 / SR-71 erschien nie - die Nische der Aufklärungsflugzeuge war lange und fest von Raumfahrzeugen besetzt. Infolgedessen sind in den Vereinigten Staaten noch keine neuen Modelle der Luftfahrttechnologie mit vergleichbaren Eigenschaften erschienen. Die Projekte von Hochgeschwindigkeitsflugzeugen von Skunk Works haben jedoch eine ernsthafte wissenschaftliche, technische und technologische Grundlage für die Weiterentwicklung der militärischen und zivilen Luftfahrt geschaffen. Einige in der Vergangenheit vorgeschlagene Lösungen werden immer noch aktiv genutzt.