Lockheed A-12s op de parkeerplaats van Plant 42 in Palmdale. Foto's van de Amerikaanse luchtmacht
Halverwege de jaren zestig ontvingen de CIA en de Amerikaanse luchtmacht de nieuwste verkenningsvliegtuigen A-12 en SR-71. Deze machines, verenigd in het grootste deel van de eenheden, onderscheidden zich door extreem hoge vliegprestaties, waardoor het mogelijk was om de hoofdtaken effectief op te lossen. Het bereiken van een maximale snelheid van M=3,3 en een vlieghoogte van meer dan 25 km bleek echter een uiterst moeilijke taak, die fundamenteel nieuwe ontwerpoplossingen en technologieën vereiste.
Cirkel van problemen
De ontwikkeling van de A-12 en SR-71 projecten werd uitgevoerd in de Lockheed vestiging met de onofficiële naam Skunk Works. De creatie van nieuwe vliegtuigen begon met onderzoekswerk en het zoeken naar optimale technische oplossingen. In dit stadium werd vastgesteld met welke problemen het "drievleugelige" vliegtuig wordt geconfronteerd. Toen begon de zoektocht naar geschikte technologieën.
Model A-12 tijdens de studie van radarsignaturen, 1959. CIA-foto / cia.gov
Een van de centrale problemen was de aerodynamica. Vliegen om ca. M=3 heeft zijn eigen kenmerken, waarmee rekening moet worden gehouden bij het vormgeven van het uiterlijk van het vliegtuig. Het bereiken van dergelijke snelheden was echter ook niet eenvoudig. Hiervoor waren speciale motoren nodig die bij alle snelheden even efficiënt konden werken.
Bij de vereiste vliegsnelheden had het probleem van thermische belastingen zich volledig moeten manifesteren. Het was noodzakelijk om het casco te beschermen tegen oververhitting, vervorming en mogelijke vernietiging. Bij dit alles moest het vliegtuig zeer duurzaam zijn, omdat bij operationele snelheden zelfs de eenvoudigste manoeuvres gepaard gingen met overbelasting.
Een aparte eis had gevolgen voor de zichtbaarheid van het vliegtuig voor de vijand. Tegen die tijd waren de leidende landen erin geslaagd een ontwikkeld netwerk van radarstations op te bouwen voor het bewaken van het luchtruim, waardoor de kwestie van het verminderen van de zichtbaarheid van de radar een actueel onderwerp werd. Met dit probleem had rekening moeten worden gehouden bij de ontwikkeling van het casco.
Motorgondel van het SR-71 vliegtuig. Foto door Wikimedia Commons
Het vinden van oplossingen voor de verwachte problemen bleek moeilijk en traag. Het werk aan het A-12-vliegtuig voor de CIA werd in 1957 gelanceerd en duurde meerdere jaren. Gedurende deze tijd zijn de algemene concepten en benaderingen van het ontwerp verschillende keren gewijzigd. De eerste vlucht van een experimenteel vliegtuig werd pas in 1962 voltooid. Het verkenningsvliegtuig SR-71 voor de luchtmacht was al ontwikkeld op basis van een kant-en-klare machine, waardoor het werk aanzienlijk kon worden versneld.
speciaal zweefvliegtuig
De oplossing van het grootste deel van de verwachte problemen hield rechtstreeks verband met het ontwerp van het casco en de algemene vliegtuigsystemen. Na lang zoeken hebben we de beste variant van het aerodynamische uiterlijk weten te vinden. Het "staartloze" schema met ontwikkelde instroom in de voorste en centrale delen van de romp en een paar kielen werd als de beste beschouwd. Het toegepaste schema maakte het mogelijk om een hoge lift te verkrijgen en de doorstroming bij alle snelheden te verbeteren. Bovendien werd het buigmoment in de boeg sterk verminderd.
Motor Pratt & Whitney J58. Foto door Wikimedia Commons
De speciale contouren van het casco maakten het mogelijk om de signalen van de radar gedeeltelijk te verstrooien. In sommige delen van het casco, waar het ontwerp het toeliet, waren er delen gemaakt van radarabsorberende materialen. Het verminderen van de zichtbaarheid was echter niet het hoofddoel van het project en er waren andere factoren die alle ontwerpprestaties op dit gebied gedeeltelijk teniet deden.
Problemen met thermische bescherming, massa en sterkte werden opgelost met behulp van titanium en zijn legeringen. Het zweefvliegtuig bestond voor 85% uit hen. Andere onderdelen waren gemaakt van hittebestendig staal, keramiek, enz. De beglazing van de cockpitlantaarn was gemaakt van kwartsglas. Voor mechanische en thermische sterkte werd het met ultrasoon lassen verbonden met het casco.
Volgens berekeningen zou de gemiddelde temperatuur van de huid tijdens de vlucht 260°C moeten hebben bereikt, het maximum aan de voorranden - tot 400°C. In dit opzicht voorzag het casco in tal van pijpleidingen voor brandstofcirculatie, afvoer van overtollige warmte en voorverwarming van brandstof.
Nozzle-apparaat van de motor. Foto door Wikimedia Commons
De titanium constructie behield bij verhitting sterkte - maar veranderde van afmetingen. Op kruissnelheid werden de A-12 en SR-71 enkele centimeters langer. Met dit probleem is rekening gehouden in het ontwerp en voorzien in speciale spelingen in de huid, interne structuren en zelfs in het brandstofsysteem. Als gevolg hiervan sijpelde brandstof letterlijk uit het vliegtuig op de grond, maar na acceleratie stopte de stroom. Ook was een deel van de huid gemaakt van golfplaten.
Recordmotor
De A-12 en SR-71 vliegtuigen gebruikten de unieke JT11D/J58 familie hybride motoren van Pratt & Whitney. Hun ontwerp combineerde turbojet- en straalmotormotoren met de mogelijkheid van gezamenlijke of alternatieve bediening. Maximale stuwkracht, afhankelijk van modificatie, 20-25 duizend pond; naverbrander - 32,5 duizend pond.
De werking van de J58-motor bij verschillende snelheden. Grafisch Wikimedia Commons
De basis van de J58-motor was een turbojet-eenheid die in een eenmalige eenheid met een ondersteunende ventilator was geplaatst. Het luchtinlaatapparaat was uitgerust met een beweegbaar centraal lichaam, er was ook een set luiken en kleppen om de inkomende stroom te regelen. De luchtinlaten werden volgens de vliegmodi aangestuurd met een aparte computer.
Bij sub- en supersonische snelheden bevonden de luchtinlaatkegels zich naar voren en optimaliseerde de stroom naar de motorinlaat. Met een toename in hoogte en snelheid werden ze teruggeschoven. Bij snelheden boven M = 3 werd de luchtstroom verdeeld over de straalmotor- en turbojetmotoren, die 80 en 20 procent creëerden. respectievelijk tractie.
De J58-motor gebruikte JP-7 speciale vliegtuigbrandstof op basis van kerosine. Onder normale omstandigheden onderscheidde het zich door een verhoogde viscositeit, maar bij verhitting verschilde het niet van standaardsamenstellingen. De brandstof werd ook gebruikt als onderdeel van de koelsystemen voor de huid, cockpit, instrumentencompartimenten, enz. Het werd gebruikt als werkvloeistof in de hydrauliek van de spuitmondbesturing. De verwarmde vloeistof kwam onmiddellijk in de motor en verbrandde.
Een A-12 verkenningsvliegtuig met Air Force-markeringen tijdens de vlucht. Foto's van de Amerikaanse luchtmacht
De motor werd gestart door injectie van de zgn. startbrandstof - vloeibaar triethylboraan (TEB), dat ontbrandt bij contact met lucht. Elk van de J58's had zijn eigen TEB-tank voor 16 motor-/naverbranderstarts. De motoren gebruikten een speciaal siliconensmeermiddel dat geoptimaliseerd is voor hoge temperaturen. Bij temperaturen onder nul Celsius verhardde deze samenstelling, waardoor het moeilijk was om de apparatuur te bedienen.
Goede prijs
The Skunk Works en aanverwante bedrijven hebben alle taken met succes voltooid en vliegtuigen gemaakt met een uniek hoge vliegprestatie. Dit duurde echter enkele jaren en aanzienlijke financiële kosten, en de resulterende vliegtuigen onderscheidden zich door hoge productiekosten en de complexiteit van de operatie.
Vlucht met naverbrander. Foto door NASA
De ontwikkeling van het project en het zoeken naar alle benodigde technologieën heeft meerdere jaren geduurd. De lancering van de productie ging ook gepaard met bepaalde problemen. In de memoires van het hoofd van de Skunk Works, Ben Rich, worden bijvoorbeeld de moeilijkheden bij het verkrijgen van titanium genoemd. De Verenigde Staten hadden dergelijke grondstoffen niet, waardoor ze een hele operatie moesten regelen om ze via dekmantelbedrijven in de USSR te kopen.
In het belang van de CIA werden 15 vliegtuigen van de belangrijkste aanpassingen gebouwd. De luchtmacht ontving 32 eenheden. Het contract met de luchtmacht omvatte de kosten van één SR-71 op het niveau van 34 miljoen dollar (meer dan 270 miljoen in huidige prijzen), en het productieprogramma bleek een recordduur te zijn voor zijn tijd.
Operatie was ook moeilijk en duur. De voorbereiding voor de vlucht duurde enkele dagen. Na elke vlucht vereiste het vliegtuig 650 verschillende controles en procedures, die enkele uren in beslag namen. Na 25, 100 en 200 vlieguren was een grondige inspectie met gedeeltelijke demontage nodig, waarvoor meerdere werkdagen werden uitgetrokken. De motoren werden voor revisie gestuurd na 200 bedrijfsuren en na 600 uur - voor revisie.
SR-71 landt. Foto door NASA
Kort voor de ontmanteling van de SR-71 werd openlijk gemeld dat het vlieguur van een dergelijk vliegtuig ca. 85 duizend dollar De werking van één machine kost jaarlijks maar liefst 300-400 miljoen.
De CIA en de luchtmacht ontvingen echter een speciaal hulpmiddel met de hoogste prestaties. A-12 en SR-71 konden opereren op een hoogte van ten minste 25-26 km en snelheden bereiken tot M = 3,3, wat hen jarenlang behoedde voor de luchtverdediging van een potentiële vijand. Tijdens de operatie verloor de CIA 6 van zijn A-12's, de luchtmacht verloor 12 SR-71-eenheden. In dit geval waren er geen gevechtsverliezen.
Technologische doorbraak
De operatie van het A-12-vliegtuig duurde slechts een paar jaar - tot 1968. De luchtmacht gebruikte hun SR-71's tot 1998 en NASA ontmantelde de apparatuur een jaar later. Vliegtuigen van twee modellen en verschillende modificaties, met een speciaal ontwerp op basis van geavanceerde technologieën, kunnen uitstekende prestatiekenmerken vertonen. Om dezelfde reden waren ze echter onbetaalbaar en complex. Tegen de tijd dat ze werden achtergelaten, waren er handiger en effectievere verkenningsmiddelen verschenen.
Een directe vervanging voor de A-12 / SR-71 verscheen nooit - de niche van verkenningsvliegtuigen was lang en stevig bezet door ruimtevaartuigen. Als gevolg hiervan, nieuwe monsters luchtvaart apparatuur met vergelijkbare kenmerken in de Verenigde Staten is nog niet verschenen. De projecten van hogesnelheidsvliegtuigen van Skunk Works hebben echter een serieuze wetenschappelijke, technische en technologische basis gecreëerd voor de verdere ontwikkeling van de militaire en burgerluchtvaart. Sommige van de in het verleden voorgestelde oplossingen worden nog steeds actief gebruikt.