超音速豪賭，“協(xié)和”客機悲劇史
英法“協(xié)和”是一架獨特而優(yōu)雅的超音速客機，外形流暢極具現(xiàn)代感，但經(jīng)過四分之一世紀(jì)服役后，該機仍黯然退役，標(biāo)志著超音速客機時代的終結(jié)。在這個過程中，“協(xié)和”又經(jīng)歷了什么？
英法合作
上世紀(jì)50年代，世界先進航空大國都卷入超音速客機研發(fā)熱潮。1956年英國飛機和發(fā)動機制造商、航空研究結(jié)構(gòu)和英國政府成立超音速運輸機委員會，研究超音速客機的各種可行性。到60年代初，英國飛機公司（BAC）牽頭研究的無尾三角翼布里斯托223概念已經(jīng)非常完善了。但要研制耗資如此巨大的超音速客機，英國意識到需要與其他國家合作。
50年代主要超音速客機方案同尺寸對比
法國南方飛機公司（Sud Aviation）此時也在研究“超級快帆”（Super ?Caravelle）超音速客機概念，布局與布里斯托223相似，因此成為英國的天然合作伙伴。與法國設(shè)計相比，布里斯托223擁有更大航程，并且能飛越大西洋。英國和法國一拍即合，決定共同研制中程和遠(yuǎn)程超音速客機，雙方在1962年11月簽署了正式合作協(xié)議。
“超級快帆”模型
根據(jù)協(xié)議，BAC和Sud（后來并入法國航宇A(yù)erospatiale）負(fù)責(zé)生產(chǎn)機身，英國布里斯托·西德利（后來并入羅羅）和法國斯奈克瑪（SNECMA）公司負(fù)責(zé)生產(chǎn)發(fā)動機。雖然兩國共同承擔(dān)該項目全部責(zé)任，但由于語言和文化的不同，以及研制超音速客機關(guān)乎各自的民族自豪感和國家聲望，這種合作不可避免地遭遇到挑戰(zhàn)。一個例子就是英制和公制之爭，最后英法還是決定使用各自的度量衡單位，導(dǎo)致大量換算工作。另一個例子是飛機名稱，雙方同意將該機命名為“協(xié)和”，但在一番爭論后采用了法語單詞“Concorde”而不是英語單詞“Concord”。
“協(xié)和”客機保留了布里斯托223和“超級快帆”的無尾三角翼布局，細(xì)長的飛鏢狀機身和拉長的三角翼將超音速飛行阻力降到最小，同時能起降和亞音速飛行中保持輕松控制。
1962年范保羅航展上的“協(xié)和”模型
設(shè)計難點
“協(xié)和”的最佳巡航速度一開始被設(shè)定2.2馬赫，主要取決于三個因素。首先是機身結(jié)構(gòu)溫度在超音速飛行中會迅速上升，到2.2馬赫時就達(dá)到了鋁合金結(jié)構(gòu)極限，更高的速度則需要使用不銹鋼或鈦合金來制造飛機。
制造中的“協(xié)和”客機
第二個因素是隨著速度的變化，需要實現(xiàn)空氣動力學(xué)效率和推進效率之間的平衡。當(dāng)速度超過0.8馬赫后，氣動效率會隨之惡化，先是到1.4馬赫的急劇下降，然后到3馬赫之前較為緩和的下降。但渦噴發(fā)動機的推進效率在3馬赫之前會隨著速度的提高而提高，最終使超音速客機在2馬赫的總體效率與亞音速相當(dāng)。
第三個因素是在速度超過2.2馬赫后，需要減小翼展以保持低阻力，但是這樣會損害低速操縱性能。最后英法設(shè)計團隊認(rèn)為客機速度超過2.2馬赫后的研制時間和成本都會大幅增加，再后來出于結(jié)構(gòu)上的考慮，“協(xié)和”的最大設(shè)計速度被降低到2.02馬赫。
“協(xié)和”的尖拱形三角翼等比縮小后在一架經(jīng)過特殊改裝的BAC ?221驗證機上進行了試飛。由于“協(xié)和”會遭遇相對較高的氣動加熱，意味著必須考慮高溫蠕變導(dǎo)致的金屬變形。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，工程師在重點部位采用了為燃?xì)廨啓C葉片開發(fā)的抗蠕變銅基鋁合金材料，還使用少量的鈦、不銹鋼和鉻鎳合金來制造發(fā)動機艙、駕駛艙玻璃和機艙舷窗。
BAC 221驗證機
諸多挑戰(zhàn)
“協(xié)和”的推進系統(tǒng)將必須在連續(xù)兩個多小時的超音速飛行中產(chǎn)生推力，而且要在亞音速和跨音速飛行中產(chǎn)生足夠推力，由于在此速度范圍內(nèi)發(fā)動機對氣流需求變化很大，因此為“協(xié)和”研制推進系統(tǒng)是一項兼具挑戰(zhàn)。早在1962年11月的協(xié)議中，布里斯托爾·西德利的“奧林巴斯”（Olympus）發(fā)動機就被確定為“協(xié)和”的動力裝置。“奧林巴斯”的第一種生產(chǎn)型已經(jīng)在1956年隨亞音速阿芙羅“火神”（Vulcan）轟炸機進入英國空軍服役。到1962年，為BAC ?TSR-2超音速轟炸機研制的“奧林巴斯”加力超音速版本問世，這將成為“協(xié)和”翼下4臺“奧林巴斯”593發(fā)動機的基礎(chǔ)。
“奧林巴斯”593發(fā)動機
對發(fā)動機的一項關(guān)鍵設(shè)計要求是即使飛機以超音速飛行，通過發(fā)動機的氣流也必須是亞音速的。因此工程師設(shè)計了一套復(fù)雜的系統(tǒng)來調(diào)節(jié)進氣，該系統(tǒng)包括可變進氣斜坡、輔助進氣門，第二股空氣進氣門、地面運行風(fēng)門組成，并讓高溫燃?xì)馔ㄟ^主噴管和和副噴噴管的引導(dǎo)離開發(fā)動機。起飛時，進氣斜坡和輔助進氣門完全打開以實現(xiàn)最大氣流攝入。起飛后隨著加力燃燒室關(guān)閉，發(fā)動機推力降低，通過打開第二股空氣進氣門形成發(fā)動機艙氣流，并進一步打開輔助噴管來降低噪音。超音速時，通過降低進氣斜坡使進氣減速至亞音速，斜坡產(chǎn)生的激波能有效降低進氣空速。
“協(xié)和”復(fù)雜的推進系統(tǒng)
對于超音速客機來說，另一個挑戰(zhàn)是氣動中心（沿機身的舉升作用點）與重心之間的關(guān)系。在整個飛行過程中，兩個中心必須保持正確關(guān)系?！皡f(xié)和”從亞音速到超音速，氣動中心向后大幅移動，因此該機的前后油箱會根據(jù)需要從主油箱調(diào)整燃油，依據(jù)氣動中心的運動來調(diào)整重心。
三角翼飛機有陡峭的降落和起飛迎角，所以高速三角翼飛機一般具有較長鼻錐，這妨礙了飛行員的向下視野。為了改善飛行員視線，“協(xié)和”的機鼻被設(shè)計成可動式，在起飛和降落時分別下垂5度和12.5度。下垂機鼻是費爾1.73馬赫的“德爾塔2”驗證機首創(chuàng)，并經(jīng)過BAC ?221的驗證?！皡f(xié)和”機鼻抬起后，獨立調(diào)節(jié)的透明遮陽板可保護駕駛艙風(fēng)擋免受氣動加熱和超音速氣流的影響。
“協(xié)和”客機機鼻完全下垂?fàn)顟B(tài)
一鳴驚人
兩種型號的“協(xié)和”尺寸相同，中程型將有100個座位，遠(yuǎn)程型有90座。英國的遠(yuǎn)程型擁護者認(rèn)為，遠(yuǎn)程有助于使超音速客機縮短與亞音速客機的經(jīng)濟性差距，并且隨著項目的進行，航空公司也顯示了對遠(yuǎn)程型的偏愛，因此該型號被決定首先研制，并且中程型最后被最終放棄。此外航空公司也對更大的載客量感興趣，這需要更大的發(fā)動機推力，最終導(dǎo)致“奧林巴斯” ?593B發(fā)動機的問世，使“協(xié)和”載客量增加到118座。經(jīng)過修改的“協(xié)和”于1965年初完成設(shè)計，并于當(dāng)年晚些時候開始制造兩架原型機。
地面測試中的“協(xié)和”原型機
1969年3月2日，第一架“協(xié)和”原型機從法國圖盧茲首飛。第二個月，第二架原型機從英國布里斯托爾的菲爾頓首飛。首架原型機在1969年10月實現(xiàn)了超音速飛行，兩架飛機均在1970年11月到達(dá)2馬赫，隨后開始持續(xù)2馬赫巡航試飛，這是之前任何客機從未實現(xiàn)過的。1972年7月，英國海外航空公司（BOAC）和法國航空公司訂購了9架“協(xié)和”，首架生產(chǎn)型飛機于1973年12月首飛。
“協(xié)和”于1972年9月首次飛向美國，前往達(dá)拉斯沃思堡，然后再飛往華盛頓特區(qū)附近的杜勒斯國際機場。在1974年6月的一次壯觀演示中，一架法航“協(xié)和”從波士頓飛往巴黎，同時法航一架波音747從巴黎飛往波士頓。“協(xié)和”抵達(dá)巴黎后在地面上停留了68分鐘然后又起飛返回波士頓，結(jié)果降落波士頓后11分鐘，747才抵達(dá)這里。
“協(xié)和”首飛
商業(yè)運營
“協(xié)和”1976年1月21日開始開始執(zhí)飛商用航班，BOAC的繼任者英國航空公司使用該機飛倫敦-巴林航線，法航用該機飛巴黎-里約熱內(nèi)盧航線，中途降落達(dá)喀爾。但“協(xié)和”開辟美國航線非常不順利，1975年12月由于噪音問題，美國眾議院投票禁止“協(xié)和”在六個月內(nèi)降落美國。1976年2月英航和法航獲得批準(zhǔn)，可以試運行飛往紐約和華盛頓的有限數(shù)量“協(xié)和”航班，為期16個月。但當(dāng)年三月，紐約港務(wù)局禁止“協(xié)和”降落其機場，因此英航法航的首批“協(xié)和”定期跨大西洋航班僅能飛往華盛頓?！皡f(xié)和”在5月24日開始飛向美國，當(dāng)時兩架飛機編隊飛越華盛頓市，然后在杜勒斯機場的平行跑道上同時降落。“協(xié)和”跨大西洋飛往紐約的航班由于噪音抗議而被進一步推遲，直到1977年11月22日才正式啟動。
1979年英航和法航的“協(xié)和”在沃斯堡機場
“協(xié)和”在服役生涯中主要飛跨大西洋航線，尤其是飛往紐約。1979年1月，美國布蘭尼夫國際航空公司通過租借“協(xié)和”開通了華盛頓-達(dá)拉斯-沃思堡的國內(nèi)航線，但由于乘客人數(shù)少和燃油成本高于1980年6月停止?！皡f(xié)和”超音速飛行使產(chǎn)生的激波使其被禁止在陸地上空進行超音速飛行，導(dǎo)致飛行效率低下，進一步推高了票價。
最終僅有14架“協(xié)和”投入服役，英航和法航各7架，對該機的市場預(yù)測從未實現(xiàn)。到21世紀(jì)初，“協(xié)和”的服役壽命已接近尾聲。2000年7月25日災(zāi)難發(fā)生了，法航一架“協(xié)和”飛機從巴黎起飛時墜毀，機上所有109人和地面四人遇難。法國調(diào)查人員發(fā)現(xiàn)事故是“協(xié)和”爆裂的輪胎殘骸擊穿機身油箱導(dǎo)致的，輪胎可能被前面起飛的DC-10發(fā)動機上脫落的金屬條刺穿。
“協(xié)和”悲劇
這起事故直接導(dǎo)致“協(xié)和”在英國和法國的適航證被吊銷，所有飛機停飛接受更堅固的輪胎、新的燃油箱襯里和附加電氣屏蔽的改裝。2001年9月，英國和法國對經(jīng)過改裝的“協(xié)和”進行了認(rèn)證，兩家航空公司于11月恢復(fù)了“協(xié)和”航班。但不久后的2003年4月10日，兩家公司宣布“協(xié)和”將在10月底進行最后一次商業(yè)飛行，英航表示該決定出于商業(yè)原因。
歸根結(jié)底，“協(xié)和”永遠(yuǎn)不可能像亞音速客機那樣高效。在環(huán)保意識日益增強的時代，該機的音爆、噪音和發(fā)動機排放逐漸變得難以接受。不過“協(xié)和”憑借五十年前開發(fā)的技術(shù)，作為超音速客機持續(xù)服役四分之一世紀(jì)，試圖與亞音速客機在經(jīng)濟性上進行競爭，這本身就是一個了不起的成就。
