政治——苏联超声速客机的原动力

 
     

欧洲研发“协和”是对苏维埃联盟下挑战书

对于一个东西跨度10 000千米的国家来说,超声速客机无疑有其现实意义。不过和很多苏联时期的高科技装备类似,需求并不是决定性的,真正促使赫鲁晓夫在文件上签字的是“协和”。1962年底英法两国签署“协和”合作计划,无疑就像下了一道战书。苏联政府要求相关部门,务必抢在对手之前让本国的超声速客机升空。

1963年7月,苏联航空工业部下达了研制超声速客机的指令,主要性能指标与“协和”相近:可搭载121名乘客,巡航时速2.35马赫,航程6 500千米。项目交由擅长大型客机设计的图波列夫设计局执行。此外,中央流体力学研究所和中 央航空动力研究所也一同参与飞机的设计,新机型编号定为144。图波列夫设计局的掌门人安德烈·图波列夫此时年事已高,在他指导下由其儿子、对高速飞行器富有经验的阿列克谢·图波列夫出任项目负责人,组织精兵强将展开研制工作。面对这样一个前所未有的挑战,设计者们需要与其它科研和生产部门紧密合作,攻克一系列技术难关。

不要怀疑苏联的航空科研实力

首先是确定飞机的气动布局,既要达到高速战机那样的飞行性能,又要满足客运的需要。理论计算一直是俄国人所擅长的,基于大量风洞试验,阿列克谢将飞机外形定为细长机身配以双三角形机翼,前缘内侧后掠角为78°,外侧后掠角为55°,以适应跨声速飞行的要求。为了验证这一设计,还将一架时速可达两马赫的米格-21I战斗机改装上这种翼型进行试飞。而机尾上方是大三角形垂尾,不设水平尾翼。圆形机身直径3.4米,乘客舱长26.5米,宽3.05米,走道高2.16米,每排座位为3+2布置,最多可容纳126人。

对于超声速飞机来说,气动加热也是个棘手的问题。不过,对于大型超声速飞机的气动加热问题,图波列夫设计局已经在图-22上得到了很好的解决。同样重要的还有动力装置。库兹涅佐夫设计局专门研制了带有加力燃烧室的NK-144涡轮风扇发动机,单台推力最大172千牛。此外,图-144长长的锥形机鼻可在起降阶段下垂12°,便于飞行员观察地面情况,进入巡航飞行时再恢复原状。

 

德国辛斯海姆技术博物馆收藏的77112号机是唯一落户国外的图-144,与之相邻的正是“死对头”——一架退役的“协和”。生前是一对对头,死后也是一双冤家。

苏联超声速客机抢在欧洲“协和”前首飞

 
     

图144创下的一系列世界记录都早于“协和”

把漂亮的模型变成能飞的实物并非易事,研制团队一边继续完善设计,一边着手将图纸转化为产品。第一架投入生产的图-144属于原型机,主体部分由莫斯科附近的图波列夫试制工厂负责,来自其它协作单位的各种零部件和配套设备也陆续运抵这里进行组装和调试。按计划该机应在1967年内完工,但技术上的复杂性不可避免地造成延误,到次年10月才运抵茹科夫斯基试飞中心实施总装和地面测试,并赶在1968年结束前完成了试飞准备工作。

12月31日,在那架改装过的米格-21I战斗机陪伴下,这架民航注册号为68001的原型机昂首冲上了蓝天。图-144的处女航历时37分钟,比“协和”的首次升空要早两个月零两天,在这场东西方竞赛中先拿到一分。

1969年5月21日,68001号机现身莫斯科的谢列梅捷沃机场,让公众得以一睹其真容。6月5日,这架图-144在11 000米高度首次突破音障,并于次年5月26日在16 300米高度飞出2.0马赫的时速,不到一个月后又提高至2.3马赫,这些纪录也比“协和”领先了一步。此后,它开始试飞国外航线,往返于莫斯科与多个东欧国家首都之间,并在1971年5月底间大驾光临当年的巴黎航展。

 

图-144的处女航历时37分钟,比“协和”的首次升空要早两个月零两天,在这场东西方竞赛中先拿到一分。

苏联设计师并没有抄袭“协和”

 
     

两者外形相似只是殊途同归

不出意外的是,图-144与“协和”之间的比较早就成为热点话题。北约组织给图-144选的代号是还算好听的“战马”(Charger,以C开头代表运输机),但西方媒体却称之为“协和斯基”,言下之意图波列夫不过是抄袭了对手的创意,而苏联驻英法两国的一些外交和商务人员曾因涉嫌窃取“协和”图纸被驱逐出境的事件也助长了这种说法。然而客观来说,在同样的技术条件下、根据同样的目的和理念设计出来的机型自然存在诸多类似之处,这样的例子在航空史上比比皆是,连美国正在研究的超声速客机也跟“协和”大同小异。况且设计师都会通过各种渠道了解和评估别人的成果,权衡利弊后才形成自己的方案。

内行人其实不难看出图-144与“协和”的明显区别,如前者的机翼是双三角形,后者的是S形前缘三角翼。图-144的体形稍大些,翼下发动机舱贴近机腹,而“协和”的发动机安装在更靠外的位置,这些都会对气动特性造成不同影响。两者在操控系统、座舱设置和内部设备等方面也有很多差异。不过图-144虽然抢得先机,但通过试飞也暴露出自己的“短板”。除了一些部件存在可靠性问题外,更严重的是阻力大、油耗高,航程只有3 000千米,远低于设计指标。还有就是着陆速度偏高,以至于落地时要施放阻力伞减速,这在军用飞机很常见,却会给民用机场带来不少麻烦。

 

CCCP的大字下,是图-144四台强大的发动机,这是确保它能突破音速的关键。

量产型图144经过重新设计

 
     

老图波列夫没能看到图-144正式服役

研制团队已经预见到这类问题,在原型机试飞前就启动了改进计划。一方面优化翼型,内外段后掠角分别改成76°和57°,扩大翼展和机翼面积,同时把机身加长6.3米以增加载客量到150人;另一方面换用推力更大、油耗更低的NK-144F发动机,并重新设翼下发动机舱,两组发动机的安装位置也分得更开,以提高动力效率。最引人注目的是在机头驾驶舱后方加装了一对可伸缩的条状小翼,在起降时伸出用于改善低速性能,到巡航飞行时再收入机身内。其鼻锥、垂尾、升降舵等部分也做了相应调整,翼下主起落架改为8轮小车式……

此外,机体的结构、材料和安装工艺都进行了改进,燃油储量增加到11.8万升,起飞重量也达到190吨。 经过一系列的重大改造,第二架图-144变成了图-144S,注册号77101,作为预生产型从1971年6月1日开始试飞,在不同飞行条件下对机上各个系统进行检验。图波列夫设计局还另外制作了两具机体用于地面静态测试,根据结果再对 将要批量生产的图-144S做出后续改动。遗憾的是,1972年12月23日,84岁的一代宗师老图波列夫与世长辞,没能看到图-144正式服役。此时图-144S已经转由沃罗涅日飞机制造厂组装,所有人都期待着下一年它们就能投入运营。

 

图为图-144与米格21伴飞。两者有不解之缘,苏联特意拿出米格21战斗机,将按比例缩小的图-144的机翼装上,作为试验机。

图144在世界最大航展上坠机

 
     

30万人亲眼目睹图144坠机

1973年5月底,苏联“战马”再度亮相巴黎布尔歇机场参加航展,这又是一次与“协和”同场较劲的大好机会。这回来的是刚出厂一年的第二架图-144S(注册号77102),它在6月2日顺利完成了第一场飞行表演。第二天图-144S还是排在“协和”之后登场,先是在机场上空进行了10分钟的绕圈通场,展示低空低速下的飞行性能,然后沿着看台前的跑道方向迅速爬高。就在现场30多万观众面前,上升中的77102号机突然发生侧倾,随即变成向下俯冲,接着左翼有部分脱落并起火。飞机很快失控解体,最终坠落到跑道尽头5千米外的古森维尔镇,造成机上6名机组人员和地面8人罹难,另有26人受伤。

图144坠毁之谜或成历史悬案

空难发生后,法国和苏联双方立即展开了联合调查工作,然而对事故的真正原因一直没有明确的定论。来自西方的说法是,苏联官员事先要求图-144S的表现要压倒“协和”,使得飞行员出于“炫技”目的违反了安全操作规程,导致发动机或操纵系统发生故障,机体过载超过承受极限而解体。苏联方面则归咎于法国派出的一架“幻影”战斗机,这架负责航拍的战斗机当时过于接近图-144S,后者为避免相撞不得不急剧转向,才造成了飞机失控。

不过后来也有人推测,机组人员的意外失误或是机载设备失灵才是罪魁祸首。尤其蹊跷的是,机上的“黑匣子”也就是飞行记录仪始终没能找到,这又引发了不少传言。有说是美国特工捷足先登拿走了记录仪,企图分析出苏联的航空科技水平。也有说是苏联人自己隐瞒了相关证据,不想公开其中的重要信息。

无论真相如何,这毕竟是超声速客机第一次失事,而且还是发生在最著名的国际航展上,颇让处处都要彰显比西方更优越的苏联人颜面无光。不过新机型出现严重事故并非鲜见,一次坠机也不能证明飞机本身就存在致命缺陷,因此这并没有浇灭研制人员的信心,继续加紧改进和生产工作。当小图波列夫升任设计局的总设计师后,图-144项目改由瓦伦丁·布里兹纽克负责(他后来也是图-160战略轰炸机的设计师)。由于图-144S的航程仍低于预期,下一步的改进重点是换用库列索夫设计局的RD-36-51A高压缩比涡轮喷气发动机,这比NK-144F重量更轻,油耗也更低,而且不需加力燃烧室就可达到196千牛的最大推力。

 

图-144是英法航展上的明星,坠机事故真相难以查明。一次坠机不能证明它本身存在致命缺陷。

图144商业运营之路不顺

 
     

世界上第一个超声速定期航班并非“协和”执飞

与此同时,苏联民航部门也在组织图-144的航班服务,但受坠机事故的影响,采购和使用的热情已大不如前。1974年图-144S陆续进行了莫斯科到基辅、巴库和塔什干等国内城市的试航,均由图波列夫的试飞员而不是民航飞行员来执行。直到次年12月26日,图-144S才被用于莫斯科至临近中国新疆的中亚城市阿拉木图之间的航线运营,航程3 260千米,耗时1小时58分钟,但只限于货物和邮件运输,不过也算是世界上第一个超声速定期航班了,比“协和”正式运营提早了近一个月。

到1976年初,共有8架生产型的图-144S完工出厂。其中第5架即77105号机改装RD-36-51A发动机变身为新的图-144D,在6月5日完成了莫斯科到远东城市哈巴罗夫斯克长达6 280千米的不间断试航。1977年2月第9架采用NK-144F发动机的图-144S下线后,沃罗涅日飞机制造厂开始转产图-144D。10月份图-144S终于获得适航证书,并从11月1日起执行莫斯科-阿拉木图的客运航班。当时机上设有11个头等舱位 和122个经济舱位,单程经济舱票价为82卢布(约合91美元)。

第一架全新生产的图-144D于1978年4月27日首飞,不料厄运很快随之而来。5月23日在试飞莫斯科-哈巴罗夫斯克航线途中,这架注册号77111的新飞机上燃油突然大量泄漏,飞行员发现后决定返航,但先后有3台发动机停车,只得紧急迫降在雅格耶夫斯克野外。飞机着陆后起火损毁,8名机组成员中有两名随行工程师丧生。事后调查显示输油管老化破裂是起因,虽然认定飞行员处置得当,但这场事故还是促使民航部门在一周后叫停图-144的客运服务。负责莫斯科-阿拉木图航线的77109号机总共只完成了55个航班,载客量累计也就3 284人。

 

图-144和“协和”一样,都为单通道窄体客机,这是因为瘦长的机身才有利于突破音速。只有美国能凭借超群的航空实力,打造超声速宽体客机。

图-144完全脱离市场的实际需求

 
     

图-144技术水平不如“协和”

尽管图-144坚持出席了好几届巴黎航展,但其光芒很快被后来居上的“协和”所掩盖。虽说“协和”也深受成本高昂、航程偏短和经济性差等问题困扰,不过还能打入国际航空市场。相比之下,图-144一开始就是一个带有冷战对抗色彩的政治任务,脱离市场的实际需求。在当时的计划经济体制下,普通苏联人除了公务出差外并无多少机会作长途旅行,其它友好国家也用不起这样的大型飞机,更无法扩展到西方市场。

何况在技术水平和制造工艺上图-144比“协和”还差了一截——图-144油耗太高,巡航时速往往要限制在两马赫以下;飞行中舱内的振动和噪音较大,而且每周只能飞行一两次,其它时间要进行大量的维护保养工作。除了大大小小的几次事故反映出图-144的安全隐患外,合格飞行员不易培养也是一道坎,以至于要长期依靠试飞员担任航班机长,这些因素都成为难以承受之重。

图-144军用化道路也走不通

一度被视为国力象征的图-144其实是在特殊环境下催生出来的早产儿,虽然在技术上创造了一些奇迹,但注定先天不足,因此随着苏联国内政治环境的变化从炙手可热落到暗淡无光也就不足为奇了。图-144D拿到适航证后仍遭到民航部门冷遇,图波列夫设计局不愿心血就此白费,曾向参与研制“协和”的几家英国公司寻求技术协助,但英国政府担心这些技术会被用在苏联轰炸机上而阻止了合作。此外,加大航程到7500千米的图-144DA改进计划未能落实,把图-144 改成军用机型用于轰炸、侦察或电子战的设想也因军方不满意而搁浅。

苏联政府在1982年下令停产图-144,次年又决定终止该项目,现存飞机只留作科研用途。图-144D实际上只完成了5架,其中77114号机在1983年7月创造了被国际航空联合会(FAI)承认的14项飞行纪录,包括携带30吨负荷飞到18 200米高度和在1 000千米闭合航线上时速达到2 031千米,不过这更像是一场谢幕表演。最后出厂的77115号机于1984年10月4日首次升空,但之后几年图-144只零星执行过一些与大气层研究和航天员培训有关的飞行任务,到苏联解体时多数已经处于完全停飞状态。

 

图-144技术在三大超声速客机中垫底,总体来说,与协和在伯仲之间。大家的航电系统都是彼此彼此。

美国也想摸摸图-144的真实水准

 
     

图-144本身在技术上确实有可取之处

1993年底图-144的惨淡命运迎来了一丝曙光:出于对未来超声速客机展开预研的目的,美国人主动上门要求合作进行飞行试验,参与者包括波音、麦道、霍尼韦尔等公司和美国航空航天局。图波列夫设计局为此选择状况较好的77114号机作为试验平台,并换装图-160轰炸机使用的NK-321发动机,还更新和加装了许多部件和试验设备。从1996年11月29日起,这架经过大幅改进的图-144LL(LL代表“飞行实验室”)在格罗莫夫飞行试验基地投入使用,到1999年4月14日联合研究项目结束时共飞行27次,获取了大量的试验数据,但这也是图-144在天空的绝唱了。

图-144家族共生产了16架,包括一架原型机、一架预生产型图-144S(77101)、9架生产型图-144S(77102~77110,77105后被改装成D型)和5架图-144D(77111~77115),目前还有6架被完整保存在俄罗斯的莫尼诺空军博物馆、乌里扬诺夫斯克民用航空博物馆和喀山国立技术大学等地,由德国辛斯海姆技术博物馆收藏的77112号机是唯一落户国外的图-144,与之相邻的正是“死对头”——一架退役的“协和”。

俄罗斯想借美国让图-144重获新生

苏联解体后,俄罗斯想通过与美国的合作让图-144重获新生,但经过改进的图-144LL经历了27次试飞之后,“战马”最终也没能翻身。

 

美国榨干了图-144最后一滴价值,获取了大量的试验数据,1999年4月14日是图-144在天空的绝唱。

结语

其实图波列夫设计局“更快更远更高”的雄心壮志远不止如此,早在1979年就着手研制下一代的图-244超声速客机,从气动布局、动力配置、机体材料到飞控系统等都有更大胆的设计,可载客300人,航程将达1万千米。可惜因资金短缺和市场前景不明朗,图-244在1993年巴黎航展上展出过模型后就再无下文了。从现实的角度看,也许像图-344和图-444这样的小型超声速公务机会成为图波列夫圆梦的突破口。

《航空知识》独家供稿


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编辑:网易航空曾涛
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