作者:晨楓
五十年前,在人們的歡呼聲中,藍湛的天空中滾過巨大的雷鳴,一道潔白的身影漂亮地劃過。但這不是四十而知天命的故事,這是五十而哀思的故事。這是協和式的故事。這是一曲天鵝之歌。
1969年3月2日,英法合作的協和式飛機進行了首飛;1976年1月21日,英法分別將協和式投入倫敦-巴林和巴黎-達喀爾-裏約熱內盧的航線運行,距今正好50年。人類突破音障已經70年了,軍用超聲速飛行早已不新鮮,但這是世界上第一架也是唯一一架按照不需要空中加油而能夠越洋超聲速飛行設計的飛機,至今後無來者,如果不算短命的圖-144的話。B-58需4次空中加油才能飛越大西洋,SR-71從英國到利比亞偵察來回需要8次空中加油,圖-22M“逆火”是按照超聲速沖刺設計的,巡航還是亞音速,圖-160“海盜旗”具有長時間超聲速巡航的能力,但也不是按全程超聲速設計的。
英國的德哈維蘭“彗星”客機是世界上第一種噴氣式客機,但問世不久,就因爲對金屬疲勞的危害缺乏認識而接連陷入機毀人亡的惡性事故,總算解決而重返天空時,發現高亞音速噴氣客機的橋頭堡已經被美國的波音和道格拉斯占去了。二戰之後的英國雖然病弱,但科技實力和爭霸雄心依在。1956年,B-58超聲速轟炸機首飛成功,具有空中加油後飛越大西洋的能力,這刺激起英國借超聲速客機在民航客機領域奪回領先地位的雄心。英國的皇家飛機研究中心(Royal Aircraft Establishment,簡稱RAE)出面設立了超聲速運輸機研究委員會(Supersonic Transport AircraftCommission,簡稱STAC),集中研究超聲速客機的技術問題和經濟性問題。
飛機在達到超聲速之後,阻力上升放慢,但機翼的升力系數下降加速。這樣一來,阻力實際上得失相抵。超聲速客機在經濟性上的好處主要還是從節約時間上來的。如果燃油消耗相當,在同等載客量的條件下,一架M2.0的超聲速客機的實際運能相當于2.5架M0.8的亞音速客機,在采購和維修成本上有利。實際情況當然沒有那麽簡單,維修、機場周轉都需要時間,超聲速客機的起飛、降落也需要時間,但以時間換效益大體就是研制超聲速客機的經濟動力。
STAC的結論是,超聲速客機只有具有在相當的載客量時在遠程航線上運營才比較經濟,航程以歐洲西海岸到美國東海岸爲基准航線時,速度以M2.2爲宜。速度更低將難以保證在倫敦和紐約之間當天來回,大大降低超聲速旅行的吸引力。速度更高將超過鋁合金的耐熱能力,需要采用不鏽鋼或钛,在技術上未知數太多。
STAC對超聲速客機的氣動布局進行了概念性的研究,建議采用細長機身和無尾大後掠三角翼,以最大限度地提高超聲速升阻比。大後掠角可以延遲激波的産生,三角翼有利于實現跨音速面積率,細長機身減小迎風阻力。與此同時,美國的NACA(NASA的前身)、法國的ONERA、蘇聯的TsAGI也在全力研究超聲速客機中,得出和STAC大體相同的結論。
爲了進一步研究技術細節,英國專門設計和試飛了很多研究機,研究超聲速飛行的各方面問題。Fairey Delta是第一個采用無尾三角翼布局的噴氣式研究機,按英國人的說法,法國的幻影戰鬥機的無尾三角翼布局也是“偷”Fairey Delta的。Hendley Page的P115研究機著重研究無尾三角翼的低速橫滾操控性能;布裏斯托爾188研究機全機用不鏽鋼制造,著重研究高速飛行時的氣動加熱問題;BAC221研究機著重研究S形前緣無尾三角翼的氣動特性;三角翼的“火神”轟炸機則用來試驗“奧林普斯”發動機。
60年代初,英國布裏斯托爾飛機公司(Bristol Aeroplane)和法國南方飛機公司(Sud Aviation)分別提出布裏斯托爾198和“超快帆”超聲速客機方案。布裏斯托爾198采用大後掠無尾三角翼,翼下6台羅爾斯·羅伊斯“奧林普斯”渦噴發動機,載客130人,速度M2.2。
布裏斯托爾198過于野心勃勃,後來被英國飛機公司(British Aircraft,簡稱BAC,由衆多中小飛機公司合組而成,布裏斯托爾是其中的一個)的BAC223方案代替,氣動外形基本不變,尺寸縮小,采用翼下4台“奧林普斯”發動機。法國南方的“超快帆”可以算作亞音速“快帆”SE-210的超聲速版,氣動外形和BAC223十分相似,但是要小一號,只能載客70人,航程3200公裏。
英法的超聲速客機項目都高度依賴政府的贊助,但是單幹的成本太大,英國政府要求BAC必須找到一個國際合作夥伴,分擔開支和風險,BAC223和“超快帆”合並爲協和式計劃。
對于歐洲,60年代是一個充滿惶惑也充滿希望的年代。第二次世界大戰的傷口開始愈合,人們開始重新拾起戰前生活方式的碎片,休閑旅行重新活躍起來,空中旅行成爲新的時尚。但是,歐洲的天空充斥著波音、洛克希德、道格拉斯的飛機。更重要的是,老牌帝國們昔日的輝煌不再,歐洲生活在蘇聯鐵幕的陰影和美國的核保護傘之下,對自己的未來充滿惶惑。爲了把不乏先進技術但市場和研發支離破碎的歐洲航空工業整合起來,形成規模優勢,重建昔日的輝煌,以此帶動歐洲經濟和政治的複興,以英法爲主的歐洲國家很早就開始探索歐洲合作,協和式是這一努力的産物。
英國最初的想法是把美國和西德也拉進來,但是美國的胃口更大,而且熱衷于單幹,對和歐洲合作沒有太大的興趣。西德剛從戰後的廢墟中爬出來,戰後初期的軍控條約也限制西德涉及有軍事潛力的航空領域,所以也只好作罷。這樣只剩下英法兩家成爲自然的合作夥伴。有意思的是,這不是兩個公司之間的商業協議,而是兩國之間的政府協議。爲了保證項目的順利進行,協議還規定了退出條款,單方面退出將受到嚴厲罰款。
英法在曆史上恩恩怨怨了幾百年,英國人認爲法國人像刺毛蟲,尤其是涉及國家、民族榮譽問題,碰不得的;法國人則認爲英國人傲慢、散漫。協和式使兩國的工程技術人員發揮了最大的民族自尊和職業榮譽,在合作中展開了積極的競爭,最後結果是雙贏,雙方都把最好的東西放上了桌面。但是,幾百年的隔閡總是給合作帶來一些意想不到的問題。比如法國人的稱呼比較正式,多用姓,而英國人比較隨便,稱呼人喜歡用名。有一次,在經過緊張的討論後,雙方終于達成協議,大家都松了一口氣後,英方主管對法方主管說:“讓,我們應該把剛才討論的東西記錄下來,要不要讓克勞迪娅進來速記一下?”法方主管有點丈二摸不著頭腦:“好啊,鮑伯,可誰是克勞迪娅?”其實克勞迪娅就是他的秘書,但他多少年來就是叫她杜邦小姐的。
由于牽涉到民族尊嚴,協和式的名稱也有過一段不大不小的插曲。法國一直稱之爲Concorde,這是法文的拼法。英國一開始也稱之爲Concorde,後來曾短期按英文拼法改爲Concord,但最後還是改回到Concorde。這多出來的一個“e”引起了英國國內強烈的非議,政府只好解釋說這個多出來的“e”指英國(England)、優秀(Excellence)、歐洲(Europe)、協約(Entente cordiale,這是英法在1904年簽訂的條約,中止了兩國之間近千年的敵對)。這樣的牽強附會的解釋當然進一步引起英國人的不滿,蘇格蘭裔的議員甚至要把“e”改爲“s”,因爲協和式的機頭錐是在蘇格蘭制造的。政府方面只好強辯“e”也是Ecosse,這是法文中蘇格蘭的拼法。東拉西扯,總算把“e”的問題擺平了。但多年後,英國政府中有關人士回憶說,這個“e”還不如說是揮霍(Extravagance)和漲價(Escalation)呢。
叫不叫姓或者加不加“e”都不是大問題,大的問題是英法兩國對超聲速客機的基本設計要求有根本分歧。英國的想法是大型、遠程,只有這樣,才能體現出超聲速的優越性;法國的想法是中型、近程,只有這樣,才能夠控制技術風險和成本,有利于未來的進一步發展。這種分歧不是在協和式上才出現的。縱觀英國飛機,多爲跨越發展,很少繼承,以戰鬥機爲例,戰後的“閃電”式、“狂風”式和“台風”式,很難看出一脈相承的技術思路。相反,法國的幻影3、幻影2000到“陣風”式就是小步快跑路線,可以看出清晰的技術接力。在反複爭論後,英國方案在1964年成爲最後的方案。至今,法國人認爲協和式是法國飛機,英國人認爲協和式是英國飛機,兩家都不願意放棄這個60年代科技最高水平的象征,有時還會爲了“版權”而爭執。
按照協議,法國宇航的圖盧茲工廠和BAC的菲爾頓工廠各自制造一架原型。圖盧茲的001號飛機在1969年3月2日首飛,10月1日首次達到超聲速。菲爾頓的002號飛機于同年4月9日首飛。1971年9月4日開始,001號機開始了促銷之旅,002號機在1972年6月2日也同樣踏上了促銷的旅途,並于1973年首次飛抵美國,參加了當時世界最大的達拉斯-沃斯堡機場的開幕式。
促銷活動最終贏得了109架(一說74架)意向性訂貨,泛美、英航、法航是啓動用戶,大陸、美航、聯航、環航、加航、新航、日航、漢莎、巴西、Braniff、伊朗、澳航、希臘的奧林匹克、黎巴嫩的中東航空都下了意向性的訂單,甚至中國民航也意向性訂購了兩架。英法估計銷售達到200架就能收支平衡,但估計能達到至少250架。
與此同時,協和式的試飛和生産准備也在緊鑼密鼓地進行。協和式共進行了5335小時的試飛,其中有2000小時是超聲速。協和式的一些飛行記錄至今沒有打破。
協和式集中了60年代歐洲航空技術的最高水平。在飛控上,協和式首次在民航飛機上采用了模擬電傳飛控,比傳統的機械飛控的響應速度大有提高。全工況自動駕駛儀和自動油門可以從起飛拉起後一直控制到降落,全程自動控制飛行。協和式還采用模擬電傳發動機控制,這是現代全權數字發動機控制的前身。
協和式前所未有的速度使設計遇到了前所未有的問題。S前緣的大三角翼是協和式最大的外觀特征。很大後掠角的翼根處相當于邊條,在起飛著陸大迎角姿態時産生強大的渦升力,彌補機翼升力的不足。圓渾的翼尖則逐漸減小升力,減少翼尖失速的問題。燃油系統將燃油盡量往尾翼油箱轉移,控制重心、幫助配平,減少氣動配平的阻力。
翼下的四台羅爾斯-羅伊斯“奧林普斯”是當年推力最大的噴氣發動機。更加省油和安靜的渦扇發動機迎風面積較大,阻力太大,不適合超聲速客機的使用,所以“奧林普斯”采用渦噴。發動機推力按照巡航要求最優化,起飛加速和沖過音障需要最大推力時用加力解決。實際上,非加力推力也勉強足夠協和式達到超聲速,但在跨音速階段加速的時間加長,最後的累計耗油率反而高。“奧林普斯”是西方民航飛機上使用的唯一的加力發動機。爲了進一步優化發動機的工況,進氣口采用大型斜板調節激波的位置,並對進氣預壓縮,使發動機從亞音速到超聲速都能處在最優的進氣狀態。
超聲速飛行的另一個平常較少考慮的問題是發動機熄火對飛機的穩定性和結構強度的影響。發動機不光提供推力,還把氣流“攬”過來。一旦熄火,不光喪失推力,本身進入風車狀態反而成爲一大阻力來源,造成嚴重的偏航力矩。亞音速的時候發生這個問題已經夠麻煩了,要是超聲速的時候突然來這麽一下,飛機有可能就此空中解體。協和式對這個問題的解決很有意思。一旦發動機熄火,進氣口的斜板下垂,基本封閉進氣口,將氣流導向發動機下,使流場恢複流線型,另外氣流對斜板的沖壓也産生一點升力。在試飛中,協和式可以將一側的兩台發動機全部關掉,而不至于引起飛控穩定性問題。
協和式的速度爲M2.02,這是由鋁合金結構的耐溫極限所決定的,速度更高的話,氣動加熱更加嚴重,需要用沉重的不鏽鋼或者天價的钛合金了。英國在早期制造世界上第一架噴氣客機“彗星”式的時候,吃了金屬疲勞的大虧,接連摔了好幾架。協和式在起飛加速時,機體表面升溫;飛入高空寒冷大氣時,機體表面降溫;加速沖過音障時,機體表面再次加溫;減速下降過程則反一反。這樣一來,協和式每次飛行都要經過兩個升溫-降溫循環,金屬疲勞的問題不容小觑,英國爲此花了極大的功夫解決。事實上,協和式的機體在超聲速的時候,由于熱脹冷縮將拉長300毫米,熱脹間隙最大的地方是隨機工程師的工作台和艙壁之間,所以所有協和式在退役前的最後一次飛行中,隨機工程師都把自己的帽子放在這個縫隙裏,到地面冷卻後,帽子就永久性地夾住了,成爲所有今天在航空博物館裏的協和式的一個共同的特色,好像一個不成文的傳統一樣。西雅圖波音飛行博物館裏的這個帽子被一個小偷用刀割下來,結果博物館廣出公告,保證不追究,小偷才把帽子還了回來。
氣動加熱的問題不僅在機體,超聲速飛行的時候,座艙風擋玻璃熱得燙手。另外一個問題是飛機的塗裝。所有協和式都是潔白的塗裝,這不是偶然的,這是用來保護鋁蒙皮的。唯一例外是1996年時,法航把一架協和式塗上百事可樂的深藍色,但代價是這架飛機在M2速度時只能飛行20分鍾,否則漂亮的塗裝可能會燙得起泡剝落。好在這架飛機那時已經只用作短途促銷飛行,不再需要長時間超聲速飛行了。
超聲速飛行的氣動受力也是非同小可,相對軟弱的機翼外段後緣的控制面在超聲速飛行時鎖定在水平位置,只用較強壯的機翼內段後緣的控制面。纖細修長的機體的剛度也不太高,飛機起飛的時候,從機長位置往回看,可以看到筒形機體的彎曲。好在廁所特意設置在機艙中段,阻隔旅客的視線,避免不必要的聯想,也減少坐在修長機艙內像在水管子內的感覺。
爲了在起飛失敗後迅速減速,協和式的刹車采用了全新概念的防抱死刹車,這是現代汽車上防抱死刹車(ABS)的前身。爲了耐高溫,刹車采用碳材料。在緊急刹車時,刹車可以在1600米內把飛機從305公裏/小時的起飛速度停下來,但這時刹車片溫度可以高達300-500度,需要幾個小時才能完全冷卻下來。不光刹車,起落架也需要格外強壯。這是因爲無尾三角翼布局不僅使起飛速度較高,起飛時也需要較大的迎角才能産生足夠的升力,這樣起落架在最後離地的時候角度較大,需要額外加強,而且長度也因此增加。較長的起落架不僅重量增加,還引起額外的問題。如果像常規的那樣從兩側向中間收起,兩個起落架要打架,所以只好先縮起一部分,再向中間偏轉,進一步增加了複雜性和重量。
起飛、著陸時較大的迎角使飛行員的視界受到嚴重的影響,所以機頭錐可以下垂,在地面、起飛、著陸時下垂,改善飛行員的視界;進入平飛狀態後升起到水平狀態,減小阻力。不過著陸時尤其需要優良的前下方視界,但主起落架接地時,機頭錐下垂角度自動減小,保證機頭錐不至于在前起落架落地時發生觸地問題。
由于協和式的巡航高度達到18000米,大大高于通常高亞音速客機的12000米巡航高度,宇宙射線的強度因此加倍,在太陽黑子活動激烈的時候,對于旅客的健康可能造成影響。駕駛艙內因此有一個宇宙射線探測儀,發現宇宙射線強度異常升高的話,提醒飛行員迅速下降到14000米的巡航高度。
更高的巡航高度的另一個問題是座艙意外減壓。在15000米以上的高度上,座艙一旦失去壓力,即使身體健壯的人也將在10-15秒內失去知覺。高速飛行帶來的文丘裏效應甚至可能形成抽吸,使機艙壓力低于外部大氣壓力,進一步加劇這個問題。汽車高速行駛時,車內的紙片肯定飛出車外,而車外的樹葉不大可能飛入車內,這是一樣的道理。所以協和式的機窗都很小,不僅有利于結構強度,也在萬一發生漏氣時放慢漏氣速度。與此同時,輔助壓力系統將維持機艙壓力一段時間,飛行員按規定應該迅速下降高度,盡量恢複機艙壓力。
世界上唯一可以和協和式相提並論的飛機就是圖-144。圖-144采用鋼和钛的機翼前緣,所以最高速度可以達到M2.35,高于協和式。但圖-144需要開加力才能達到兩倍音速以上的速度,極大地縮短了航程。設計圖-144是政治任務,這是60年代蘇聯與西方的軍備競賽的擴展,最重要的目標就是要搶在英法之前首飛、投運。但技術條件限制使得兩倍音速與經濟性不可兼得,安德烈·圖波列夫試圖提醒蘇共最高領導層這一問題,被告知這不是他應該多慮的問題,所以圖-144從一開始就不“多慮”經濟性和航程問題。
圖-144的機翼是簡單的直前緣雙三角翼,爲超聲速飛行而高度優化,低速性能不好,以後只好用可收放的鴨式前翼加以補償。圖-144的發動機出人意料地采用低涵道比渦扇,但這並不適合于超聲速巡航,後來試用渦噴反而增加了超聲速航程,但這時圖-144已經撤出航班飛行了。
流産的美國波音2707曾打算把最高速度提到三倍音速,計算結果表明,倫敦到紐約的跨大西洋飛行只比協和式快20分鍾,但技術複雜性和成本極大地提高了。幾經周折和嚴重超支拖延之後,加上公衆對噪聲和汙染的強烈反對,美國國會終于對波音2707失去了信心,撤銷撥款,這個美國曆史上唯一政府出資的民航客機項目就此偃旗息鼓。
今天的大型噴氣民航客機盡管種類、型號五花八門,但氣動外形的高度優化使得大家的外觀都差不多,要一眼辨認出誰是誰,就是對于老鳥,也是很有一點挑戰的。只有協和式,婦孺皆知,絕無認錯的可能。在最初的公衆反對聲浪過後,協和式的飛行成爲少有的公衆仰慕的對象。協和式飛越的時候,很多人會出來觀看,甚至對著天空揮手致意。
對于協和式的公關效應,英國人實在是太清楚了。協和式時常出現在皇家慶典上,協和式和“伊麗莎白女王二世”號豪華郵輪或者英國的“紅箭”飛行表演隊同台演出成爲英航公關的保留節目。英國公衆對協和式也是投桃報李,在2006年的BBC和倫敦工藝美術博物館(Design Museum)合辦的大英設計大賽(Great Britain Design Quest)中,協和式擊敗迷你汽車、迷你裙、捷豹E Type、“噴火”式戰鬥機而力拔頭籌。
老坐飛機長途旅行的人,很多人一上飛機就睡覺,但坐協和式沒有睡覺的。旅客艙內速度表指向2馬赫的時刻,總是伴隨著歡呼和閃光燈。協和式每分鍾30多公裏的速度相當于步槍子彈出膛的速度,誰還甘心睡覺呢?從1970年11月首次達到2馬赫,協和式是至今唯一以兩倍音速爲正常巡航模式的大型飛機,巴黎到紐約的越洋飛行只要三四個小時,乘客無需像在軍用飛機上那樣穿上壓力服、戴上飛行盔,而是可以舒適地品嘗香槟酒和龍蝦大餐,只是要品嘗得快一點,飛機馬上就要降落了。
然而,協和式在技術上輝煌的成就不能掩飾其在經濟上同樣奪目的慘敗。早在1964年威爾遜政府上台時,英國就已經反悔了,宣布單方面退出協和式計劃。但四濺的口水尚未落地,律師們就發現一個大問題:按協議規定,英國要是單方面退出,將要面對天文數字的罰款。無奈之下,英國只好在1965年悄悄地重返協和式計劃,被迫重新往協和式這個黑洞裏灌錢,但這時英國的國庫已經被掏空了,只好拆東牆補西牆,接連取消了已經上馬的HS681垂直/短距起落運輸機計劃、P.1154超聲速垂直/短距起落戰鬥機計劃、TSR.2偵察攻擊機計劃和有關的其他計劃,其中有些甚至已經首飛。在以後很長一段時間內,英國也被迫凍結了對航空工業的所有撥款,最終間接促成對英國航空工業的葬送。英國是歐洲合作的發起人,但英國的出爾反爾(這是第一次,但不是最後一次)給日後的英法和歐洲合作帶來了很大的陰影,英國作爲歐洲航空工業的龍頭老大從此失去了領導地位。
從一開始,協和式就籠罩在濃濃的環境保護和營運效益的陰影之下。在艱難的技術和經濟長征之後和公衆反對的驚濤駭浪之中,協和式終于戰戰兢兢地開始了航班飛行,在1976年1月21日首次投入商業性營運飛行。最初的航線是倫敦到波斯灣的巴林和巴黎到巴西的裏約熱內盧。由于美國國會以噪聲爲由的禁令,協和式不得在美國降落,北大西洋上空的協和式設計基准航線反而沒有協和式的身影。
60年代是一個動蕩的年代。美國在越南陷入了深深的泥潭,在政治和經濟上第一次嘗到虛弱的味道。美國國內的民權和自由化運動風起雲湧,公衆對保護自身利益和保護環境的意識空前高漲,超聲速客機的音爆、汙染和對臭氧層的破壞激起了公衆對超聲速客機的強烈反對。
超聲速飛行時,機頭和機尾兩道激起激波,波前鋒的空氣密度急劇增高,傳到人耳裏,就是接連兩聲強烈的爆炸一樣的聲音,這就是音爆。飛機越大,速度越快,音爆越強烈。
音爆現象早就爲人們所熟知,但在研制超聲速客機之初,人們錯誤地認爲,只要飛得足夠高,音爆應該不成問題。在試飛3倍音速的B-70轟炸機時,這個觀點被粉碎了,在兩萬米高度飛行的B-70仍然能夠産生強烈的音爆。更加嚴重的是,客機的噪聲汙染將不再局限在機場周圍,而是泛濫到航迹所及的所有地方,同時將不分晝夜。
爲了測試超聲速客機頻繁飛行産生的音爆對城市居民的影響,FAA和美國空軍在1964年在俄克拉荷馬市進行了爲期6個月的音爆試驗,每天由空軍的超聲速飛機(主要是F-104和B-58,偶爾也有F-101和F-106)飛越城市,産生8次音爆,音爆強度遠遠不到震碎玻璃的程度,以測定對居民生活的影響。由于市民事先得到通知,知道音爆的准確時間,所以開始時市民並沒有太在意,有些施工工地的工人甚至一聽到音爆,就知道喝咖啡休息的時間到了。但是沒有多久,玻璃開始震碎,牆壁開始開裂,市民們開始憤怒。開始時FAA充耳不聞,對市民的賠償要求不理不睬,進一步加劇了市民的憤怒,很快發展成政治事件。抗議、投訴、索賠像雪片一樣飛進各級政府和主持試驗的FAA,以後發展成市民對政府的官司,試驗只好停止。俄克拉荷馬市的音爆試驗在很大程度上促成了對超聲速飛行的極端負面的公衆輿論,爲日後在美國和歐洲大陸上空禁止民航超聲速飛行種下了種子。但協和式航線的主要部分在大西洋上空,音爆實際上不是問題,反正魚兒、海龜和海鳥不能抗議。
除了音爆外,超聲速客機的渦噴發動機是爲超聲速巡航而優化的,迎風截面小,噴氣速度高,起飛、著陸時還要打開加力,這樣在起飛、著陸時的噪音異常尖利、響亮,加劇了人們對噪聲汙染的抱怨。不過協和式的起飛、著陸噪聲事實上比當時作爲美國總統座機的“空軍一號”波音707飛機還小,協和式的起落噪聲問題言過其詞了,但公衆的負面印象一旦先入爲主,就很難改變。
高空飛行對臭氧層的破壞則是有案可查的,只不過軍用超聲速飛機一般還是以亞音速巡航,影響相對較小。但大量的民航超聲速飛行對臭氧層的影響,引起公衆極大的疑慮,畢竟熱愛在太陽下“烤肉”的人們不希望增加患皮膚癌的可能。亞利桑那大學的科學家在美國國會作證,500架超聲速客機在美國上空夜以繼日地穿梭飛行,將每年增加1萬名皮膚癌患者。雖然這後來被證明爲誇大其詞,但在大陸上空的民航超聲速飛行在公衆和輿論中已經被判了死刑。
限于發動機技術,超聲速客機的發動機在低速時的推進效率較差,燃燒效率也不好,協和式起飛時遮天蔽日的黑煙,也引起對環境汙染日益敏感的公衆極大的不滿。
公衆的反對只是問題的一半。爲了最大限度地減小超聲速巡航阻力,超聲速客機的機艙截面尺寸都是盡可能小。這樣一來,機艙十分局促,不利于增加載客量。超聲速客機需要異常長的跑道,不僅限制了可以起降的機場,也增加了航空公司的運營成本,機場當局是不會讓你免費使用額外資源的。波音747和其他寬體客機的出現使亞音速客機的載客量大大超過了超聲速客機,單位油耗大大降低,協和式的人-公裏油耗3.5倍于波音747,使本來對超聲速客機有利的經濟算盤完全顛倒了過來。
更要命的是,第一代超聲速客機的航程很尴尬,用作跨越大西洋的紐約-倫敦或者紐約-巴黎的飛行足夠了,但是邁阿密-倫敦就是緊巴巴的,邁阿密-巴黎就不夠,跨越太平洋更不夠,舊金山到東京的航線必須在夏威夷或中途島停一下,加油再飛。高亞音速的波音747不需要中途加油,反而可以先抵達東京,寬大的機艙還爲旅客提供了舒適得多的環境。而這時正好是超聲速客機十月懷胎的關鍵時刻。
環保和油耗問題使協和式的商業生存力大受危害,但1973年的石油危機成爲壓斷駱駝脊背的最後一坨巨石。各國航空公司本來爭先恐後下的意向性訂單,一夜之間全像烈日下的露珠一樣揮發了。協和式一共生産了20架就早早停産了,其中兩架是原型,兩架是預生産型,兩架生産型從來沒有用于航班飛行,14架最後進入航班飛行的生産型協和式中,只有9架是“按標價”由政府補貼出售給英國和法國的國營航空公司,剩下的5架全是以1英鎊或1法郎的象征性價格無償轉讓的。
英法從來沒有公布過協和式計劃的總投資,後人估計達1976年幣值11億英鎊,或者2000年幣值110億美元,甚至有說法高達350億美元。另一個說法是計劃總投資最後超過預算6倍。協和式的單價爲1977年幣值4600萬美元。由于政府出資購買飛機,英航的協和式航班利潤有80%要上交國家,作爲對政府貸款的償還。這也是英航的協和式航線盡管一直贏利,但對于繼續經營並無積極性的原因。在慘淡經營近30年後,協和式遇上911和巴黎空難,最後于2003年9月退出航班服務,所有剩下的飛機都散失到各地的博物館去了。
美國國會一年後取消協和式在紐約肯尼迪機場起落的禁令,但協和式的首選目的地紐約依然在公衆輿論的反對下禁止協和式在紐約起陸。還好上帝關閉一扇門,總是打開一扇窗。在美國運輸部長的特許下,華盛頓機場決定容許協和式起落,盡管協和式在進入美國大陸上空後必須減速至亞音速以避免音爆的問題。勢利的紐約人不堪忍受華盛頓有協和式的航班而紐約沒有,也終于容許協和式在紐約起降了。1977年11月22日,英航和法航終于開通了倫敦和巴黎到紐約之間的協和式航班,英航一天兩班,航班號爲BA001到004,單號爲倫敦到紐約,雙號爲紐約到倫敦;法航一天只開一班,AF001是紐約到巴黎,AF002是巴黎到紐約。
1977年裏,新加坡航空公司和英航合作,開辟倫敦經巴林到新加坡的超聲速航線,飛機右邊用英航的塗裝,左邊用新航的塗裝。不過馬來西亞和印度以音爆爲由,相繼禁止協和式以超聲速飛越領空,1980年這條航線就放棄了。1978年墨西哥石油勃興的期間,法航開辟巴黎經由紐約或者華盛頓到墨西哥城的協和式航線,在美洲上空的航線減速到亞音速,只有在墨西哥灣上空可以短暫地達到超聲速。這條航線在80年代初世界經濟危機的重壓下,很快陷入虧損,後期飛機幾乎空無一人,只好在1982年關閉航線。不過法國人死腦筋,要是稍微拐一下,從巴哈馬繞道,可以極大地避開在大陸上空不得超聲速的禁令,英航後來用協和式作爲包機飛到墨西哥城或者海邊度假勝地阿卡波爾科走的就是這條路。
1978年,廉價航空的先驅Braniff與英航和法航達成協議,將協和式到華盛頓的航線延伸到休斯敦,當然整個大陸航段都是亞音速的。不過票價太貴,贏利不好,機艙通常只有半滿,到1980年也中止了。
1984年,英航開辟了倫敦經由華盛頓到邁阿密的協和式航線,在飛越北卡羅來那海岸線之後,可以在海上飛6-7分鍾的超聲速,然後就要准備在邁阿密降落了。不過這條航線的生意也不怎麽樣,機上通常只有二三十個旅客。由于載客量少,飛機較輕,有時候華盛頓天氣不好,索性從邁阿密直飛倫敦。最快的速度記錄是載70名乘客時,用3小時47分鍾飛行7400公裏,這差不多是溫哥華到東京的距離了。這條航線在1991年也關閉了。但這個飛法只能保證從邁阿密到愛爾蘭,到了愛爾蘭後,飛機上要和倫敦核實還有足夠的燃油,才可以直飛倫敦,否則必須在愛爾蘭降落加油。
協和式經常被用來作包機飛行,其中比較出名的是1992年10月12到13日的環球飛行。法航的一架協和式從葡萄牙的裏斯本出發,在多米尼加的聖多明戈、墨西哥的阿卡波爾科、夏威夷的火奴魯魯、關島、曼谷和巴林加油,最後以32小時49分鍾3秒的時間,創造了環球飛行的速度記錄。1995年8月15到16日,同一架飛機自西向東飛,從紐約起飛,經圖盧茲、迪拜、曼谷、關島、火奴魯魯和阿卡波爾科,最後以31小時27分中49秒完成環球飛行。
到1999年3月2日協和式首飛30周年紀念日爲止,協和式共飛行了92萬小時,其中60多萬小時爲超聲速,遠遠超過幾乎所有西方飛機的超聲速飛行總時數。
由于機艙窄小,載客量少,協和式的機艙內座位不分等級,都是按照頭等艙處理,每排四座。不過這個頭等艙可不及波音747上頭等艙的寬大、舒適。協和式上的座位相當窄,前後間距也只比普通飛機上的經濟艙長個6、7英寸(約180毫米),更談不上轉椅、躺椅等現代頭等艙裏常見的功能。走廊的高度勉強達到6英尺(約1米82樣子),頭頂的隨身行李箱更小,裝不了什麽東西。不過協和式的速度快,倫敦到紐約只有3.5小時,這些不便都能忍受了。坐協和式本來就是身份的象征,權當坐法拉利跑車,那個也不寬敞。好在協和式上有的是免費的香槟酒,大餐的水平也不是一般的航班所能相比。喝得糊裏糊塗的,吃得撐住了,這點不舒適就都忘記了。
協和式的巡航高度大大高于一般民航機,機窗裏往外看,可以清晰地看到地球的曲率。機外大氣溫度是嚴寒的零下60度,但氣動加熱使機體表面平均達到120度,機窗摸上去是溫熱的,越靠前越熱。
由于協和式的飛行速度超過地球自轉速度,向西飛行可以日落後在倫敦起飛,但在紐約時間的黃昏前就到達,所以英航常用“出發前就到達”(“Arrive before you leave”)作廣告。這個特點也使得協和式被用來觀察日食現象,可以贏得更多的觀察時間。高速飛行的另一個“副作用”對女士們比較有吸引力,盡管這“減肥”作用是短暫的:自西向東飛行時,飛機速度和地球自轉的疊加産生足夠的離心力,使體重減少1%;但要是反方向飛,體重就要增加0.3%。由于協和式的飛行高度很高,離地心較遠,重量還要進一步下降0.6%。
在90年代時,在紐約和倫敦之間,坐協和式去,坐“伊麗莎白女王二世”號豪華郵輪回,這是最有派、最英國的事情。當然,這時候坐協和式已經不是爲了速度了。實際上,坐協和式就沒有多少人是爲了速度的,這就和駕賓利跑車不是爲了速度、戴百黛菲利手表不是爲了准時一樣。
在協和式用于航班飛行的頭二十年裏,協和式是世界上最安全的噴氣客機,沒有發生過任何事故。但2000年7月25日,法航的一架協和式在起飛後不久墜毀,機上100名旅客、9名機組人員和地上的4人喪生。這唯一的一次墜毀事故使協和式一夜之間從最安全的客機變爲最不安全的客機,每百萬航次喪生旅客數爲12.5,三倍于第二差的倒黴蛋。不過協和式用于航班飛行的只有14架飛機,墜毀一架,這樣的數據在統計上沒有多少意義。
關于這次事故,現在有兩種說法。官方的調查結果是在協和式起飛前4分鍾,美國大陸航空公司的一架DC-10在起飛中發動機反推力裝置掉落,協和式隨後起飛時,金屬殘骸刺穿了起落架上的輪胎,輪胎爆裂的橡膠碎片擊中機翼油箱,引起油箱內燃油的“水錘”沖擊,導致油管破裂,在撞擊中損壞的電線的火花引燃了泄露的燃油,導致發動機起火。
另一個說法是這架協和式超重起飛,左右機翼的燃油重量也不平衡,在起飛時偏離跑道中線,被迫提前拉起,最後造成失速。
不管原因如何,黑盒子記錄表明,在左側發動機起火時,隨機工程師按照緊急處理規定關掉了著火的發動機,以控制火勢。但這時飛機速度不足,失去部分動力更加加劇了這個問題。飛行員一面試圖重新啓動發動機,一面試圖拉高,但進入了失速。飛行員只得壓機頭,用高度換取速度,改出失速,但高度實在太低,墜毀了。
事故後,所有協和式停飛,油箱內加一層凱夫拉保護層,輪胎改用防刺透的。由于協和式的翼內油箱空間窄小,一般身材的維修工人鑽不進去,英航和法航特意懸賞身材妙曼玲珑的小姐們幹這活,最後還真是靠這些纖纖女郎們才完成了這活計。
一年後,英法兩國的協和式同時返回天空,協和式的航班恢複了。但是說來也巧,英航恢複協和式的第一班航班正好是2001年9月11日。這班航班不對外售票,旅客都是英航人員,旨在鼓勵一般旅客的信心,但撞上了改變世界的911。911發生的時候,這架協和式正在空中,雖然最後獲准降落,但911對民航業造成毀滅性的打擊,協和式也不能例外。
協和式的維修和運行十分昂貴。法航據說一直虧本,英航倒是一直賺錢的。但是協和式的成本太高,票價也太高,紐約到倫敦的單程票價高達8000美元,來回至少11000美元,而同時代波音747上頭等艙(比商務艙還高一級)的來回票不到6000美元。盡管如此,波音747的頭等艙賺的錢比協和式還多,規模經濟和較低的耗油率實在是沒法比。協和式的油耗是每人每百公裏17升燃油,或者每人每加侖(美制)14英裏。2008年經濟危機期間,底特律汽車大三的總裁們坐公務飛機到華盛頓向國會乞討救援,被美國上下的輿論一頓痛罵,但“灣流”G550公務飛機還比這省油呢(每人每百公裏15升或者每人每加侖16英裏)。相比之下,波音747-400是每人每百公裏2.6升或者每人每加侖91英裏。911成爲協和式背上的最後一根稻草。2003年4月10日,英航和法航同時宣布,巴黎空難和911使得協和式的營運不再盈利,飛機的老邁也使得維修成本日益高企,協和式將在一年後退休,永久地離開天空。
不過,娛樂界起家但已經開辦英國維京大西洋航空公司的查爾斯·布朗遜提出,他願意用英航當年的1英鎊價錢買下英航的協和式機隊。英航拒絕了。雖然在英國政府的補貼下,英航確實只用了1英鎊就“買”下了其中的幾架協和式,但此後協和式航班利潤的80%都交給政府,所以英航的實際購買價格是2600萬英鎊一架,當然不肯以一英鎊賣給布朗遜。布朗遜聲稱最後把單價提高到500萬英鎊,但不管英航是否同意,負責協和式維修和備件的空客不想再管這些已經老邁的飛機了,要是再出事故,空客不想被牽連。布朗遜的提議最後無疾而終。
法航在2003年5月30日飛了協和式的最後一班商業航班,英航的協和式則在2003年10月間在美國和加拿大幾個大城市作告別飛行,最後撈了一把。10月14日的最後跨越大西洋的沖刺創造了最新的世界紀錄,3小時5分中34秒從倫敦到波士頓。10月下半月裏,英航的協和式在英國國內作告別飛行,10月22日,兩架協和式分別來自紐約和曼徹斯特,同時在倫敦希思羅機場降落。10月23日,伊麗莎白二世女王特許在倫敦西郊的溫莎城堡點燈,把古堡照得通明,爲最後一班西行的協和式送行,這是國家慶典或者貴賓來訪才有的禮儀。10月24日從紐約返回倫敦是協和式最後的商業飛行。同一天,另有一架協和式載著英航的老人馬,特別是協和式的老飛行員,到比斯開灣上空兜了一圈,還有一架協和式到蘇格蘭的愛丁堡兜了一圈,三架協和式得到特許繞倫敦低飛一圈,然後降落,在機場滑行道上至少滑行了40分鍾,擺足了功架。誰說英國人不會做秀呢?還什麽拘禁、古板呢。英國公衆對于協和式的最後飛行表現出異常的熱情,希思羅機場特地搭起了大看台,機場周圍的路上也擠滿了人,都要目擊協和式最後的降落。至此,協和式的生涯劃上了句號。
20架協和式中,除了倒黴的失事飛機,現在大多成了博物館裏的收藏。首飛的法國造001號原型機在巴黎布爾歇機場的航空空間博物館裏;英國造的002號原型機現在英國Yeovilton的海航博物館;英國造的預生産型101號機現在Duxford的帝國戰爭博物館;法國造的預生産型102號機現在巴黎奧利機場的展覽區;法國造的第一架生産型201號機現在圖盧茲的空客;英國造的第一架生産型202號機現在英國倫敦西南Weybridge的Brooklands博物館裏;法國造的203號機就是那架倒黴的巴黎空難失事飛機;英國造的204號機現在曼徹斯特機場的展覽區;法國造的205號機現在美國華盛頓的國家航空航天博物館裏;英國造的206號機現在蘇格蘭East Lothian的航空博物館裏;法國造的207號機現在德國Sinsheim的汽車與科技博物館裏,這就是有名的和圖-144做伴的那一架,除了當年的巴黎航展,這是協和式和圖-144同居一處的唯一地方;英國造的208號機現在倫敦希思羅機場的展覽區裏;法國造的209號機現在圖盧茲的空客;英國造的210號機現在紐約“無敵”號航母海空天博物館裏,在2009年1月15日UnitedAirway 1549航班的“哈得遜河上的奇迹迫降”的電視鏡頭裏還看得到它;法國造的211號機在1982年後用來拆備件,1994年已經除役了,現在只有一小段機體還在巴黎布爾歇機場;英國造的212號機現在巴巴多斯(協和式除了紐約,還一直從倫敦飛巴巴多斯,這是有錢的英國人的度假地)的國際機場展覽區,;法國造的213號機現在巴黎布爾歇機場的航空空間博物館;英國造的214號機現在西雅圖的飛行博物館,在老對頭波音的老家安營紮寨了;法國造的215號機現在巴黎戴高樂機場展覽區;英國造的216號機現在布裏斯托爾的菲爾頓航空博物館,這是英國造協和式的地方。除了整機外,還有一些備件散落在世界各地的航空博物館裏。
協和式開創的超聲速客機時代終于後繼無人。幾十年來,協和之子的研究一直不斷,甚至在協和式剛開始航班飛行4個月的1976年,英法就開始研究協和B。協和B的重點在于降低噪聲、增加航程、降低油耗。機翼翼展有所加大,增加前緣襟翼以改善起落和低速性能,發動機增大壓縮機直徑,增加一級低壓渦輪,取消加力,增加消音裝置。但是,在慘淡的訂單面前,協和B很快就無疾而終了。此後,美國和歐洲都研究過第二代超聲速客機的問題,但始終是幹打雷不下雨,直到協和式退休了還沒有一個像樣的計劃。近年來,NASA與洛克希德聯合研制“低音爆超聲速飛機客機”X-59,但要到2022年才能試飛,離商業運作更是遙遠,而且最高速度很可能達不到兩倍音速。
協和式是一個成真但最終飄逝的夢。協和式很難說到底是領先于時代,還是落後于時代。在技術上,協和式無疑代表了60年代航空技術的最高水平,至今仍然很難超越。但協和式所代表的理念卻在民航發展中被證明爲誤入歧途,最終被時代所抛棄。
在航空技術決策上,協和式也是一個失敗的例子,在錯誤的路上將錯就錯,最終葬送了英國的航空工業。協和式耗盡了英國對航空工業的胃口,在協和式之後,英國再也沒有獨立設計過一架大型民航客機。協和式成爲英國航空工業的天鵝之歌。相比之下,法國航空工業雖然也受到了沉重的拖累,但在法國的政府意志支持下,法國航空工業最終走出了陰影,通過空客重建了輝煌。雖然空客是歐洲合作的結果,但空客受法國的絕對領導,法國對空客飛機擁有極大的設計主導權,這是毋庸置疑的。
有意思的是,協合式間接促成了空客的成功。協和式地經驗證明了歐洲航空合作機制不能采用主-主並列的體制,而是應該主-從梯次的體制。主-從體制的空客獲得了成功,主-主體制的“歐洲戰鬥機計劃”最後還是分道揚镳,導致今天的英德意西的“台風”和法國的“陣風”。不過法國SNECMA通過和羅爾斯·羅伊斯在“奧林普斯”發動機的合作獲得了民用噴氣發動機的經驗,爲以後和美國通用電氣合作研制成功的CFM56發動機打下了基礎,但這是題外話了。
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