主题：【原创】天鹅之歌（上） -- 晨枫

协和式上集中了60年代欧洲航空技术的最高水平。在飞控上，协和式首次在民航飞机上采用了模拟电传飞控，比传统的机械飞控的响应速度大有提高。全工况自动驾驶仪和自动油门可以从起飞拉起后一直控制到降落，全程自动控制飞行。协和式还采用模拟电传发动机控制，这是现代全权数字发动机控制的前身。

协和式的S前缘大三角翼不是为了时尚，而是精巧的气动设计的结果，最大限度地减少升力中心随速度的移动和由此而来的气动特性变化

发动机的位置较为靠外，这样对机翼卸载有利

协和式不仅机翼内有油箱，机尾也有油箱

燃油可以在各油箱内转移，用于控制飞机重心和升力中心的相对位置，减少用气动控制面配平的必要

协和式前所未有的速度使设计遇到了前所未有的问题。超音速飞机的机翼升力中心随速度的上升而后移。由于飞机的重心没有变，升力中心的后移导致飞机产生下俯力矩，必须压尾（常规或者无尾布局）或者抬头（鸭式布局）才能补偿，才能维持水平飞行。这个动作称为配平。传统上，配平由平尾的偏转来实现，但这要引起阻力，这就是所谓的配平阻力。协和式在设计上采用S前缘的大三角翼，在产生升力较少的翼根处采用很大的后掠角，以降低阻力；在主要产生升力的机翼外段采用较小的后掠角和较小的机翼弦长，相对约束了升力中心的后移。圆浑的翼尖则逐渐减小升力，减少翼尖失速的问题，维持有效翼展。但S前缘三角翼不能完全消除配平问题，剩下的就通过将燃油在机内前后油箱之间转移，自动控制重心来达到配平，这样可以减少使用控制面，降低配平阻力。

翼下的四台罗尔斯罗伊斯“奥林普斯”是当年推力最大的喷气发动机。更加省油和安静的涡扇发动机迎风面积较大，阻力太大，不适合超音速客机的使用，所以“奥林普斯”采用涡喷。发动机推力按照巡航要求最优化，起飞加速和冲过音障需要最大推力时用加力解决。实际上，非加力推力也勉强足够协和式达到超音速，但在跨音速阶段加速的时间加长，最后的累计耗油率反而高。“奥林普斯”是西方民航飞机上使用的唯一的加力发动机。为了进一步优化发动机的工况，进气口采用大型斜板调节激波的位置，并对进气预压缩，使发动机从亚音速到超音速都能处在最优的进气状态。

进气口的调节斜板不仅对进气预压缩和控制激波位置，还可以在发动机空中熄火时，维持发动机舱周围的气流流线性，减少不对称推力的影响

这是华盛顿国家航空航天博物馆里的协和式，站在巨大的进气口下，真是十分的震撼

英国Duxford航空博物馆里的协和式，发动机的反推力装置清晰可见

打开加力是，发动机的喷焰是火红的

超音速飞行的另一个平常较少考虑的问题是发动机熄火对飞机的稳定性和结构强度的影响。发动机不光提供推力，还把气流“攒”过来。一旦熄火，不光丧失推力，本身进入风车状态反而成为一大阻力来源，造成严重的偏航力矩。亚音速的时候发生这个问题已经够麻烦了，要是超音速的时候突然来这么一下，飞机有可能就此空中解体。协和式对这个问题的解决很有意思。一旦发动机熄火，进气口的斜板下垂，基本封闭进气口，将气流导向发动机下，使流场恢复流线型，另外气流对斜板的冲压也产生一点升力。在试飞中，协和式可以将一侧的两台发动机全部关掉，而不至于引起飞控稳定性问题。

协和式机体表面受到气动加热的严重影响，巡航时，机头最高温度达到127度，风挡玻璃热得烫手

协和式的速度为M2.02，这是由铝合金结构的耐温极限所决定的，速度更高的话，气动加热更加严重，需要用沉重的不锈钢或者天价的钛合金了。英国在早期制造世界上第一架喷气客机“彗星”式的时候，吃了金属疲劳的大亏，接连摔了好几架。协和式在起飞加速时，机体表面升温；飞入高空寒冷大气时，机体表面降温；加速冲过音障时，机体表面再次加温；减速下降过程则反一反。这样一来，协和式每次飞行都要经过两个升温-降温循环，金属疲劳的问题不容小视，英国为此花了极大的功夫解决。事实上，协和式的机体在超音速的时候，由于热胀冷缩将拉长300毫米，热胀间隙最大的地方是随机工程师的工作台和舱壁之间，所以所有协和式在退役前的最后一次飞行中，随机工程师都把自己的帽子放在这个缝隙里，到地面冷却后，帽子就永久性地夹住了，成为所有今天在航空博物馆里的协和式的一个共同的特色，好像一个不成文的传统一样。西雅图航空博物馆里的这个帽子被一个小偷用刀割下来，结果博物馆广出公告，保证不追究，小偷才把帽子还了回来。

气动加热的问题不仅在机体，超音速飞行的时候，座舱风挡玻璃热得烫手。另外一个问题是飞机的涂装。所有协和式都是洁白的涂装，这不是偶然的，这是用来保护铝蒙皮的。唯一例外是1996年时，法航把一架协和式涂上百事可乐的深蓝色，但代价是这架飞机在M2速度时只能飞行20分钟，否则漂亮的涂装可能会烫得剥落。好在这架飞机那时已经只用作短途促销飞行，不再需要长时间超音速飞行了。

对于载客量只有100人左右的协和式来说，厕所设置在两头就足够了，但为了避免狭长机舱带来的压抑感，和避免机体由于刚度不足而带来弯曲引起旅客的惊惶，机尾的厕所故意设在中间

超音速飞行的气动受力也是非同小可，相对软弱的机翼外段后缘的控制面在超音速飞行时锁定在水平位置，只用较强壮的安装在机翼内段后缘的控制面。纤细修长的机体的刚度也不太高，飞机起飞的时候，从机长位置往回看，可以看到机舱的弯曲。不过协和式在设计时特意在机舱中段设置了厕所，阻隔旅客的视线，避免不必要的联想，也减少坐在修长机舱内像在水管子内的感觉。

起飞时拉起的角度很大，所以起落架需要特别长

着陆时特别需要前下方视界良好，所以机头锥可以自动下垂，落地后再升起一点，避免触地

为了在起飞失败后迅速减速，协和式的刹车采用了全新概念的防抱死刹车，这是现代汽车上防抱死刹车（ABS）的前身。为了耐高温，协和式的刹车采用碳材料。在紧急刹车时，刹车可以在1600米内把飞机从305公里/小时的起飞速度停下来，但这时刹车片温度可以高达300-500度，需要几个小时才能完全冷却下来。不光刹车，起落架也需要格外强壮。这是因为协和式的无尾三角翼布局不仅使起飞速度较高，起飞时也需要较大的迎角才能产生足够的升力，这样起落架在最后离地的时候角度较大，需要额外加强，而且长度也因此增加。较长的起落架不仅重量增加，还引起额外的问题。如果像常规的那样从两侧向中间收起，两个起落架要打架，所以只好先缩起一部分，再向中间偏转，进一步增加了复杂性和重量。

起飞、着陆时较大的迎角使飞行员的视界受到严重的影响，所以协和式采用可以下垂的机头锥，在地面、起飞、着陆时下垂，改善飞行员的视界；进入平飞状态后升起到水平状态，减小阻力。不过着陆时尤其需要优良的前下方视界，但下垂过多，落地后可能造成机头锥触地，所以主起落架接地时，机头锥下垂角度自动减小，保证机头锥不至于在前起落架落地时发生触地问题。

由于协和式的18000米的巡航高度大大高于通常高亚音速客机的12000米巡航高度，宇宙射线的强度因此加倍，在太阳黑子活动激烈的时候，对于旅客的健康可能造成影响。协和式的驾驶舱内因此有一个宇宙射线探测仪，发现宇宙射线强度异常升高的话，飞行员将迅速下降到14000米的巡航高度。更高的巡航高度的另一个问题是座舱万一发生减压。在15000米以上的高度上，座舱一旦失去压力，即使身体健壮的人也将在10-15秒内失去知觉。高速飞行带来的文丘里效应甚至可能形成抽吸，使机舱压力低于外部大气压力，进一步加剧这个问题。汽车高速行驶时，车内的纸片肯定飞出车外，而车外的树叶不大可能飞入车内，这是一样的道理。所以协和式的机窗都很小，不仅有利于结构强度，也在万一发生漏气时放慢漏气速度。与此同时，辅助压力系统将维持机舱压力一段时间，飞行员按规定应该迅速下降高度，尽量恢复机舱压力。

世界上唯一可以和协和式相提并论的飞机就是图-144。图-144采用钢和钛的机翼前缘，所以最高速度可以达到M2.35，高于协和式，但图-144需要开加力才能达到两倍音速以上的速度，极大地缩短了航程。图-144的机翼是简单的直前缘双三角翼，为超音速飞行而高度优化，低速性能不好，以后只好用可收放的鸭式前翼加以补偿。图-144的发动机出人意料地采用低涵道比涡扇，但这并不适合于超音速巡航，后来试用涡喷反而增加了超音速航程，但这时图-144已经撤出航班飞行了。

流产的美国波音2707曾打算把最高速度提到三倍音速，计算结果表明，伦敦到纽约的跨大西洋飞行只比协和式快20分钟，但技术复杂性和成本极大地提高了。几经周折和严重超支拖延之后，加上公众对噪声和污染的强烈反对，美国国会终于对波音2707失去了信心，撤销拨款，这个美国历史上唯一政府出资的民航客机项目就此偃旗息鼓。

今天的大型喷气民航客机尽管种类、型号五花八门，但要一眼辨认出谁是谁，就是对于老鸟，也是很有一点挑战的。只有协和式，妇孺皆知，绝无认错的可能。在最初的公众反对声浪过后，协和式的飞行成为少有的公众仰慕的对象。协和式飞越的地方，很多人会出来观看，甚至挥手致意。对于协和式的公关效应，英国人实在是太清楚了。协和式时常出现在皇家庆典上，协和式和“伊丽莎白女王二世”号豪华邮轮或者英国的“红箭”飞行表演队同台演出成为英航公关的保留节目。英国公众对协和式也是投桃报李，在2006年的BBC和伦敦工艺美术博物馆（Design Museum）合办的大英设计大赛（Great Britain Design Quest）中，协和式击败迷你汽车、迷你裙、捷豹E Type、“喷火”式战斗机而力拔头筹。

协和式上不需要电影电视，有这个高度和马赫表就足够了

老坐飞机长途旅行的人，很多一上飞机就睡觉，但坐协和式没有睡觉的，旅客舱内速度表指向2马赫的时刻，总是伴随着欢呼和闪光灯。协和式每分钟30多公里的速度相当于步枪子弹出膛的速度，谁还甘心睡觉呢？从1970年11月首次达到2马赫，协和式是至今唯一以两倍音速为正常巡航模式的大型飞机，巴黎到纽约的越洋飞行只要三四个小时，乘客无需像在军用飞机上那样穿上压力服、戴上飞行盔，而是可以舒适地品尝香槟酒和龙虾大餐，只是要品尝得快一点，飞机马上就要降落了。

然而，协和式在技术上辉煌的成就不能掩饰其在经济上同样夺目的惨败。早在1964年威尔逊政府上台时，英国就已经反悔了，宣布单方面退出协和式计划。但四溅的口水尚未落地，律师们就发现一个大问题：按协议规定，英国要是单方面退出，将要面对天文数字的罚款。无奈之下，英国只好在1965年悄悄地重返协和式计划，被迫重新往协和式这个黑洞里灌钱，但这时英国的国库已经被掏空了，只好拆东墙补西墙，接连取消了已经上马的HS681垂直/短距起落运输机计划、P.1154超音速垂直/短距起落战斗机计划、TSR.2侦察攻击机计划和有关的其他计划，其中有些甚至已经首飞。在以后很长一段时间内，英国也被迫冻结了对航空工业的所有拨款，最终间接促成对英国航空工业的葬送。英国是欧洲合作的发起人，但英国的出尔反尔（这是第一次，但不是最后一次）给日后的英法和欧洲合作带来了很大的阴影，英国作为欧洲航空工业的龙头老大从此失去了领导地位。