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我是如何研制“黑鸟”的(4)

 xxqa的新文艺 2015-02-12

  在大量生产之前,我们认为先对几个最复杂的部件,如机头及机翼基本结构,造出试验性样品会是有益的。

  造出的第一副机翼是个大失败。当我们把它放进“热箱”去模拟飞行中的高温时,它象一块旧抹布一样绉起来。解决的办法是将蒙皮壁板从每一方面都与翼樑分开,并在机翼蒙皮上加上波纹槽和凹纹。采取这种措施后,钛合金受热时只不过使波纹槽加深而已。有人骂我是在造一辆马赫数3的福特三发动机飞机,因为那种飞机全部用波纹铝造成,但是,这是有效地解决一个真正困难的问题的办法。


解决的办法是将蒙皮壁板从每一方面都与翼樑分开,并在机翼蒙皮上加上波纹槽和凹纹。采取这种措施后,钛合金受热时只不过使波纹槽加深而已

  飞机机头的问题有所不同。我们把它放进热箱去研究对驾驶员及机轮的冷却要求。我们生产了6000个零件,但好的不足10%。材料太脆了,如果掉到地板上就会摔碎。

  显然,我们有些地方做错了。我们问钛金属公司我们的工艺过程怎么会发生氢脆,他们不知道。因此我们抛弃了我们自己的整个钛合金工艺体系,换用钛金属公司在其工厂生产钣料及锻件的方法。

  对机头的热处理,我们最初用过几种不同的方法作过试验。经过一个时期的徘徊之后,我们实行了一种我认为任何地方都不可比的严格的质量控制程序,每制出10个零件取3件作为样件,经过热处理并作试验,然后该批的其他零件才可以入库以备将来使用。其中一个样件装在拉力机上试验材料的强度,第二个切一个切口(约6.35毫米长),在切口处绕一个非常小的半径弯曲,半径小到仅为厚度的32倍,观察是否会断裂。第三个则供需要作再次热处理时用。我们不希望无谓地抛掉整批的零件,这东西实在贵得要命!

  我们有时追到滚轧厂去了解钣材滚轧的方向,来查清这个零件是顺纹还是逆纹截取的。对供做起落架用的巨大厚重的挤压毛坯,我们先切下12个样品,每个样品都必须通过试验才进行机械加工切出起落架。不合格,我们就不用那块毛坯。这种飞机的起落架后来在服役中从来没有坏过,只有一次粗猛着陆的情况除外。

  有好几次我只觉得我们整天在取样,除此之外什么事也没有干。但是我们做了这么多取样试验还是值得的。到80年代初期,我们已经为“臭鼬”工厂的所有飞机,以及洛克希德公司的L-1011民用客机,还有军用货机生产了1300万多个钛合金零件。

  钛合金是一种非常坚硬的材料,用它制成的零件不能象其他材料一样在装配时修整就位,因此必须加工到更严格的容差范围。加工时必须使其成形精确,而精加工是很昂贵的。因而在长期生产中节约了切削料,钛合金在生产中几乎没有报废零件。

  因此,我们必须制造出一台能在816°C以上高温下使钛合金成型的具有非常高压力的大型锻压机。

  坚硬的钛合金是一种很敏感的材料,很容易被腐蚀。我们很早就懂得了:如果一个技工要在发动机附近工作的话,则必须从他的工具箱中取出所有的镀镉工具。因为镉会剥落下来腐蚀钛螺栓。发动机开车后温度达到316°C以上,经过一、两次开车,螺栓头就会掉下来。必须使镉远离钛。

  我们发现,如果机翼壁扳是在夏天制造的,那么上面的点焊在试验中很快会脱开,而如果是在冬天造的,则可无限期承受载荷。我们分析了整个工艺过程之后,发现伯班克城的供水系统在夏天加了氯来减少藻类生物。我们用纯水洗涤焊接处消除了这个问题。

  钛合金零件加工需要特种工具。我们首次在经过热处理的B-120钛制件上钻孔时,一个钻头钻17个左右的铆钉孔后就报废了。最后我们找到西德生产的一种钻头,很合用。今天我们可以用一个钻头钻150个孔,重新磨过之后又可以再钻150个。


组装中的SR-71

  关于如何来处理机械加工后的零件,我们需要训练几千名人员。不仅有我们自己的人,还有美国空军的机械员,以及300多个分承包商和供应商的雇员。而要改变一个上了年纪的机械人员的工作方式是非常困难的,他总喜欢自己去发现应该如何行事。因此我们把他们放在“臭鼬”工厂的试验车间,在工程师们的指导下与他们一起来获取必要的数据。尽可能使雇员参与整个计划来提高他们的兴趣,激励他们作出最好的表现,这个办法总很奏效。

  我们制造第一架“牛车”时的一个教训,就是不要相信色标。我过去坚持在所有的导线、管道及所有其它有连接的东西上使用色标,使液压系统以及所有系统不会接错。但是有这么许多人在一起工作,我们发现有10%的人是色盲。有一个零件硬弯过四英寸来接在错误的接头上。后来我们仍旧使用色标,但是同时将接头设计成不同的形状,得使不对的接头就接不上。这样一来患色盲的人也不会弄错。

  材料和工艺只是一个方面,还有各种系统的问题,如液压、电气等系统。

  自从伯彻姆因飞机事故丧生以后,我们在F-80上安装了辅助燃油泵。从那时以来,系统的冗余始终是我对设计提出的一个要求。“星座”号的整个助力操纵系统都有冗余度。洛克希德公司出的L-1011客机有三重和四重系统。“黑鸟”有三重冗余。这是驾驶员特别欢迎的一种安全措施。至于成本,如果在最初设计时就已经考虑了的话,那么也只占总成本的百分之零点几。如果计及这种措施所保障的人的生命价值和挽救整架一飞机的价值,那么由此增加成本的比例还要低。

  液压油的问题也很突出。首先,我们向所有的供应商作了调查,看是否有人能提供在316°C以上工作的高温油。有一个供应商书面回答,说有一种能在516°C下工作的液体。我要求立即提供样品,收到的却是一个帆布袋。我当时想,液压油用这种方法运送未免有些滑稽。打开包一看,找到的竟是一种白色的晶体。

  不错,这种东西确实可以在516°C下工作,但是在常温下却是固态。如果采用它的话,那么必须用吹管去融化液压系统的介质后整个系统才能开始工作,用在飞机上显然不合适。因此,液压油也变成一个研制项目。最后选用的基本液是由宾夕法尼亚州立大学研制的,但是我们加进去7种添加剂,使其在高温下仍能对泵及其他附件起润滑作用。

  还有一些其他的小项目,但都很重要。

  皮垫圈或O型橡胶圈不能在高温下使用。用钢代替可以解决这种问题,不论在高温和低温下都没有问题。燃油的密封剂也需要研制。这种飞机的油箱并不完全密封,有时燃油会漏在机库地面上。但是由于所使用的燃油的燃点很高,因此比一般燃油要安全得多。


漏油是常态

  单是电气系统的问题也会威胁工程的成功。“牛车”的每次飞行总要发生电气系统的故障,因为电气系统控制着自动驾驶仪、飞行控制设备、导航系统等,连液压系统内都有一个电动转换器。

  有一段时间,因为量不出滑油压力。我们的飞行有17%不得不提前返航。这样昂贵的发动机,我们不能冒让它们烧坏的危险。最后,我们只好为滑油温度计装上冷却系统。

  特别关键的是为正确调节进气锥位置用的测量空气流量的电传感器,成为我们最难攻克的一个问题。我们怎么也不能使这个电气系统在高空、高温、很严重的振动条件下可靠地工作。

  为了解决这个问题,我本人在试验基地花了六个星期,整个工程都搁浅了。

  最后,我们不得不为这个电气系统“发明”特殊的导线。我们使用了高温芳纶导线,在特别热的部位还缠上石棉。

  此外,还设计了特种塑料,不仅能承受高温,并且雷达反射率低。

  “黑鸟”得名于其涂层深蓝黑的表面漆。这种颜色是作过幅射试验后确定的,即试验飞行中发热的飞机所幅射的热。幅射能力的差别可以使飞机的温度差为10°C~27°C,因此非常重要。在高空高速飞行中,随着飞机温度的增加,黑鸟变成蓝色的。


“黑鸟”的黑色涂料能在高速飞行中更好地向外辐射热量

  为了在飞机上漆上美国空军的标志,我们不得不发明一种特种漆。只要经过一次高温飞行,红的就变为棕色,而白色就带上了斑点。使漆完全粘附在飞机上也是一个问题。我们在飞机上涂有高温塑料的20%的表面上做了许多小的痘痕。因为我们发现如有燃油漏出,遇有288~316°C的高温,在塑料表面上会发生微小的爆裂。这种漆必须防油又防雨。

  飞机上装的各种有效载荷,如照相机、非常复杂的电子设备、导航系统、惯性系统等,都是大量研制工作的结果。

  惯性导航系统非常好,你可以起飞,输进16个中途检查点,然后用自动驾驶仪在指定的速度、高度和方向上飞行。当驾驶员说:“喂,回去吧!”系统就会把他飞回来。

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