Разработка

Предшественники

Предшественником SR-71 был Lockheed A-12 — высотный самолёт-разведчик, разработанный для ЦРУ США отделением корпорации Lockheed Martin — Skunk Works. Постепенно конструкция самолёта эволюционировала, были произведены изменения в конфигурации самолёта, а также применены меры по снижению радиолокационной заметности. Всего было построено 18 самолётов A-12. Экипаж A-12 состоял из одного человека.

SR-71

Название SR-71 происходит от прототипа сверхзвукового бомбардировщика XB-70. В поздние периоды испытаний, XB-70 был предложен в роли стратегического самолёта-разведчика, получив обозначение RS-70. Однако, вскоре стало ясно, что скоростной потенциал A-12 гораздо выше, и его было решено использовать в качестве базовой модели, на которой будет основан новый высокоскоростной самолёт. Прототип был назван R-12. Он был длиннее и тяжелее, чем A-12. Его фюзеляж был удлинён для увеличения топливных баков, экипаж был расширен до 2 человек. Самолёт был оборудован радиоэлектронными датчиками, РЛС бокового обзора и фотоапаратом.

Особенности самолёта

Особенно сложной проблемой полёта на скоростях более 3 М является высокий нагрев корпуса. Для решения этой проблемы значительная часть планера была изготовлена из титановых сплавов. Самолёт был изготовлен с использованием ранних стелс-технологий. Серийные самолёты окрашивались тёмно-синей краской для маскировки на фоне ночного неба. Самолёт получил неофициальное название «Blackbird» («Черный дрозд») благодаря матовой темной окраске, напоминающей окраску дрозда, а также отражающее его сопротивление свету и радиолокационному излучению.

Схема потоков воздуха в двигателе на разных числах Маха

Также из-за огромной скорости "Локхид" во время посадки (которая длится не менее 1 км) раскрывает парашют.

Воздухозаборники и двигатели

Воздухозаборники являются одной из важнейших особенностей конструкции SR-71, именно они помогали самолёту летать на скоростях более 3300 км/ч, и, в то же время, летать на дозвуковых скоростях с турбореактивными двигателями. В передней части имеется подвижный носовой обтекатель двигателя, который находится в выдвинутом положении при скоростях до 1,6 М. На более высоких скоростях конус задвигается и активируется прямоточный двигатель.

Сверхзвуковой воздушный поток предварительно сжимается за счёт формирующихся на внешней части центрального тела-конуса конических ударных волн — скорость потока падает, и за счёт этого возрастают его статическое давление и температура. Затем воздух входит в 4-ступенчатый компрессор, и затем, поток воздуха разделяется: часть воздуха проходит в компрессор (воздух «основного потока»), в то время как оставшийся поток обходит ядро, чтобы войти в форсажную камеру. Воздух, идущий через компрессор, далее сжимается перед входом в камеру сгорания, где он смешивается с топливом и поджигается. Температура потока достигает своего максимума в камере сгорания: чуть ниже температуры, от которой турбинные лопатки начали бы терять свою прочность. Воздух охлаждается, проходя через турбину и соединяется с воздухом обхода до того, как попадает в форсажную камеру.

В пределах 3 Махов предварительное торможение (сжатие) сверхзвукового потока в конических ударных волнах приводит к значительному росту его температуры. Это означает, что турбореактивная часть двигателя должна уменьшить отношение топливо/воздух в камере сгорания, чтобы не расплавить лопатки турбин далее по потоку. Турбореактивные компоненты двигателя таким образом обеспечивают намного меньшую тягу, а 80 % тяги двигателя обеспечивается воздухом, минующим большинство турбин и поступающим в форсажную камеру, где он сгорает, расширяясь и создавая реактивную тягу в направлении задней поверхности сопла.

Системы жизнеобеспечения

Кабина может находиться под давлением высоты 10000 футов (3000 м) или 26000 футов (7900 м) во время полета. Экипажи, совершающие низкой дозвуковой полет, могут использовать стандартный жесткий шлем ВВС, кислородные маски и летные костюмы Nomex.

Экипажи летающие на высоте 80000 футов (24000 м), не могут использовать стандартные маски, которые не могут обеспечить достаточное количество кислорода выше 43000 футов (13000 м), причем разница между давлением воздуха в кабине и пространством внутри маски сделает выдох очень сложным. На скорости более 3300 км/ч самолёт моментально разогревался до 230 °C.

Для решения этих проблем были разработаны специальные скафандры полного давления для всех экипажей A-12 и SR-71. Впоследствии эти же скафандры использовались при полёте космического Шаттла.

Кабина нуждается в эффективной системе охлаждения, при полёте на 3,2 Маха внешняя поверхность самолетов нагревается выше 500 °F (260 °C), а с внутренней стороны лобового стекла до 250 °F (120 °C). Для обеспечения приемлемых температур воздух внутри кабины пилота охлаждался кондиционером, тепло из кабины переносилось в топливо через теплообменник, находящийся перед силовыми установками.

Топливо

В качестве топлива используется специально разработанное реактивное топливо JP-7, отличающееся высокой температурой воспламенения (60°C) и термоустойчивостью. Благодаря этим качествам, топливо JP-7 можно было использовать в качестве хладагента для охлаждения кабины пилота. Кондиционер передавал тепло из кабины пилота к топливопроводам двигателей, нагретое в теплообменнике топливо сразу же поступало в двигатели и сгорало, исключая риск воспламенения и взрыва нагретых паров. Такие свойства топлива, однако, затрудняли его воспламенение, что потребовало использования отдельного пускового горючего - триэтилборана. Триэтилборан использовался и для розжига форсажных камер. Для этого на борту имелась ёмкость, содержащая 1200 мл триэтилборана; характерным эффектом его сгорания при запуске был ярко-зелёный цвет факелов двигателей. Масса топлива самолёта равна 46180 кг, при полной заправке масса самолёта 77100 кг, что делает невозможным взлёт с полной заправкой. Сначала самолёт поднимался в воздух с незначительным запасом топлива, затем дозаправлялся в воздухе, после чего лётчик мог приступать к выполнению задания. После полной дозаправки самолёт становился примерно вдвое тяжелее. Расход топлива на крейсерской скорости составляет около 600 л./мин.

Навигационная система и авионика

Отличительной особенностью самолёта была его навигационная система. В отличие от широко распространенной на самолётах подобного класса инерциальной навигационной системы, на SR-71 была установлена астронавигационная система, обладающая большей точностью. Основой её был звездный датчик, находящийся под оптически прозрачным окном в верхней части фюзеляжа и имеющий возможность регистрировать звёзды как днём (что облегчалось тёмным фоном неба на высоте крейсерского полёта), так и ночью. В ходе полёта датчик отслеживал положения (вход в поле зрения) выбранных звёзд (их было 56 и, позже, 61), цифровые эфемериды которых заранее вводились в бортовое вычислительное устройство. По данным звездного датчика вычислительная машина определяла пространственное положение самолёта. Наряду с достоинствами, такая система имела и недостатки, в частности - требовала длительной настройки перед вылетом.

Стелс-технология

SR-71 был первым самолётом, созданным с применением технологий снижения радиолокационной заметности. Первые исследования в этой области показали, что плоские формы с сужающимися сторонами имеют меньшую ЭПР. С целью снижения радиолокационной заметности вертикальное оперение наклонено относительно плоскости самолёта, чтобы не создавать с фюзеляжем прямой угол, который является идеальным отражателем. На самолёт нанесены радиопоглощающие покрытия, в топливо добавлялся цезий для снижения температуры выхлопа, и, как следствие, ИК-заметности самолёта. Но, несмотря на все эти меры, SR-71 легко обнаружить из-за огромного потока разогретых выхлопных газов. Корпус самолёта во время полёта на высоких скоростях разогревается до 400—500 °C, что также значительно увеличивает ИК-заметность.

Общая эффективность всех мер по снижению заметности самолёта всё ещё обсуждается, однако, сами разработчики признают, что радиолокационная техника Советского Союза развивалась значительно быстрее, чем «анти-радар» Lockheed Martin.