未填
協(xié)和號(hào)飛到2馬赫時(shí)，機(jī)頭溫度127°C。
18000米高空，外面的大氣溫度是零下57°C。但協(xié)和號(hào)的蒙皮比一鍋剛燒開的水還要燙。
《飛機(jī)的賬本》系列。每一個(gè)設(shè)計(jì)背后，都有人在付賬。上一期拆了協(xié)和號(hào)的進(jìn)氣道——那根3米長(zhǎng)的管子貢獻(xiàn)了63%的推力。但進(jìn)氣道每減速一道激波，都在把動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱能。這一期，拆協(xié)和號(hào)的熱力牢籠。
全文硬核長(zhǎng)文，建議先點(diǎn)贊收藏，慢慢看。
這個(gè)溫度不是偶然拍腦袋飛出來的。
127°C是工程師一開始就設(shè)計(jì)好的極限，整架飛機(jī)的速度、材料、壽命，全部壓在這一條線上。
協(xié)和號(hào)2馬赫巡航時(shí)的典型氣動(dòng)加熱分布。機(jī)頭駐點(diǎn)區(qū)域溫度最高，可達(dá)127°C左右。
127°C，換算成絕對(duì)溫標(biāo)，是400開爾文（K）。一個(gè)完美的整數(shù)。
在工程計(jì)算里，整數(shù)代表的這是人為設(shè)定的極限，不是自然的巧合。
它也意味著協(xié)和號(hào)的速度上限，不是空氣動(dòng)力學(xué)決定的，也不是發(fā)動(dòng)機(jī)推力決定的。是由一塊鋁板決定的。
一、為什么是鋁，不是鈦
SR-71選擇了鈦合金路線。協(xié)和號(hào)沒有這個(gè)成本和工業(yè)條件。
SR-71黑鳥飛3.2馬赫，機(jī)身溫度超過300°C。解決的方案很直接，使用鈦合金。
鈦的熔點(diǎn)1668°C，耐熱性碾壓鋁合金。
洛克希德當(dāng)年為了造黑鳥，幾乎重新設(shè)計(jì)發(fā)明了整套鈦加工工藝，因?yàn)楫?dāng)時(shí)沒有人能大規(guī)模加工鈦。
那協(xié)和號(hào)為什么不用鈦？
很簡(jiǎn)單，也很現(xiàn)實(shí)，就是用不起，也造不出來。
1960年代，英國(guó)飛行器公司（BAC, British Aircraft Corporation）和法國(guó)南方航空公司（Sud Aviation），都沒有大規(guī)模使用鈦合金制造機(jī)身的冶金經(jīng)驗(yàn)和加工能力。
鈦在當(dāng)時(shí)屬于是貴得離譜，又是難以焊接和鉚接的材料，每一步工序都比鋁合金慢了好幾倍。
黑鳥最后只造了32架，那屬于是軍方不計(jì)成本的產(chǎn)物。
協(xié)和號(hào)既要造出來還要拿出來賣，還要飛上萬個(gè)航班循環(huán)。用鈦的造價(jià)和維修成本以及生產(chǎn)速度會(huì)全部崩盤。
工程師在這里做了一個(gè)取舍：放棄使用鈦合金，用一種特殊的鋁合金——RR58，又叫Hiduminium 2618A。這種合金在純鋁里加了銅、鎂、鐵和鎳，專門強(qiáng)化了高溫下的抗蠕變（Creep Resistance）能力。
蠕變這個(gè)詞聽上去專業(yè)，其實(shí)也很好理解：
我們?cè)诖筇?yáng)底下放一根蠟燭，蠟燭不會(huì)瞬間就融化，但是時(shí)間長(zhǎng)了它會(huì)慢慢的彎下去，期間沒有人去折它，它自己就變形了。
金屬在高溫下也會(huì)發(fā)生類似的事：
沒有增加額外的力，它就是會(huì)慢慢走形、拉長(zhǎng)。這就是蠕變。抗蠕變，就是抵抗這種"慢慢走形"的能力。
蠕變的英文是creep。這個(gè)詞日常用的時(shí)候是"悄悄溜走、躡手躡腳"的意思，用來形容金屬在高溫下的慢性變形，也非常精準(zhǔn)，它不是斷裂，不是彎折，是在我們不知不覺間悄悄走形，等我們發(fā)現(xiàn)的時(shí)候已經(jīng)晚了。上一期說過sympathetic surge的"同情"不是真的同情。航空工程的英文術(shù)語(yǔ)經(jīng)常這樣，字面意思看上去平平無奇，背后的工程現(xiàn)實(shí)卻足以讓人緊張。
不過鋁合金再怎么強(qiáng)化，也有一條紅線。
RR58的高強(qiáng)度靠的是內(nèi)部一種微觀結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單說，合金冶煉時(shí)往鋁基體里嵌了一層密密麻麻的硬顆粒，就像是往軟泥巴里摻碎的小石子，石子越多越細(xì)密，泥巴就越難被捏變形。這些硬顆?？ㄗ〗饘賰?nèi)部的微觀滑動(dòng)面，阻止金屬在受力時(shí)發(fā)生位移，從而讓鋁變硬，強(qiáng)度也變高。
但溫度一高，這些硬顆粒會(huì)因?yàn)槭軣岷笾饾u變大，冶金學(xué)上叫奧斯特瓦爾德熟化。不是每顆都均勻膨脹，而是小顆粒會(huì)逐漸溶解掉，物質(zhì)重新沉積到大顆粒上，有點(diǎn)像大魚吃小魚。
高溫會(huì)逐漸破壞RR58鋁合金內(nèi)部的強(qiáng)化結(jié)構(gòu)。
我們可以想象，原本是一把細(xì)沙均勻地撒在管道里去堵住水的流動(dòng)，但是如果時(shí)間久了，細(xì)沙會(huì)互相黏合，慢慢地聚成了幾塊大石頭。
石頭雖然變大了，但之間的縫隙也變大了，水流可以輕松繞過去，是沒法堵住的。鋁合金內(nèi)部發(fā)生的就是這種現(xiàn)象。
那后果是什么？
鋁合金會(huì)慢慢開始變軟變?nèi)?。那具體能承受多大的力才開始永久變形呢，這個(gè)臨界點(diǎn)工程師叫屈服強(qiáng)度（Yield Strength），"屈服"兩個(gè)字也很準(zhǔn)，金屬在這個(gè)力面前投降了、不可逆地發(fā)生形變了。能拉到多大的力才會(huì)被拽斷，叫抗拉強(qiáng)度（Tensile Strength），這也降了。抵抗高溫蠕變的能力也同樣降了。
三項(xiàng)性能同時(shí)不可逆地退化。
127°C是為RR58設(shè)定的長(zhǎng)期服役的溫度上限。短時(shí)間超過可以撐住，但是如果讓RR58在127°C以上長(zhǎng)期不斷的運(yùn)行，協(xié)和號(hào)的設(shè)計(jì)壽命是45000飛行小時(shí)，蠕變、過時(shí)效、熱疲勞會(huì)同時(shí)加速，材料的衰退將不可逆轉(zhuǎn)。
所以127°C不是一個(gè)保守的安全余量，它是一面無形的墻。
如果再快一點(diǎn)呢？到2.2馬赫，機(jī)頭的駐點(diǎn)溫度就會(huì)飆升到153°C，會(huì)直接越過材料極限，鋁合金開始加速老化。
為什么叫"駐點(diǎn)"？因?yàn)闄C(jī)頭是整架飛機(jī)最先撞上空氣的地方。迎面飛來的空氣在機(jī)頭尖端被先徹底"剎停"。速度從兩倍音速瞬間降到零，所有的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為熱能。
就像我們?nèi)倥囊话驼?，手掌最先接觸的那個(gè)點(diǎn)最痛也最燙。機(jī)頭就是協(xié)和號(hào)的"掌心"，承受了最集中的氣動(dòng)加熱。所以機(jī)頭127°C，而機(jī)尾只有大約90°C。
所以協(xié)和號(hào)的最高速度被鎖死在2馬赫出頭（精確說是馬赫2.02）。不是發(fā)動(dòng)機(jī)推不動(dòng)了。是鋁板真的頂不住了。
航空航天工業(yè)材料選擇圖
二、一架會(huì)"長(zhǎng)大"的飛機(jī)
18000米高空零下57°C的大氣，但是協(xié)和號(hào)的蒙皮卻能被氣動(dòng)加熱到127°C。內(nèi)外溫差將近200度。
在這么大的溫差下，鋁會(huì)膨脹。
協(xié)和號(hào)在2馬赫巡航時(shí)，整架飛機(jī)會(huì)比地面停放時(shí)伸長(zhǎng)大約15到25厘米。不同記錄資料的說法略有出入，但是量級(jí)還是很清楚，不是幾毫米，是足足有一把尺子那么長(zhǎng)。
最直觀的證據(jù)是駕駛艙里飛行工程師面前的儀表控制臺(tái)，和它后方的艙壁之間，在地面時(shí)是緊密貼合的。不過只要飛到2馬赫之后，機(jī)身一拉長(zhǎng)，兩者之間會(huì)裂開一條明顯的縫隙，寬到能塞進(jìn)一頂制服帽子。
超音速巡航時(shí)，協(xié)和號(hào)機(jī)身會(huì)明顯伸長(zhǎng)。飛行工程師控制臺(tái)后方甚至?xí)霈F(xiàn)能塞進(jìn)帽子的縫隙。
協(xié)和號(hào)退役前的最后那批航班，飛行工程師們有一個(gè)不成文的傳統(tǒng)，在超音速巡航時(shí)，把自己的制服帽子塞進(jìn)這條縫隙里。
等飛機(jī)降落，機(jī)身冷卻收縮，鋁板把帽子死死卡在了機(jī)身結(jié)構(gòu)里，誰(shuí)也拿不出來了。
這可以說是對(duì)一架超音速傳奇最硬核的告別方式吧。
從工程角度來看，這個(gè)"帽子縫隙"意味著一個(gè)很不好辦的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)：整架飛機(jī)的每一塊蒙皮、每一根骨架、每一條管路、每一根電纜，都必須容忍每次飛行中反復(fù)發(fā)生的厘米級(jí)伸縮。結(jié)構(gòu)不能太剛，要是太剛了會(huì)被熱應(yīng)力撕裂。結(jié)構(gòu)也不能太軟了，太軟在氣動(dòng)載荷下會(huì)變形。
所以飛機(jī)的殼，必須是彈性的。但是彈性是有極限的。每一次從常溫到127°C再回到常溫，就是一次熱疲勞循環(huán)。協(xié)和號(hào)設(shè)計(jì)壽命45000飛行小時(shí)，每一個(gè)小時(shí)都在反復(fù)拉扯同一塊鋁板。
如果用汽車來類比：你的車每天早上從冷庫(kù)里拖出來，然后往鍋爐里塞進(jìn)去，再拖出來，塞進(jìn)去。就當(dāng)我們每天通勤上下班，一直開27年。
然后突然有人問你一句：你的車還好嗎？
三、協(xié)和號(hào)不能換顏色
白色不是美學(xué)選擇。是熱管理系統(tǒng)的一部分。
今天任何一架民航客機(jī)，航空公司想刷什么顏色就刷什么顏色。國(guó)泰的綠尾巴，阿聯(lián)酋的金色，漢莎的藍(lán)色，全日空的藍(lán)海龜，涂裝可以說是品牌，也是審美，更是一種營(yíng)銷。
但是協(xié)和號(hào)不行。
協(xié)和號(hào)只能刷白色。不是因?yàn)閷徝?。是因?yàn)槲锢硪?guī)則的限制。
協(xié)和號(hào)的蒙皮溫度已經(jīng)精確地卡在了127°C這條紅線上，留給熱管理的余量幾乎為零。
白色涂裝的作用是反射太陽(yáng)輻射。協(xié)和號(hào)用的不是普通的白漆，而是一種由英國(guó)ICI（帝國(guó)化學(xué)工業(yè)）專門研發(fā)的航空級(jí)太陽(yáng)反射涂層（Solar Reflective Coating），反射率是普通民航客機(jī)白漆的兩倍。而且這層漆還得足夠柔韌，機(jī)身每次飛行都會(huì)伸長(zhǎng)幾十厘米，漆面得跟著拉伸而不能開裂。這層漆能把蒙皮溫度壓低6到11°C。
6到11°C。聽上去好像是不多。
但對(duì)于一塊已經(jīng)在127°C的鋁合金來說，省下來的11°C就是它還能撐過設(shè)計(jì)壽命的那一點(diǎn)余量。
1996年，法航為此破了一次例。
百事可樂花了大價(jià)錢，把編號(hào)F-BTSD的協(xié)和號(hào)涂成了深藍(lán)色——百事的品牌色。但是工程師堅(jiān)持了一條底線，機(jī)翼必須留白。因?yàn)闄C(jī)翼里面就是油箱，油箱里的燃油是全機(jī)的散熱器。翼面刷藍(lán)，散熱能力直接給腿打折了，熱管理系統(tǒng)就徹底沒法正常運(yùn)轉(zhuǎn)了。
即便機(jī)身刷藍(lán)、機(jī)翼留白，蒙皮溫度仍然上升了一截。
結(jié)果是這架藍(lán)色的協(xié)和號(hào)在1.7馬赫以下可以不限時(shí)飛行，但是如果推到2.02馬赫，單次不能超過20分鐘。法航特意選了F-BTSD這架，它本來就不飛巴黎到紐約的長(zhǎng)途，只在歐洲和中東做短途宣傳飛行。這個(gè)事在兩周后，涂裝又恢復(fù)原色。
一瓶可樂的顏色，逼一架飛機(jī)限速限時(shí)。
這就是127°C這條紅線有多近。
1996年，法航允許百事為協(xié)和號(hào)更換深藍(lán)涂裝。
四、燃油不只是燃油
上一期講進(jìn)氣道的時(shí)候說過，協(xié)和號(hào)有100個(gè)座位，一小時(shí)燒25600升航空燃油。從倫敦到紐約，需要帶上95噸油。
但這95噸燃油，在協(xié)和號(hào)上不只是給發(fā)動(dòng)機(jī)燒的。它同時(shí)承擔(dān)著另外兩個(gè)完全不同的角色：冷卻劑和配重。
三個(gè)功能捆在一起。是一損俱損的關(guān)系。
功能一：冷卻
協(xié)和號(hào)飛在2馬赫時(shí)，機(jī)身外面127°C。機(jī)身里面是100個(gè)花了12000美元買票的乘客。
他們需要空調(diào)。
問題是飛機(jī)的空調(diào)不像我們家里那樣用電驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。民航客機(jī)的空調(diào)靠的是從發(fā)動(dòng)機(jī)里"抽氣"，發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)在工作時(shí)把空氣壓到很高的壓力和溫度，空調(diào)系統(tǒng)從中引出一股高壓熱空氣，再想辦法降溫后送進(jìn)客艙。這叫引氣（Bleed Air），傳統(tǒng)民航客機(jī)基本都用這套路子（后來波音787走了一條不同的路——用電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)繞開了引氣，但那是幾十年后的事了）。
Bleed這個(gè)詞的本意是"放血"。從發(fā)動(dòng)機(jī)身上抽走一股高壓空氣，就像從動(dòng)脈里抽血一樣，抽多了發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)"貧血"（推力下降），抽少了客艙沒法降溫。
中文翻譯成"引氣"，聽上去確實(shí)顯得文雅多了，但是英文原詞的暴力真實(shí)感更接近工程現(xiàn)實(shí)。
這是我們?cè)谶@個(gè)系列里第三次碰到這種情況了：creep的"悄悄溜走"、sympathetic surge的"同情"、再加上bleed的"放血"——航空工程的英文術(shù)語(yǔ)，字面看一個(gè)比一個(gè)人畜無害，背后的物理現(xiàn)實(shí)一個(gè)比一個(gè)緊張。
但是協(xié)和號(hào)的引氣溫度是550°C。普通亞音速客機(jī)的引氣大約200°C，而且外面有零下幾十度的冷空氣可以幫忙降溫。不過協(xié)和號(hào)不行，它在兩倍音速下飛行，沖進(jìn)換熱器的空氣已經(jīng)被壓縮和摩擦加熱了，早就不再是高空里的免費(fèi)冷空氣了。
他的降溫靠的是一種叫熱交換器（Heat Exchanger）的裝置。
原理不復(fù)雜，兩根管子貼在一起，一根走熱流體，一根走冷流體，熱量通過管壁從熱的一側(cè)傳到冷的一側(cè)，我們家冰箱背后那排摸上去燙手的散熱管，就是一個(gè)熱交換器。但是協(xié)和號(hào)的問題是本應(yīng)該走冷流體的那根管子里，所謂的"冷空氣"他也有127°C。
用127°C的"冷卻空氣"去冷卻550°C的引氣，這套空調(diào)系統(tǒng)從起步開始就已經(jīng)被逼到了墻角旮旯里。
天才往往被稱為天才，可能還帶一點(diǎn)瘋吧，他們最終的解決方案是把熱能轉(zhuǎn)移到燃油中。
空調(diào)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)的恒速驅(qū)動(dòng)裝置（CSD, Constant Speed Drive，這個(gè)裝置的作用是不管發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速怎么變化，都要讓發(fā)電機(jī)保持恒定的輸出頻率，類似一個(gè)變速箱），還有發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油，所有在高溫中掙扎的子系統(tǒng)都通過熱交換器把多余的熱能（工程上叫廢熱，Waste Heat）排進(jìn)燃油。燃油在被送進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)之前，已經(jīng)吸收了大量的廢熱，平均溫度也被加熱到了大約60°C。
然后這些帶著廢熱的燃油被送進(jìn)燃燒室燒掉，廢熱連同燃油一起，化為了最終的推力。
他沒有外部散熱器。外部散熱器就意味著迎風(fēng)面積，迎風(fēng)面積在2馬赫下意味著這是不可接受的阻力。
所以燃油就是散熱器。一個(gè)會(huì)越來越少的散熱器。
飛機(jī)飛得越久，油燒得越多，剩余的散熱容量越小。這也說明協(xié)和號(hào)的熱管理系統(tǒng)在航程后半段比前半段更緊張，只是燃油少了，但是熱負(fù)荷可沒減。
協(xié)和號(hào)的燃油不僅負(fù)責(zé)推進(jìn)。它還是散熱器、配重系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)的一部分。
功能二：配重
飛機(jī)在空中靠?jī)蓚€(gè)"點(diǎn)"維持平衡：一個(gè)是我們熟悉的重心——整架飛機(jī)重量集中作用的那個(gè)點(diǎn)。
另一個(gè)是升力中心（Center of Pressure）——空氣把飛機(jī)往上托的"發(fā)力點(diǎn)"。我們可以把飛機(jī)想象成一根扁擔(dān)，重心是我們肩膀的位置，升力中心是繩子掛的位置。兩個(gè)點(diǎn)對(duì)齊，扁擔(dān)就平。錯(cuò)開了，就往一頭栽。
在亞音速下，這兩個(gè)點(diǎn)大體對(duì)齊，飛機(jī)穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)。但是當(dāng)飛機(jī)加速突破音速，問題就來了：
超音速下激波改變了空氣對(duì)機(jī)翼的壓力分布方式，升力中心會(huì)往后移動(dòng)——大約后移1.8米。扁擔(dān)變成了蹺蹺板，升力往后挪了，重心還在原地，飛機(jī)產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的低頭力矩——機(jī)頭往下栽。
普通飛機(jī)用水平尾翼來糾正這種不平衡，尾翼偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個(gè)向下的力，把機(jī)尾壓下去，等于在蹺蹺板另一頭坐個(gè)人。但是協(xié)和號(hào)沒有傳統(tǒng)的水平尾翼。它的三角翼后緣有一排叫升降副翼（Elevon）的活動(dòng)面，這玩意是副翼和升降舵的合體，左右不對(duì)稱偏轉(zhuǎn)時(shí)控制飛機(jī)滾轉(zhuǎn)（像普通副翼），兩側(cè)同時(shí)偏轉(zhuǎn)時(shí)控制俯仰（像升降舵），一物兩用。
如果用升降副翼去強(qiáng)行抬頭抵消低頭力矩，副翼偏轉(zhuǎn)越大，對(duì)氣流的阻擋越大，產(chǎn)生的額外阻力就越大，在2馬赫下，這筆阻力大到可以吃掉全部的航程余量。飛機(jī)可能還沒到紐約，油就先燒完了。
協(xié)和號(hào)通過轉(zhuǎn)移燃油改變重心位置，抵消超音速飛行中的升力中心后移。
協(xié)和號(hào)想出的解決方案：不動(dòng)控制面，動(dòng)燃油。
飛機(jī)加速突破音速時(shí)，飛行工程師通過燃油轉(zhuǎn)輸系統(tǒng)，把大約20噸燃油從前方油箱泵到機(jī)尾的配平油箱。
20噸液體在飛機(jī)內(nèi)部往后流動(dòng)，重心隨之后移，這樣就完美追上了升力中心的移動(dòng)。
飛機(jī)不需要偏轉(zhuǎn)任何控制面就維持了平衡。零配平阻力。
減速回到亞音速？反過來泵。20噸燃油從后方打回前方。
整架飛機(jī)就是一個(gè)精密的"天平"。
17個(gè)油箱，每一個(gè)都是天平上的砝碼。飛行工程師面前那堵密密麻麻的開關(guān)墻，就是這套天平的操控臺(tái)。
飛行工程師面前密密麻麻的開關(guān)，控制著協(xié)和號(hào)的“液體天平”。
有一位資深的航空工程師曾經(jīng)和我分享過他的親身經(jīng)歷。
上世紀(jì)90年代，他在法航實(shí)習(xí)時(shí)，由一位擁有協(xié)和號(hào)放飛執(zhí)照的指導(dǎo)員帶領(lǐng)，近距離參觀過大修中的協(xié)和號(hào)。他形容那面開關(guān)墻的第一反應(yīng)就是“敬畏”，在沒有今天這種數(shù)字化飛控和高度自動(dòng)化燃油管理系統(tǒng)的年代，協(xié)和號(hào)的重心控制很大程度上還要靠飛行工程師盯著那面開關(guān)墻，手動(dòng)把燃油在各個(gè)油箱之間調(diào)來調(diào)去。
當(dāng)三位一體崩塌
現(xiàn)在，我們想象這三個(gè)功能是一條繩子上的三個(gè)結(jié)。
燒油的時(shí)候，油在減少。散熱容量在下降，配重分布也在變化。
三件事同時(shí)在動(dòng)，動(dòng)的方向軌跡也未必是一致的。
如果油路出了問題，像泵壞了、管路堵了、閥門卡了，這樣燒不到油，就沒有了推力。但是同時(shí)，散熱也停了，熱量也變得無處可去。重心也不能調(diào)了，飛機(jī)開始失衡。
一個(gè)故障，三個(gè)功能同時(shí)暴露在風(fēng)險(xiǎn)之下。
2000年巴黎戈內(nèi)斯的AF4590，輪胎爆裂擊穿油箱，燃油泄漏起火。那場(chǎng)事故的直接因果鏈?zhǔn)腔鸷褪Э兀皇菬峁芾肀罎?。但它暴露了協(xié)和號(hào)賬本里另一條更嚴(yán)酷的事實(shí)，燃油在這架飛機(jī)上從來不只是燃油，它是能量、是配重、是散熱介質(zhì)，是多個(gè)系統(tǒng)同時(shí)依賴的同一根命脈。
三位一體，綁得越緊，崩塌的風(fēng)險(xiǎn)越高。
這就是協(xié)和號(hào)賬本里最貴的一條：
它用一套天才的設(shè)計(jì)把三個(gè)問題同時(shí)解決了，但這同一套設(shè)計(jì)也讓三個(gè)問題同時(shí)暴露在同一個(gè)單點(diǎn)故障之下。
在可靠性工程里，這叫共模故障，幾個(gè)看似不同的功能，其實(shí)都押在同一個(gè)東西上。那個(gè)玩意只要一出問題，所有功能同時(shí)失去保障。
現(xiàn)在我們出門旅行，手機(jī)既是導(dǎo)航、又是支付工具、又是跟所有人的聯(lián)絡(luò)方式。三個(gè)功能合在一臺(tái)設(shè)備里，確實(shí)方便極了，但如果手機(jī)突然壞了，那我們會(huì)同時(shí)失去了方向、錢包還有跟外界的一切聯(lián)系。這不是三個(gè)倒霉事恰好同時(shí)發(fā)生，而是因?yàn)槲覀円婚_始就把三條命脈綁在了同一個(gè)設(shè)備上。
協(xié)和號(hào)的燃油系統(tǒng)就像極了那臺(tái)手機(jī)。
五、可下垂的機(jī)頭
協(xié)和號(hào)的三角翼在低速時(shí)有一個(gè)問題：升力不夠，必須要用大迎角去"騙"更多的升力。降落時(shí)機(jī)頭仰角會(huì)達(dá)到驚人的12.5度，機(jī)頭翹得像一根撬棒，會(huì)完全影響飛行員觀察跑道的視線。
那怎么辦？方法居然是把機(jī)頭往下折。
協(xié)和號(hào)的機(jī)頭是一套液壓可下垂系統(tǒng)，有四個(gè)工作位置：
超音速巡航和停機(jī)：機(jī)頭抬起，遮陽(yáng)板（Visor）升起，整個(gè)前端形成一個(gè)完美的流線錐體
地面推出：機(jī)頭抬起，遮陽(yáng)板放下（很少使用，主要是為了清潔風(fēng)擋等地面操作）
滑行、起飛和初始爬升：機(jī)頭下垂5度，遮陽(yáng)板放下
最后進(jìn)近和著陸：機(jī)頭下垂12.5度，遮陽(yáng)板放下
協(xié)和號(hào)的下垂機(jī)頭不僅為了視野。它也是熱管理系統(tǒng)的一部分。
這套裝置不僅是為了讓飛行員看得見跑道，它還是熱管理系統(tǒng)的一部分。
在2馬赫時(shí)，機(jī)頭是全機(jī)溫度最高的區(qū)域，是127°C。如果駕駛艙前方是普通玻璃，在這個(gè)溫度下會(huì)碎裂，而且艙內(nèi)需要隔熱。
協(xié)和號(hào)的解決方案是在超音速巡航時(shí)升起一塊遮陽(yáng)板（Visor）——多層特殊耐高溫玻璃制成的熱盾，擋在風(fēng)擋前面，把機(jī)頭傳導(dǎo)過來的高溫隔絕在駕駛艙外。
機(jī)頭抬起+遮陽(yáng)板升起=流線外形+熱防護(hù)。
機(jī)頭下垂+遮陽(yáng)板放下=飛行員看得見跑道。
一套裝置解決兩個(gè)完全不同的問題。雖然優(yōu)雅，但也意味著如果液壓系統(tǒng)失效，飛行員既看不見跑道，也會(huì)失去了熱防護(hù)。
好在液壓系統(tǒng)有冗余，正常由Green系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，備用是Yellow系統(tǒng)。如果兩套都失效，還有一個(gè)應(yīng)急機(jī)械釋放裝置，解除機(jī)頭鎖定后，機(jī)頭靠自身重力自由下落到5度位置，同時(shí)觸發(fā)遮陽(yáng)板自動(dòng)解鎖放下。
六、空調(diào)：575度溫差攻堅(jiān)戰(zhàn)
最后算一筆最有意思的賬。
協(xié)和號(hào)的空調(diào)系統(tǒng)需要做到一件事： 把550°C的發(fā)動(dòng)機(jī)引氣，在不到幾米的管路里降溫到零下15°C到零下25°C，然后送進(jìn)客艙。
中間溫差超過575度。
協(xié)和號(hào)需要在幾米管路內(nèi)，把550°C引氣降溫到客艙可用溫度。
冷卻的流程：
發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)引氣：550°C
經(jīng)過空氣/空氣中間冷卻器，用外部沖壓空氣做第一級(jí)冷卻——但沖壓空氣自己也有127°C
經(jīng)過空氣循環(huán)機(jī)（ACM）做功來降溫，原理是讓高壓空氣推動(dòng)渦輪膨脹做功，空氣一膨脹，溫度就驟降。我們給自行車打氣時(shí)氣筒會(huì)發(fā)燙（壓縮空氣放熱），ACM做的是反過來的事（讓空氣膨脹吸熱）
經(jīng)過燃油熱交換器，把剩余熱量排進(jìn)燃油（吸熱后燃油約60°C）
離開空調(diào)組件時(shí)的空氣溫度：約零下15°C到零下25°C
經(jīng)過機(jī)翼和機(jī)身導(dǎo)管回暖到0°C左右
進(jìn)入客艙與艙內(nèi)空氣混合
整套流程下來，100位乘客坐在一個(gè)艙壁溫度溫?zé)岬?、外?27°C的鋁管子里，感受到的是22°C的空調(diào)風(fēng)。
不過空調(diào)系統(tǒng)馬力全開，也只能做到勉強(qiáng)維持。協(xié)和號(hào)退役的飛行員回憶：在超音速巡航階段，你用手去摸客艙內(nèi)側(cè)的艙壁，是溫?zé)岬摹?/p>
外面是兩倍音速。里面是一根正在被加熱的鋁管。唯一的救命稻草是一百噸正在被燒掉的燃油。
尾聲
協(xié)和號(hào)的熱力賬本到此。
它活在一個(gè)非常狹窄的溫度走廊里，鋁合金的127°C上限決定了速度不能再快，燃油的散熱容量（Heat Sink）決定了航程不能再遠(yuǎn)，白色涂裝的反射率決定了它連換個(gè)顏色的自由都沒有。
上一期說過：協(xié)和號(hào)的進(jìn)氣道用激波省下來的每一點(diǎn)效率，最后都變成了溫度。
這一期算清了這筆賬：溫度，變成了材料的疲勞極限，變成了機(jī)身每一次膨脹與收縮，變成了燃油三位一體的風(fēng)險(xiǎn)捆綁，變成了從550°C到零下25°C的575度溫差攻堅(jiān)戰(zhàn)。
每一度溫度都是明碼標(biāo)價(jià)的。
「飛機(jī)的賬本」系列。寫飛機(jī)，不是因?yàn)樗芸?。是因?yàn)樗苜F。貴的不只是錢。
向物理借錢的人，這一期看到了賬單的第二頁(yè)。
下一篇，準(zhǔn)備寫AF4590。賬單開始見血。協(xié)和號(hào)的賬本還沒算完。
點(diǎn)贊、轉(zhuǎn)發(fā)、關(guān)注，等下一篇。
協(xié)和號(hào)退役了。但那本“向物理借錢”的賬本，還沒有結(jié)束。
特別聲明：以上內(nèi)容(如有圖片或視頻亦包括在內(nèi))為自媒體平臺(tái)“網(wǎng)易號(hào)”用戶上傳并發(fā)布，本平臺(tái)僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
