超声速翼型和亚声速翼型的气动特性 下载本文

为了保持机舱凉快,协和飞机所载的燃油会有类似“散热片”的作用,以吸收空气调节和液压系统产生的热力。超音速飞行时,驾驶舱前的窗户也会被加热,此时窗前会加上一块遮阳板以防止热力直接传递到驾驶舱。

由于协和飞机具有表面加热的特性,因此其涂装亦有所限制。机身表面大部分面积只能涂上具有高反射特性的白色涂料,以避免超音速飞行时产生的高热影响到铝制结构和油箱安全 。

(6)结构强度

协和飞机高速飞行时,转向会为飞机结构带来巨大压力,导致结构扭曲变形。为了在超音速飞行时依然能够维持有效、精确的控制,解决办法是对机翼内侧和外侧的升降副翼(elevon),依照不同的速度状态,进行按比例的调整。超音速飞行时,相对软弱的机翼外段的副翼控制面将会锁定在水平位置,而只会操作靠近翼根位置、相对强度较高的内侧副翼控制面。

另一方面,细长的机身意味着较低的结构强度。实际上协和飞机飞行时机身会出现少许弯曲,尤其在起飞时这个现象更为明显 。这个时候当飞行员在机头回望客舱,就能显著的看到这个情况,但由于机舱中段设置了厕所,阻隔旅客的视线,所以大多数旅客并未能察觉到机身的变化。

(7)起落装置

无尾三角翼飞机的起飞(降落)距离和速度都比较高,这对飞机的制动系统和起落架也是一项挑战。协和飞机起飞速度高达每小时400千米(250哩),为了让飞机在起飞失败后迅速减速,协和飞机是首批使用防抱死制动系统(ABS)的民航客机,这是一套具有防滑、防锁死等优点的安全制动控制系统。传统制动系统在飞机起飞失败紧急制动时往往只能抱死机轮,加上前冲的惯性,容易造成侧滑、方向不受控制的情况。防抱死制动系统可以防止机轮于制动时锁死令轮胎的静摩擦力变成滑动摩擦力而无法控制方向,提高制动效率和操纵性,避免飞机失去控制,这尤其于湿滑地面更为重要。 协和飞机也是全球首种采用碳基(carbon-based)制动装置的民航机。这是邓禄普(Dunlop)公司的产品 ,能够把重达188公吨、时速达305千米(190哩)的协和飞机于1,600米内煞停。完全停止后,制动装置的温度会达300℃至500℃,需要数小时才能冷却。

除此之外,由于协和飞机是无尾三角翼设计,在起飞时需要一个较大的迎角(约18度)才能获得足够的升力,因此起落架也需要特别加强,并延长主起落架支架。但这又对起落架的收纳产生麻烦,为了减少占用空间,起落架收起时需要伸缩一段距离,否则两个起落架将会碰撞。另一方面基于大迎角起飞、降落的需要,为避免机尾触地,协和飞机也在机尾设置了一个小型双轮辅助起落架,成为协和飞机的一个特色。

(8)辐射量

协和飞机的巡航高度(18,000米)远高于普通亚音速民航机(12,000米),乘客会因此而承受比普通长途飞行多2倍通量的宇宙射线电离辐射。所以早在协和飞机投入营运之时,就有学者怀疑长时间超音速飞行会增加患上皮肤癌的风险。但实际情况是由于飞行时间相对减少,在同等飞行距离下所吸收的当量剂量会较普通客机为少。此外,即使是一些不寻常的太阳活动亦会导致入射辐射大量增加,为保护机内人员,因此驾驶舱内装有一个宇宙射线测量仪和量度辐射减低率的仪器。一旦入射辐射量过高,协和飞机会下降至14,000米(47,000英尺)以下。量度辐射减低率的仪器读数会决定是否需要下降到更低高度,减少飞机暴露于危险辐射水平的时间。

(9)机舱加压

民航客机机舱通常会在飞机爬升到1,800—2,400米

(6,000—8,000尺)之间时加压,而协和飞机只会在6,000尺进行一次加压。协和飞机的加压系统也有完善的安全性考量。在15000米以上高空机舱突然失压所带来的后果是灾难性的,所有乘客和机组人员都会在10至15秒的有效意识时间过后随即昏迷,而高速飞行所带来的文丘里效应也会迅速抽走舱内空气,令舱内气压低于舱外大气压。由于协和飞机巡航高度非常高,该处的空气氧气含量、气压极低,即使机舱有一小处缺口也会导致严重的失压和迅速缺氧,所以乘客也难以有足够时间戴上用于普通民航机的紧急氧气面罩。协和飞机因此使用面积较小的窗户以降低失压的速度,并且还有一套后备的机舱空

气供应系统以尽量在一小段时间内维持舱内气压,而飞行员需要使用持续正压呼吸机以保障飞行员的氧气供应及其安全,务求令飞机能够有足够时间下降到安全高度。

(10)可下垂式头锥

可下垂的机鼻头锥是协和飞机的外观特征之一,既能在飞行时保持飞机的流线外型减低阻力,又可以于滑行、起飞和着陆时改善飞行员的视界。为了减少飞行阻力,协和飞机的机头较其他民航机更长,并呈针状。三角翼飞机起飞和着陆时的迎角较大,又长又尖的机鼻会影响飞行员对跑道、滑行道的视野,因此协和飞机的机头设计成可以改变角度以迎合各种操作需要 。另外机头头锥也带有一个整流罩,这个可移动的整流罩具有维持机头流线型、保护驾驶舱玻璃、阻隔超音速飞行热力等功能。整流罩会在头锥下垂前收纳到头锥内,而当头锥恢复水平时,整流罩会升回驾驶舱挡风玻璃前方,令机头回复流线外型。

在地面滑行和起飞时,驾驶舱内的控制器能控制整流罩收纳到头锥内并把头锥角度下调5°。起飞后,整流罩和头锥都会恢复原位。至飞机降落前,整流罩会再次收纳到头锥内,然后头锥会下调12.5°以取得最佳前下方视界。而降落时头锥会迅速回复到5°的位置以避免头锥触地。在非常罕有的情况下,协和飞机会将头锥下调至12.5°起飞。此外,协和飞机也可以仅仅收起整流罩,而头锥维持水平,但这只有在清洁挡风玻璃和短时间亚音速飞行时使用。