協和超音速客機

協和超音速客機

協和超音速客機(Concorde;亦稱和諧式客機)是由英國和法國聯合研製的一種超音速客機。是原英國飛機公司(現併入英國宇航公司)和法國宇航公司在1960年代合作研製的一種四發超音速客機。1970年3月25日,協和號客機超音速試飛成功。2003年10月24日,協和客機正式退役。

發展歷史

(圖)協和超音速客機協和超音速客機

20世紀50年代,噴氣發動機後掠翼等技術的套用,戰鬥機已經實現了超音速和二倍音速飛行。噴氣式客機趨於成熟後,民航界又把注意力放到超音速客機上,預計1960年代航空公司需要一種既能遠程飛行,又能快速到達目的地的飛行器。美、蘇、英、法等國紛紛開始探索研製超音速大型飛機。

1956年至1961年,英、法兩國分別進行超音速客機研究,由於研製費用高,加上兩國方案相近,1962年,英國/法國兩國簽署了一個政府合作協定。在這個協定上提出了SST計畫(Supersonic Transport Program)即超音速運輸計畫。協和超音速客機就是SST計畫的產物。由英法兩國政府平攤巨額研製費。1963年1月,當時的法國總統戴高樂親自將這一研製計畫命名為"協和"。

協和原型機於1965年開始製造,法國組裝的第一架協和001飛機於1967年12月11日出廠,1969年3月協和式飛機試飛,同年10月1日進行的第45次試飛時突破了音障。英國組裝的第一架協和002飛機也於1969年4月首飛。1975年底取得兩國型號合格證後開始投入使用,1976年1月21日投入商業飛行。 協和式飛機於1979年停產,總共生產了20架,英法兩國各生產10架。其中2架原型機,2架預生產型和16架生產型。除了2架生產型用於試驗,英國航空法國航空各有7架,後來法航1架退役。最終協和式飛機於2003年全部退役。

2003年5月31日,法航的協和客機進行了最後一次商業飛行。2003年10月24日,英航的協和客機結束了最後一次飛行。

技術數據

尺寸數據:翼展25.56米,機長62.1米,機高11.4米,機翼面積358.25平方米。客艙長×寬×高:39.32米×2.63米×1.96米。
發動機:4台奧林帕斯593Mk610渦噴發動機
重量及載荷:空重78700千克,最大商載12700千克,最大起飛重量186065千克,最大著陸重量111130千克。
性能數據:最大巡航速度M2.04,海平面爬升率25.4米/秒,最大載重航程5110千米,起飛距離3410米,著陸距離2220米。
噪音特性:起飛噪音119.5分貝,側向噪音112.2分貝,進場噪音116.7分貝。

技術特點

(圖)協和超音速客機協和超音速客機

協和式飛機前機身細長,這樣既可以獲得較高的低速仰角升力,有利於起降,又可以降低超音速飛行時產生的阻力,有利於超音速飛行。協和式飛機由於機頭過於細長,飛行員在起降時由於高仰角導致視線會被機頭擋住,同時為了改善起降視野,機頭設計成可下垂式,在起降時下垂一定的角度,可以往下調5至12度,以便飛機在起飛和降落時,飛行員獲得極好的視野,巡航時則轉到正常狀態。不過龐大的機頭角度調整設備占用了飛機的寶貴重量與空間。協和式飛機還有個令人津津樂道的特點就是會「變形」:其一是因為在2馬赫的飛行速度時,空氣摩擦使其機體產生高熱,因熱脹冷縮效應,協和式飛機在高速飛行時最長會「變長」約24公分。預生產型協和作了修改,機頭橫截面從圓形改成扁圓形;並加長了客艙。

協和式超音速客機採用無水平尾翼布局,為了適應超音速飛行,協和式飛機的機翼採用三角翼,機翼前緣為S形。三角翼的特點為失速臨界點高,飛行速度可以更快,且能有效降低超高速抖動時的問題。

協和能夠達到三級自動降落和起飛,即,協和飛機完全能按照地面的程式和指令,在無飛行員操縱下自動進行起飛與降落。

缺點

協和式客機也存在一些缺點,一是載客量小,載客量一般限制在100名乘客左右;二是噪音大,以至於很多機場都拒絕協和式飛機降落,目前它只飛巴黎至紐約和倫敦至紐約兩條航線。另外,協和式客機還有一個問題——票價昂貴,乘坐協和式飛機從倫敦到紐約大約需要1萬美元,高昂的票價讓許多乘客望而卻步。

乘客體驗

作為英航和法航的“旗艦”,協和飛機為乘客帶來的體驗與其他亞音速客機有很多不同之處。英航與法航的協和飛機客艙布局均為單一客艙級別,載客100人。客艙被劃分為前後兩個部分,前艙載客40人,後艙載客60人,前後艙之間以廁所分隔。座位布置為每排四座、中央單走道。由於協和飛機機身細長,客艙空間受到相當的限制,在近走道一側的座位,客艙淨空只有約1.8米(6英呎),走道淨空最高也只有約1.9米。座椅也比其他亞音速客機頭等艙的狹窄,實際上與普通客機的經濟客艙座位相若。座位間距為38英寸,只比普通經濟艙多約6至7寸。座椅上方行李架的空間也十分有限,所以協和飛機對隨身行李的體積也控制得更為嚴格。
1990年代時由波音747客機飛行的長途航班上,電影娛樂、角度或方向可調的座椅、步行區域是頭等艙和商務艙最常見的服務特點,但這在協和飛機上均一一欠奉,但協和飛機相對較短的飛行時間彌補了欠缺上述設備的缺陷。協和飛機客艙前方裝有一塊等離子顯示屏,顯示當前飛行高度、飛行速度和空氣溫度。協和飛機擁有非常優質、高貴的服務水平,每位乘客均可以免費享用香檳,而飛機膳食均由瑋致活(Wedgwood)生產的陶器和銀餐具侍奉。
協和飛機的巡航高度較亞音速民航機高出一倍,窗外會呈現出地球的曲率,亂流亦很少出現。超音速巡航期間,雖然飛機外部大氣溫度低至零下60°C,但機身前部的表面加熱會令機體加熱至120°C,窗戶亦會變得溫暖,前艙室溫亦較後艙為高。
三角翼亦令協和飛機能夠達到較傳統客機更大的迎角,此時機翼上表面會產生大量低壓渦流,以維持升力。在潮濕的天氣環境下,協和飛機甚至會被低壓渦流產生的霧氣包圍。但這些情況只會於起飛和著陸的低速飛行時出現,這是協和飛機或會遇到一些亂流和振動。
協和飛機的飛行速度加上地球自轉速度所產生的離心力,令飛機由西向東飛行時能令機上人員的體重暫時減少1%,而由東向西行時抵消了正常的離心力,體重則增加0.3%。但另一方面由於協和飛機的飛行高度很高,離地心較遠,重量還要進一步下降0.6%。
由於協和飛機的巡航速度比晨昏線(solarterminator)的移動速度更快,令它能夠追上和超越地球的自轉。在西行航線上,以當地時間計算,抵達時間往往比起飛時間早。一些由巴黎倫敦飛往美國方向的班機能在日落後起飛,並於中途追上太陽,在駕駛艙中就能看到太陽從西邊升起的景像。換句話說,協和飛機可以讓乘客“在倫敦出發之前就已經到達紐約”;英航亦以這個情形來宣傳,推出口號“出發前就到達”(Arrivebeforeyouleave)。

商業飛行

英國航空

英國航空公司的協和客機共飛行了差不多5萬個班次,總計飛行時間至少達到了14萬個小時,航程為22400萬公里。協和客機從英國倫敦飛往美國紐約的最快飛行紀錄是2小時52分鐘59秒,那是在1996年創造的。在過去30年中,共有250萬人次乘坐過協和客機,其中包括:搖滾明星菲爾·柯林斯,他曾於1985年乘坐協和客機到大洋彼岸,出席在同一天舉行的兩場現場音樂會;英國皇太后,她曾在協和客機上慶祝自己的85歲生日;英國首相托尼·布萊爾,他曾乘坐協和客機前往華盛頓與美國總統布希會談。

法國航空

2002年,法航的協和客機共進行了590次飛行,其中8次由於出現故障而不得不中途返回,1次被迫停飛。此外,其他技術故障也一直沒斷。

重大事故

協和飛機的輪胎一直是其弱點之一,歷史上曾多次在跑道滑行途中因異物導致爆胎事故。最早的一次記錄是在1975年6月20日,一架法國航空的協和飛機在委內瑞拉加拉加斯機場準備起飛時,一個機輪被跑道上的指示燈損壞。而之後協和飛機爆胎事故幾乎每年都會發生。

1977年11月28日,法國航空一架協和飛機(F-BVFD)在達卡機場降落時重著陸。當時飛機以每秒14英尺(4.62米)的下降率著陸,而實際安全標準為最高每秒10英尺(約3米),導致著陸時主起落架嚴重損毀,發動機被拖行數百英尺。這架飛機在1982年5月27日法航結束巴黎—達卡—里約熱內盧的航線後退役封存,1994年拆解。

1979年6月14日,法國航空一架協和飛機(F-BVFC)執行54號班機,由華盛頓杜勒斯國際機場起飛時,主起落架其中2個輪胎爆胎,輪胎碎片擊穿機翼,機翼上出現一個大洞,二號發動機、部分液壓系統和電纜受損,同時引致大量燃油泄漏。事故發生後法國航空部門要求改進協和飛機的機翼設計,當時就提出用防彈物料保護油箱,但並沒有落實執行。這次事故發生一個月後,1979年7月21日,法國航空另一架協和飛機(F-BVFD)在杜勒斯國際機場再次爆胎。

1992年3月21日,英國航空公司一架由倫敦飛往紐約的協和飛機(G-BOAB),在途經美國紐約東北海面17000米上空以2.0馬赫巡航飛行時,方向舵上段大部分脫落,導致飛機劇烈震動及操控困難,飛行員嘗試關閉一台發動機減輕震動並最終成功降落甘迺迪國際機場,意外中沒有乘客受傷。調查發現意外可能是由於維修時的失當,維修時使用的輔料滲入方向舵部件的蜂窩狀結構,導致金屬結構強度減低。事故後,英航加強對協和飛機方向舵的人工和超音波檢查。

1998年10月8日,英國航空公司一架的協和飛機(G-BOAC),執行由倫敦飛往紐約的BA001號班機,在途經加拿大紐芬蘭海岸時,方向舵下段一部分脫落。

2000年7月7日,英國航空公司表示,在旗下6架協和飛機的機尾發現約6厘米至7厘米的“極微小”裂痕,而另一架的機翼出現裂痕更需要停飛檢查,但英航表示這“對安全不構成威脅”。

2000年7月25日,法國航空4590號班機空難。法國航空一架協和飛機(F-BTSC)由巴黎戴高樂機場滑行起飛時,被跑道上的一塊由一架美國大陸航空DC-10客機脫落的金屬薄片割破輪胎,輪胎碎片繼而擊穿油箱,造成協和飛機失事。事件造成機上109人全部遇難,及地面4人死亡。

天文觀測

觀測日全食

協和飛機也曾用於觀測日全食。日食發生期間,日全食陰影移動的速度超過3000千米/小時,月球陰影的移動速度雖然高於協和飛機正常的巡航速度,但相比陸地上觀測已經能大大延長觀測時間。1973年6月30日,非洲出現了持續時間長達7分4秒(地面觀測時間)的日全食,由當時法國恆星和行星物理學實驗室的皮埃爾·雷納(PierreLena)發起,一組科學家首次使用協和飛機進行日全食的科學研究。雖然許多戰鬥機都能達到這個速度,但因為戰鬥機航程、荷載有限,無法攜帶大量試驗設備,協和飛機是當時的最佳選擇。
當日上午,協和飛機原型機(生產編號001)載著5名機組人員、7名天文學家、2名助理以及1位攝影師,從非洲西岸的加那利群島拉斯帕爾馬斯(LasPalmas)的機場起飛。按計畫飛機將先飛往會合點,直徑250千米的日全食陰影會以2500千米/小時的速度追上協和飛機,接著以2145千米/小時的時速繼續東行。為了保證會合時間準確,飛機提前20秒起飛,如果有必要也可以通過採取空中減速來延遲到達時間。格林尼治標準時間10點53分30秒,協和飛機以2.03倍音速的飛行速度飛到了西經9°、北緯20.6°、海拔16057米的茅利塔尼亞上空,與預訂時間僅相差一秒的時間接觸到了陰影區。由於協和飛機窗戶較小,乘客的視角受到較大的限制,而這次為了方便日全食的觀測,飛機機身頂部也安裝了一個直徑5英寸的觀測窗,由高強度石英玻璃和特種塑膠製成。協和飛機隨陰影飛行,經過茅利塔尼亞、馬里、阿爾及利亞、尼日和查德。在此期間,來自巴黎大學的天文學家通過陀螺穩定望遠鏡拍攝到長時間的日食。其他法國和美國科學家也使用了不同的技術來研究日冕。在進入本影約74分鐘後,即格林尼治標準時間12時7分24秒,日全食結束了。45分鐘之後協和飛機降落在查德的恩賈梅納機場

觀測哈雷彗星

哈雷彗星每隔76年就接近地球一次,1985年10月至1986年6月期間又再次“回歸”地球,1986年2月9日通過近日點,1986年4月中旬是其中一個最佳觀測時間。追蹤哈雷彗星的最佳途徑不外乎是通過太空飛行器進行觀測,但協和飛機的出現又帶來一個新選擇。這次觀測計畫由美國天文學家霍克·海姆(JackHorkheimer)領導。1986年4月5日,首班觀測包機飛抵紐西蘭,當一架協和飛機(G-BOAB)到達奧克蘭時,其觸目程度甚至比哈雷彗星更甚。協和飛機觀測彗星的正式計畫在1986年4月13日至16日的晚上進行,這時是哈雷彗星最光亮的時段。兩架法國航空的協和飛機由紐約出發,而另外兩架英航的協和飛機由邁阿密出發。在飛行途中,協和飛機需要在某段時間儘可能接近赤道,以滿足最理想的天文觀測條件。

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