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SR-71“黑鸟”家族能够实现3倍音速巡航，除了针对高速巡航优化的超音速升力体气动布局以外，发动机可以说是一个更加关键的因素。黑鸟系列采用的J58发动机设计始于1956年，在当年的设计极其超前，堪称逆天级别的神物。


为高马赫数而生黑鸟腾跃，征服高远蓝天；烈焰喷射，荡起激波千丈；正是有了雄鹰的霸翔，蓝天才变得绚丽多彩；同时蓝天正是有了黑鸟侦察机的驰骋，高马赫数航空飞行才被赋予了新的价值。

提起黑鸟侦察机的大名，小编相信各位大神看官无人不知，无人不晓。不用说其三马赫的飞行速度，恐怖的巡航高度，也不用说它空速越高越省油的特质，单讲它以一己之力摆脱4000余次防空打击的服役经历，就足以使人心生敬畏。

但是，咱们分析问题应追本溯源，到底有哪些技术使得黑鸟获得了鬼魅般的航空能力。 其核心技术有三：

第一，破热障的航空材料；

第二，第二，科学的升力体气动设计；

第三，第三，核心，J58发动机。该款发动机，是黑鸟一切的坚实根基。

什么是变循环发动机

黑鸟第一次试飞时在1964年，距今足足已有60年有余，但其的发动机工作思路却一点儿都不过时，近年来，美帝热炒的第六代战机所用的变循环发动机技术可以说也是有J58的影子的。

与最近出现的变循环发动机类似，J58可以调整发动机内气体的流动，但与变循环发动机的多重组合不同，J58更像是一个双向开关主要结构与一般涡轮喷气发动机无异，使用前部涡轮对空气进行增压以供燃烧，由于燃烧后炽热的气体要通过尾部叶片，为避免尾部叶片熔化引擎燃烧室温度不能过高，导致部分氧气无法充分燃烧。

▲图片：涡喷模式下工作的J58发动机，空气在燃烧室燃烧，推动涡轮旋转，驱动压气机压缩空气

为了能更好利用剩余氧气，几乎所有喷气发动机都在尾部叶片后设有加力燃烧室，通过剩余氧气与燃料的再混合燃烧，以高油耗低燃烧效率为代价提供更多推力，2.2马赫以下的J58发动机亦如此。但在2.2马赫以上，J58发动机两侧的六个导气管道会打开，将绝大部分进气从涡轮叶片第四级直接导入加力燃烧室。由于2.2马赫以上SR-71向前飞行的运动对空气的加压比例已优于涡轮叶片的比例，直接将加压空气送入加力燃烧室能让燃烧效率大幅度提高。

▲图片：当需要以2.3倍音速以上速度飞行时，J58发动机会利用6根大的引气管，把气流从第四级压气机就向外引出，直接越过中间的部分，在加力燃烧室内与燃油混合，并以冲压方式工作，减小推力损失。

此时的J58发动机更像是冲压发动机，即不经过涡轮加压而是利用引擎前向运动来压缩空气的喷气式发动机。同时兼顾两种发动机特点的J58也因此被命名为涡轮冲压发动机。

由于冲压引擎的油耗在超高音速阶段要远低于涡轮引擎的油耗，J58引擎是速度越快耗油越低，也就是说SR-71在3.2马赫巡航时耗油量最低。没错，你没看错，SR-71飞得越快越省油。为了让超音速的气流进入发动机后能被减速成亚音速气流以便加压，J58的鼻锥会从1.6马赫开始，每提高0.1马赫向后收缩4.06厘米。

▲当SR-71在3.2马赫巡航，J58工作效率最高时，鼻锥已经足足向后收缩了66厘米。

虽是传奇但依然有落后的地方

黑鸟这么先进，难道就没有不足的地方？有，当然有!

然而技术始终在不断发展， J58发动机上的一些设计、材料、工艺在今天都显得有些落伍（3倍音速巡航速度和3W米升限并不落后）。

比如，首先，它的推力虽然高达14.7吨，但这是在2.95吨的体重下获得的，发动机推比只有5.23。而F119发动机的衍生型F135发动机，也就是F-35所用的，推重比已达到10。

▲F-135发动机试车，目前世界公认的推比10一级的涡扇发动机有：欧洲合研罗罗公司的EJ200中推涡扇发动机、法国M88系列中推涡扇发动机、前苏联AL-41F大推力涡扇发动机和美国的F119（包括F135系列）和F120系列发动机（包括F136系列）。

其次，J58发动机的主要结构，是一台单转子的涡轮喷气发动机，采用9级压气机和2级涡轮。它的冲压工作模式，是在2.3倍音速以后，打开第四级压气机后的6根粗管道，让气流越过后面的5级压气机和燃烧室涡轮，直接进入加力燃烧室。而对于F110这样的发动机来说，复杂的放气调节系统并不缺乏；而显著提高性能和燃油效率的双转子结构，则在设计制造难度上比J58的单转子结构要高得多。

▲双转子的支撑和润滑设计都比单转子复杂的多

单转子发动机的压气机和涡轮是一根轴上装死了的，燃烧室里的燃气推动涡轮怎么转，压气机就怎么转；而双转子发动机要内外大轴套小轴，高压涡轮转动只带动高压压气机，低压涡轮转动只带动低压压气机。由于要多套一层轴，双转子发动机的支撑和润滑设计复杂性、难度远比单转子发动机要高。

再次从材料和工艺上说，J58发动机的工作条件放的很宽松（代价是燃油、推力效率低），其涡轮前温度只有1093度，而F110达到1371摄氏度。这意味着F110发动机的涡轮必须采用J58时代尚未能实用化、甚至是根本没有诞生的材料（比如高性能的定向凝固合金，或者单晶高温金属），以及当时工艺水平无法实现的冷却设计（需要在叶片内作出极为复杂的形状，以通过冷却气流）。

▲这些叶片都是单晶材料，生产过程的复杂程度就不再赘述

第三代苏27的AL-31发动机的涡轮前温度是1665K，而第四代F-22的F-119发动机将这个指标提高到了1977K；AL-31的涡轮前温度尚在普通钢材熔点之下，但F-119的已超出约200度。

要在这样高的温度下正常工作，F-119的涡轮采用了第三代单晶空心叶片。具体什么是单晶空心叶片，在此很难展开描述，只能说一片面积仅几平方厘米的叶片具有大量自由曲面、复杂的内腔（用于进气冷却），还要控制合金晶体生产连续一致，这需要极高超的精密铸造工艺。黑鸟那个年代真的没有。

最后黑鸟不隐身，虽然它在设计时做了一定的低可探测性考虑，但实际上黑鸟从来没能隐身过。这一方面是上世纪50年代根本没有任何计算能力、也没有成熟的理论去指导外形和涂料上的雷达隐身设计；

另一方面也和发动机有关——黑鸟以3马赫或更高速度巡航时，持续性的高温高速喷流中产生大量的等离子体（低温等离子体最低只要727摄氏度就能形成），会形成明显的雷达信号特征。

▲未来具备强大突防能力的高超音速飞机，其发动机必须具备超音速燃烧能力，而这是J58发动机构架下不可能做到的事情

没有隐身能力的同时，现有的气动技术、材料结构技术并不足以支持3倍音速下还能进行高机动的设计。这些问题使3倍音速级别的高速飞机在现代防空系统的面前非常脆弱——弹道导弹的末端速度可比3倍音速要高。黑鸟实际上就是因为这个原因而退役的。

因此对于高速发动机来说，必须要将性能提升到5-6倍甚至更高的高超音速水平，才能对现代防空系统形成来不及防御拦截的致命威胁。也就是近年来中美俄都在迎头发展的高超音速武器。

传奇永远都是传奇

▲这就是驱动黑鸟创造奇迹的‘’心脏‘’，尽管黑鸟的时代已经成为历史，但这只凶猛的大鸟及其心脏的传奇经历必将永垂不朽。