简介

协和飞机（Concorde），是一款由法国宇航和英国飞机公司联合研制的中程超音速客机，它和苏联图波列夫设计局的图-144同为世界上少数曾投入商业使用的超音速客机。

协和飞机代表着航空技术史上的技术进步，因此即使退役后，协和飞机仍然是航空历史上的重要象征。

研发经历

背景

1950年代开始，随着亚音速喷气式客机的普及，以及第一种实用化的超音速军用飞机——F100“超佩刀”战斗机的出现，超音速客机在当时被普遍视为未来的发展路向，苏联、英国、法国、美国都相继计划研发超音速客机。 1956年，英国政府成立了超音速运输飞机委员会（Supersonic Transport Aircraft Committee），联合了英国皇家飞机研究院（Royal Aircraft Establishment）和布里斯托尔飞机公司（Bristol Aeroplane Company）进行研究，开始探讨开发世界上第一种超音速客机的可行性。

1959年，委员会得出了初步结论，认为超音速客机在技术上是可行的，并建议研究试制两种超音速客机，分别为1.2马赫的短程客机和2.0马赫的中程客机。当时英国的布里斯托尔飞机公司获得了英国政府巨额资助，并根据委员会的建议，提出了布里斯托尔198（Bristol 198）计划。布里斯托尔198的设计是一种装备6具涡轮喷气发动机、可载130名乘客并以超音速进行跨大西洋飞行。但由于这种设计理论重量过高，而且装备6具发动机的经济性备受质疑，随后布里斯托尔飞机公司又推出了布里斯托尔198的缩小版本——布里斯托尔223（Bristol 223），设计是一种采用三角翼、装备4具发动机、巡航速度为2马赫、可载客约100人并能够进行跨大西洋飞行的超音速客机。

与此同时，法国也有类似的计划，而且进度与英国相若。法国南方飞机公司（Sud Aviation）和达索公司联合进行研究，提出了超级卡拉维尔（Super-Caravelle）的设计方案，这也是一种采用三角翼、巡航速度为2.2马赫、可载客约70人的飞机。

英法合作

1960年代初，英国的两种设计已经初步进入建造原型机的阶段，但由于投资庞大，英国政府遂要求英国飞机公司在国际间寻找合作伙伴。与数个国家商讨后，只有法国对合作计划有兴趣。

英法两国能够就超音速客机计划达成共识并开展合作，主要是因为两国的设计方案十分接近，在速度、航程、气动布局等方面均有极大的相似性，合作研制有助于平均负担费用。另一方面，当时波音707、道格拉斯DC-8迅速占据欧洲民航客机市场的大量份额，法国总统戴高乐不愿意看见欧洲市场被美国飞机制造商垄断，因此也鼓励两国合作，加快研发进度，争取在美国的超音速客机出现之前抢占市场。合作计划并非由两家公司制定，而是由英法政府以国际条约的方式商议。

在法国总统戴高乐和英国首相麦克米伦提议下，合作计划草案于1962年11月28日正式签订。这个计划并包括了一项由英方提出的条款，如果任何一方取消合作就必须付出巨额赔偿金。此时，布里斯托尔飞机公司和法国南方飞机公司已经分别与其他公司合并为英国飞机公司和法国宇航公司。

起初，双方有意建造一种长程和一种短程的超音速客机，但与潜在客户推销两种机型后，发现航空公司对短程的超音速客机兴趣不大，于是决定取消短程型号。长程型取得超过100架的意向性订单，启始客户包括泛美航空、英国海外航空和法国航空，分别订购6架协和飞机。而按照当时最保守的估计，订单数字将在1975年上升到225架。

在获得足够航空公司的支持后，英法合作的超音速客机研制计划立即展开。按照协议，飞机机体研制将由英国飞机公司和法国宇航公司共同进行，而飞机的发动机由英国劳斯莱斯公司和法国斯纳克玛公司共同进行，飞机总体组装地分别设在英国菲尔顿和法国图卢兹。最初的计划是试制两架原型机，研制费用为1.5亿英镑，计划售价为每架约1500万至1700万英镑。

首架原型机计划在1966年年底首飞，并预计在1969年取得适航证。至1966年，英法双方决定扩大研制规模，增加生产两架预生产机，和两架供静力试验和金属疲劳试验用的量产机，研制费用增加至5亿英镑。

1964年，英国工党在大选中胜出，哈罗德·威尔逊出任英国首相，面对当时的财政赤字，英国政府有意撤资、退出合作计划，为此法国总统曾亲自出面，强调英国需要履行1962年签定的一纸协议，以及单方面拒绝执行协议的后果。碍于条款，英国被迫继续投资，但是接连取消多个飞机研制项目。

命名

在1963年1月13日，当时的法国总统戴高乐率先将这一超音速客机研制计划，以法语命名为“Concorde”（在法语中代表合作、和谐），而英国为了向法国表示对合作的诚意，同意采用法语名称，但后来法国否决英国加入欧洲经济共同体，时任英国首相麦美伦改变了主意，认为法国总统戴高乐在飞机的命名上忽视英国，决定将“Concorde”改名为英文“Concord”（在英语中亦是和谐、协调的意思）。 直到1967年12月11日首架协和飞机在法国图卢兹出厂，飞机命名才尘埃落定，同日英国科技部部长东尼·宾特（Tony Benn）宣布英方愿意使用最初的名称，称协和飞机为“Concorde”。

后续发展

英航的协和式飞机

协和原型机于1965年开始制造，法国组装的第一架协和001飞机于1967年12月11日出厂，1969年3月协和式飞机试飞，同年10月1日进行的第45次试飞时突破了音障。

英国组装的第一架协和002飞机也于1969年4月首飞。

在1970年大阪世博会上，英法两国联合将一部协和飞机的宣传片带到了展览现场，向世界展示了这种完全不同于当时世界上各种民航客机的全新机型，并进行大力推广。这些巡回展示为协和飞机带来超过70架的新订单，但同时一连串意料之外的不利因素导致大量早期签订的意向性订单被取消。到了1976年仅余下四个国家仍然有购买意向，包括英国、法国、中国及伊朗，而最终只有法国航空和英国航空（英国海外航空的后继者）购买，并且两国政府都分享部份从营运协和飞机取得的盈利。以英航为例，协和飞机以政府向英航提供的贷款购入，英国政府则收回80%从协和飞机取得的盈利，直到1984年才停止。

1974年后，英航和法航开始利用协和飞机进行各种示范和飞行测试。协和飞机试飞过程至今仍然保持着多项记录，原型机、预产机和首架量产机共试飞了5335小时，当中2000小时是超音速飞行，试飞总时间远远超过同期同等大小的亚音速民航客机4倍之多。

1976年1月，协和飞机正式投入航线上飞行。至此为止，英法两国政府已经在超音速客机计划上投资了超过8亿英镑，超过最初预算近6倍。1977年时，协和飞机实际价格为2300万英镑，也超过预计价格600万英镑。然而，据当时的预算，协和飞机要售出至少64架才能保本，结果巨额开发成本根本无从收回。 英国飞机公司（后来成为英国宇航）和法国宇航（后来成为欧洲宇航防务集团）是协和飞机型号合格证的共同持有人，空中客车集团成立后把型号合格证转到空中客车名下，并继续为协和飞机提供维护和支援工作。 为了满足长时间超音速巡航的需要，协和飞机采用了高效率的涡轮喷气发动机、大容量油箱等措施，因此协和飞机也是至今续航能力最强的超音速飞机，单次加油可超音速飞行超过7000千米。但尽管如此，协和飞机的航程仍然比其他亚音速民航机短得多，以波音747-400为例，其航程可达13450千米。 1976年，在协和飞机投入商业飞行的4个月以后，英国飞机公司和法国宇航公司又共同提出了下一代协和飞机的设计方案，称为“协和B型”。协和B型的改进重点在于加大航程，包括加大油箱容量，稍微加大机翼面积，增加前缘襟翼以进一步改善起降时候的低速性能，发动机方面取消了加力燃烧室，以增大压缩机直径，增加一级低压涡轮代替，并加装噪音消减装置，这种新型发动机的工作效率比既有的奥林匹斯593型还要高25%。当时预计协和B型飞机的航程可以比协和飞机延长805千米，同时运载能力也有所增加，这使得航空公司能够开拓更多超音速航线。但面对协和飞机惨淡的销情，以及第二次石油危机的影响，协和B型计划最终取消。

1975年底取得两国型号合格证后开始投入使用，1976年1月21日投入商业飞行。

服役历程

协和飞机可下垂式机头

协和飞机在1969年首飞，1976年投入服务，主要用于执行从伦敦希思罗机场（英国航空）和巴黎夏尔·戴高乐国际机场（法国航空）往返于纽约肯尼迪国际机场的跨大西洋定期航线。飞机能够在15000米的高空以2.02倍音速巡航，从巴黎飞到纽约只需约3小时20分钟，比普通民航客机节省超过一半时间，所以虽然票价昂贵但仍然深受商务旅客的欢迎。1996年2月7日，协和式飞机从伦敦飞抵纽约仅耗时2小时52分钟59秒，创下了航班飞行的最快纪录。 1969年，第一架协和超音速客机诞生，并于1976年1月21日投入商业飞行。协和式超音速客机是世界上为数不多的投入航线上运营的超音速商用客机。协和式飞机一共只生产了20架。英国航空公司和法国航空公司使用协和式飞机运营跨越大西洋的航线。到2003年，尚有12架协和式飞机进行商业飞行。2003年10月24日，协和式飞机执行了最后一次飞行，全部退役。 协和号票价高昂，一张伦敦至纽约的来回票要价逾九千美元，亲自搭乘协和号班机往返欧美大陆成为许许多多人自幼以来的梦想。飞机从欧洲到纽约的航程只需要不到三个半小时，且因为伦敦、纽约时差四个小时，所以搭乘协和号的旅客最喜欢说：“我还没出发就已经到了”。 2000年7月25日，协和号客机班机AF4590在进行起飞时辗过了跑道上另一架美国大陆航空的DC-10脱落的小铁条，造成爆胎，而轮胎破片以超过音速的高速击中机翼其中的油箱。之后引发大火，导致飞机于起飞数分钟后即爆炸坠毁于机场附近的旅馆。这是协和号服役期间唯一的一次的重大事故。也是有史以来第一架超音速喷气式客机失事，这场悲剧造成了113人丧命。　

此次失事促使飞机制造商重新改造机体设计，并修补了诸多缺失。甚至利用凯夫拉材料来保护油箱，以避免油箱以后遭到高速的异物的穿刺。但尽管如此，由于整个失事过程都被民众用家用录影器材拍摄下来，造成社会大众心理上的严重震撼，不论这家飞机以往声望有多高，但仅仅一次的失事就让协和号从此一蹶不振。虽然协和号客机在2001年11月重新启航，载客量一直都严重不足。因为对航空公司亏损严重，协和号客机终于在2003年退役。 到2003年4月，尚有12架进行商业飞行。2003年10月24日，协和飞机执行了最后一次飞行。

技术特点

协和式飞机前机身细长，这样既可以获得较高的低速仰角升力，有利于起降，又可以降低超音速飞行时产生的阻力，有利于超音速飞行。协和式飞机由于机头过于细长，飞行员在起降时由于高仰角导致视线会被机头挡住，同时为了改善起降视野，机头设计成可下垂式，在起降时下垂一定的角度，可以往下调5至12度，以便飞机在起飞和降落时，飞行员获得极好的视野，巡航时则转到正常状态。不过庞大的机头角度调整设备占用了飞机的宝贵重量与空间。 协和式超音速客机采用无水平尾翼布局，为了适应超音速飞行，协和式飞机的机翼采用三角翼，机翼前缘为S形。 协和式飞机共有四台涡轮喷气发动机。发动机由英国罗尔斯·罗伊斯公司和法国国营航空发动机公司（Rolls-Royce/SNECMA）负责研制。发动机型号为“奥林帕斯”593Mk610涡轮喷气式发动机。单台推力169.32千牛。发动机具备了一般在超音速战斗机上才使用的加力燃烧室。 协和式飞机是1970年代的产品，但电子设备还是比较先进的。特别是在自动飞行方面，协和式飞机能够达到Ⅲ级自动降落和起飞，即协和式飞机完全能按照程序和指令，在无飞行员操纵下自动进行起飞与降落。 协和飞机最初的设计主导思想，是立足于1950年代的航空技术水平，避免采用过多未成熟的新技术。但后来在研制过程中发现，超音速客机在空气动力学、飞行控制系统、发动机等方面的技术难度都超过了预期，过分依靠既有技术难以达到预定的性能指标，所以协和飞机的发展过程中也研究、应用了许多新技术，代表了1960年代欧洲航空技术的最高水平，对以后的民航客机发展具有重要影响，但协和飞机的研制时间也因此大大延长。

配平油箱

配平油箱

当任何飞机在飞越临界马赫数时，压力中心（Centre of pressure）会向后转移。在飞机重心不变的情况下会为飞机带来一股下俯力矩。即使工程师为协和飞机设计了S型前缘的三角翼，压力中心仍然会后移约2米。虽然可以利用气动翼面作配平控制（trim controls）来抵销，但在如此高速的情况下会大幅增加飞机的阻力。因此，协和飞机会通过将燃油在机内三个辅助调整油箱之间转移，以电脑自动控制重心来达到配平，成为一种有效的辅助配平控制。

表面加热

协和飞机在五万余高空飞行，机外环境温度约为零下50℃，飞机在超音速飞行时，空气压力和摩擦力会使飞机表面加热，而且飞机不同部分的升温情况也有所差异，并且会在机身表面形成温差。

超音速飞机最热的部分除了发动机之外就是机头头锥，协和飞机在飞行时头锥最高温度可达127℃，机身后段也可超过90℃。协和飞机主体材质为硬铝，仅在部分需要长时间承受高温的特殊部位，例如升降副翼、发动机短舱等处使用钛合金和不锈钢。

协和飞机于飞行期间会经历两个加热及冷却的循环。第一次冷却于飞机起飞爬升时，机身温度随高度提升而下降；然后超音速飞行时机体表面加热，最后于飞机下降、速度减慢时再度冷却。这些因素都必须于冶金塑模时一并考虑。

为此协和飞机在研制时建立了一个试验平台，对一片全尺寸的机翼进行反复加热和冷却，并定时抽取金属样本进行金属疲劳检验。由于热胀冷缩，协和飞机超音速飞行期间，机身会膨胀延长达300毫米，这个现象最明显的地方就是飞行工程师的仪表板与客舱隔板间的距离会在飞行途中增加并形成一条缝隙。所有协和飞机在其退役飞行时，飞行工程师都会将自己的帽子放置于缝隙中，当飞机降落、冷却后，帽子就会永久被夹在其中。 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。至1996年，法国航空为了协助百事可乐宣传，曾将一架协和飞机（登记编号F-BTSD）除机翼以外涂上以蓝色为主的广告涂装。根据法国宇航和法国航空的建议，这架协和飞机维持以2马赫的速度飞行不多于20分钟，而在1.7马赫下则未有限制。只有F-BTSD被选定用于广告宣传，是因为它不需要执行任何需要长时间以2马赫飞行的定期航班。

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，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。

辐射量

协和飞机的巡航高度（18000米）远高于普通亚音速民航机（12000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14000米以下。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。

机舱加压

民航客机机舱通常会在飞机爬升到1800—2400米之间时加压，而协和飞机只会在1800米进行一次加压。协和飞机的加压系统也有完善的安全性考量。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。美国联邦航空局要求飞机需要有其最低紧急下降率，并认为协和飞机假如遇到失压的情况，最佳做法就是将飞机急降。

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