基本介紹
- 中文名稱：D-21無人機
- 服役時間：1969年11月到1971年3月
- 國家：美國
- 飛機類型：高空高速無人偵察機
- 研製公司：洛克希德公司
介紹,覆滅記,
介紹
在1960-1970年代的中國國土防空作戰中，解放軍曾連續擊落U-2高空偵察機和“火蜂”無人偵察機。但另一種更先進、更神秘的美軍高超音速偵察機也曾秘密進入中國，一般史料上卻鮮有記載。
D-21高空高速無人機最先採用了當時世界領先的衝壓發動機，速度高達3560千米/小時，相當於三倍音速水平，升限高達29000米。在1970年代初期，包括美國自身在內，任何一款防空武器理論上都無法擊落該機。
D-21無人機，比A-12/SR-71“黑鳥”高空高速無人機更加神秘，與後者不同，D-21僅僅實戰出擊了四次，就退出了歷史舞台。
D-21從1969年11月到1971年3月，共進行了四次實戰出擊，全部針對中國羅布泊試驗場，但四次出擊全部遭到失敗。其中前三次成功拍攝到情報照片，但全部回收失敗，而第四次則在進入中國領空後失蹤。中國航空博物館展出的殘骸，正是1971年失蹤的最後一架D-21。
覆滅記
1971年3月20日，一架神秘的飛行器在我國雲南省西雙版納森林墜毀。殘骸散布很廣，主要機體落在林中空地一個斜坡上，斷成幾截。民眾蒐集到的大量散落雜物中還有一頂尼龍布"帽子"，有半個籃球大小。有人覺得奇怪，駕駛員的腦袋怎會這樣大。
當時的中國搜尋人員從飛行性能判斷，以為是美軍SR-71高速偵察機，"帽子"就是一個明顯的證據。如果是SR-71墜毀，飛行員就肯定落到我國境內!當地派出上百名邊境民兵遍山遍野到處搜尋飛行員和SR-71的兩個大發動機。
與此同時，美國也對此飛行器的命運十分關心，卻始終弄不明白怎么會失蹤。美軍有人以為是被我新式防空武器擊落。該機墜毀後，經過我國有關科技人員研究，已基本弄清這種新式飛行器的特點和性能，隨即撤除在邊境搜山的民兵，沒有因此誤了春耕。原來美國用B-52飛機從本土出發飛到在南海上空，投放了一架新式高空三倍音速絕密無人偵察機入侵我國領空。該機從雷州半島登入，在中國國境繞了一大圈後因故障墜毀。
我國始終沒有發表任何正式訊息。美國直到1977年後，才在刊物上承認有這種名為D-21的機型，隨後幾年陸續發表不少有關資料。39年後，即2010年8月，我國在北京小湯山航空博物館首次向公眾展出其殘骸，引起軍事航空迷的注意。
從殘骸中了解到的一些情況
這種無人機外形為箭頭狀，三角形機翼，前緣後掠角75°，並有加寬的橢圓形前緣邊條。整機身翼融合，沒有水平尾翼，沒有起落架，機身像個圓筒，機頭進氣。進氣錐採用複雜的雙摺角形狀。前錐角很尖以適應M3.5左右的激波特點。錐體很大，好像把進氣口都堵住一樣，只留周邊一小縫進氣，而且略向下垂。該錐體不能前後移動，是為特定飛行M數設計的。機身直徑1.04米，空殼0.915-0.94米。
D-21B機背上設吊掛點三個，用來連線到母機B-52上。還有與母機連線的電源插銷及燃油注入口等。機腹有安裝固體火箭助推器的連線點。衝壓式發動機很小，裝在機身後段。所以當時在現場找不到像噴氣式發動機那樣的動力裝置。
燃油裝在機身進氣道四周和機翼中段的整體油箱內。使用燃油與SR-71用的一樣，是美國的JP-7號煤油。通常用的JP-4航空煤油在高空長時間飛行是不利的，燃油揮發太快，容易在燃油系統中產生氣泡，阻塞管道以至發動機停車。JP-7航油比重0.83，閃點很高，用火柴點不著火。據到過殘骸現場的人員稱，可嗅到一股非常強烈的類似氨水的氣味，好幾天不散，可能是這種專用燃油的氣味。機身前下部有設備艙，發現的設備艙內裝光學照相機而不是電子偵察器材。機體大部分為鈦合金製成，機翼外側邊緣部分包括前端突出弧形部分和活動翼面(升降副翼)是用像硬紙板一樣的材料製成的蜂窩結構。全機表面塗有黑色塗層。在機身中段周圍和中翼部分，整體油箱蒙皮外表面先塗有一層厚約8毫米的灰色塗層，外面再刷一層黑漆，同時油箱內充填氮氣。
發動機重約200千克，最大直徑710毫米。檢測殘骸時發現，燃燒後在噴口處有一層灰白色粉末，而不是像JP-4那樣有黑色積炭。可能由於燃料中加有鎂質添加劑。
因發動機沒有旋轉部分，故只好用一個衝壓渦輪帶動。這渦輪裝置是輔助動力裝置，可能還帶動設備艙的增壓冷卻渦輪。
D-21的進氣道系統基本上是一個圓筒藏在機身內上方。機身前端有一個圓形進氣口，內有一個大的進氣錐，前錐半錐角26°，進氣錐是不可調的，下俯角 5°，約相當於預定飛行高度和速度時飛機的迎角。進氣錐表面的附面層用環形開縫吸進錐內，然後從機身上方兩側排出。進氣錐後面是擴散器的整流體並向上傾斜，因進氣管道先向上傾斜然後沿機身上方穿過，不是在機身當中。進氣道內直徑0.4米，外直徑約0.42米，因有隔熱層，內外直徑相差很大。整個進氣道與機身之間基本上充填燃料，起降溫作用。尾噴口也不可調節。尾噴管用高壓渦輪泵排出的氣體通過夾層進行冷卻。
設備艙內安裝有照相機和膠片盒。照相機通過一個嵌有3塊玻璃的視窗向下拍照。艙內還裝有慣性導航系統(INS)、自動飛行控制系統(AFCS)和用計算機存儲的航行程式系統 (ADC)等主要航空電子設備。三軸速率陀螺位於無人機重心附近。設備艙連同降落傘等全重不大於360千克，其中僅照相機設備及外殼殘骸就重275千克。
將部分系統部件放在設備艙中的原因，是它們可以利用設備艙的冷卻系統，而且可在任務結束時與設備艙一起回收。設備艙內控制溫度靠通風散熱系統。在高空11000米以上同溫層內，標準大氣溫度是－56℃，實際上隨季節不同，在－50℃～－75℃之間。但三倍音速時，空氣直接"撞"到機體處的溫度——駐點溫度理論值達到335℃。所以衝壓空氣引進後，要先經"衝壓空氣/燃料"散熱器令空氣降溫，再到渦輪散熱器，然後才進到設備艙。設備艙中排出的氣體從機身上方排氣格柵逸出。艙內保持一定壓力，溫度可能不超過80℃。
機內有一般飛機都必須的工作系統。電源有無刷交直流發電機，由渦輪動力裝置帶動，還有銀鋅電池組和鎳鎘電池組。渦輪動力裝置由衝壓空氣帶動，它還帶動液壓泵、滑油泵。排氣口在機尾左側後緣。
液壓系統有兩套，主系統用於操縱無人機。另一套很特別，靠獨立的儲壓瓶供壓，專門用來控制主系統，保證操縱舵面不超過充許偏度，防止無人機過猛動作而損壞。由此可見，該機機體設計強度很低。
美刊介紹的該機整個歷史過程
20世紀60年代初，美國已研製出一種號稱當時各國防空飛彈都無法擊落的高空高速偵察機——SR-71。的確，到目前為止還沒有一架SR-71被擊落。但為避免外交風波，當年美空軍還是利用其技術研製了一種使用一台衝壓式發動機的偵察無人機，飛行速度預定為M數3.2，原稱GTD-21，後改稱D- 21，綽號"標籤板"(TagBoard)。該機仍由洛克希德公司"臭鼬"工廠負責研製，總師是C·凱利·詹森。D-21於1962年4月26日首飛。
最初該無人機計畫由SR-71的前身、戰鬥機機型A-12飛機攜帶投放，因此共改裝了 2架A-12作母機，稱為M-12型。在母機後機身脊背上加一流線型支架，把D-21背在背上。起飛後，當速度達到M3.25左右時把無人機投放出去。投放前無人機的衝壓發動機要起動並全力工作，否則兩機的速度達不到這樣大。而直到兩機分開前，母機仍繼續向無人機輸油，補充用掉的油量。為保證兩機分離成功，母機上增設1個"投放員"的座位。當時最擔心的是兩機相撞。因為在這樣高的M數時，SR-71已產生相當強的激波，D-21穿越這些激波可能會出問題。
D-21為減少帶飛阻力，加上了頭錐罩和尾噴口罩。不料第一次試投放時脫開的頭錐罩把機翼前緣打壞，發動機也受損，試驗失敗。第二次試驗時，放棄頭、尾罩，在M3.24時起動
衝壓發動機，分離獲得成功。第三次試驗在太平洋上空進行，投放順利，D-21飛行2600千米，並完成預定的8次盤旋。1966年7月30日，第四次投放，兩機剛分離，D-21的發動機便工作不正常，同時發生滾轉，撞向母機。M-12飛機損壞後自動上仰成90°角，隨即解體。飛行員及投放員都彈射脫離，但投放員落海淹死。從此這種投放方案被放棄。
衝壓發動機，分離獲得成功。第三次試驗在太平洋上空進行，投放順利，D-21飛行2600千米，並完成預定的8次盤旋。1966年7月30日，第四次投放，兩機剛分離，D-21的發動機便工作不正常，同時發生滾轉，撞向母機。M-12飛機損壞後自動上仰成90°角，隨即解體。飛行員及投放員都彈射脫離，但投放員落海淹死。從此這種投放方案被放棄。
後來D-21改用B-52H飛機投放，稱為D-21B型。1964年12月22日開始第一次試投。無人機吊掛在B-52H左翼靠根部位置。由於B-52的速度不能保證衝壓發動機起動，所以無人機腹部要掛一個很大的固體火箭助推器。D-21B偵察完畢飛回投放地區，由於該無人機太大，當年的技術很難將其回收，因此只回收偵察設備艙，無人機自行炸毀或墜海沉沒。以後又試投過多次，成敗不一。
第一次作戰發射是在1969年11月9日，但導航系統失靈，D-21B一直飛到西伯利亞上空燃油耗盡墜毀，殘骸被蘇聯人撿走。第二次作戰發射是1970 年12月26日，總共飛了4900千米，但到海面後，沒能回收。第三次作戰發射在1971年3月4日進行，D-21B完成了5400千米的整個任務剖面，由於降落傘繩損壞，JC-130B未能從空中進行回收，後來海軍的回收船隻也沒有從海上將設備艙撈起。
D-21採用了大量A-12/SR-71“黑鳥”的技術，能夠克服三倍音速飛行中的“熱障”，並且擁有最早開發的隱身技術。據悉，被繳獲的D-21殘骸為中國航空技術提供了很高的參考價值。
D-21B的第四次也是最後一次發射是在1971年3月20日中午。在北部灣上空投放後，於雷州半島進入我國大陸，12時40分到達逐溪。結果與第一次相似，最終沒有飛回預定回收地區而是落在我國境內。
這次任務失敗使得D-21項目宣告終止。這種無人機一共生產38架，投放用掉21架，餘下的保存在美國亞利桑那州的戴維斯－蒙散(Davis-Monthan)空軍基地和美國各地的博物館。
1960年代末期服役的D-21無人機，採用了當時價格極為昂貴的鈦合金，全部製造和使用成本每架高達550萬美元（1970年價格），相當於當時一架A-7艦載機。
D-21B全長13.15米，身長11.65米，機高2.2米，翼展5.88米，翼面積36.8平方米。該機空重2410千克，初始飛行重量約5200 千克，燃油最大重量2700千克，輔助燃油(鎂粉及煤油混合)108千克。D-21B飛行高度24000～27000米。轉彎時坡度不大於60°，因此轉彎半徑很大，約65千米以上。最大飛行M數3.7，巡航M數3.2～3.3；航程7000千米(高度24000米)，續航時間約2小時。
動力裝置在機身後部，採用了美國一種防空飛彈用的RJ43-MA-11衝壓發動機的修改型，並備有點火用特種燃料，熄火後能重新點火。有一個噴射系統用來冷卻發動機，因此可以連續工作1.5小時以上。在高空巡航時發動機最大推力約為9千牛。
助推火箭長13.5米，重約5000～6000千克，外掛在無人機腹部。從已發表的照片看，火箭頭部伸出到無人機機頭前。可能為了使飛機亞音速時安定飛行，火箭尾部下有腹鰭，在地面可折起。火箭工作時間87-90秒，但每次發射並不一定要把火箭用完。
D-21最初以A-12高速偵察機為搭載母機，後者經過改裝命名為M-21。但由於M-21出擊成本過高，D-21後來改以B-52為母機。
投放、導航及回收問題
無人機約在高度8000米從B-52投下，同時D-21B的自動程式啟動。投下後約1-3秒，助推火箭點火，使無人機速度能在約10秒後達到M3.2左右，隨即衝壓發動機點火。D-21中的飛行自動控制系統(AFCS)、慣性導航系統(INS)、航行程式系統(ADC)及其它系統將按順序起動。無人機迅速上升到24000米或更高一些，速度保持在預定M數，例如M3.4。
到達巡航高度後，助推火箭被拋棄，飛行所需推力由衝壓發動機提供，保持平飛。無人機速度可用發動機噴油量調節推力來控制。ADC系統可預先設定航跡並以預定M數飛行。一旦到達目標區上空，照相機開始工作，到預定時間關掉，然後返航。
據馬傑三將軍出版的回憶錄記載，1971年美軍“高度3萬3，速度3千3”的最新型無人駕駛高空偵察機，失控墜落在雲南西雙版納森林裡。由於熱帶雨林的緩衝作用，飛機殘骸保存相對完好，成為中國方面價值極高的戰利品。中國方面繳獲D-21殘骸後，多年對其進行保密。
在抵達INS確定的預計回收地點後，無人機減速下滑。在約18000米高度，爆炸螺栓點火，設備艙被彈出。衝壓發動機將停車，無人機繼續滑行直到墜海或自行炸毀。
設備艙彈出後，先自由墜落到約4572米的高度，然後逐一打開減速穩定傘和主傘，緩慢下降。這時應該有1架執行特種任務的JC-130B飛機在附近飛過來用尾鉤將傘繩鉤住，把它拉放到飛機貨艙里，運往指定地點。當年我國撿到的所謂飛行員"帽子"其實是減速穩定傘的包裝傘衣。
技術難點是克服熱障
在高空以大M數飛行的主要熱源有三，即空氣動力加熱、太陽光直接加熱和發動機工作產生的熱量。如不冷卻，機翼前緣和進氣道內溫度可能達到250℃-300℃。機身中後段因有發動機，溫度可能高達400℃-500℃，尾噴管將是白熱狀態。
我國專家分析殘骸後發現，D-21解決高溫問題採用的辦法是：機體大部分用鈦合金製造，按重量算可能高達90%；採用隔熱層保護翼面前緣、機身、燃油箱和進氣管道；降溫材料用石棉類耐高溫材料。此外，機內燃料、氮氣和降溫後的衝壓進氣等也都用作降溫材料。機內有圓球形液體氮氣瓶，容積14升，可保持 33.5大氣壓，理論氣化溫度可達－190℃。
燃油在投放前溫度不高，油箱外有隔熱層，到高速後溫度仍然不高，因此可用作降溫材料。有些特殊部位用局部噴氮氣冷卻的方法降溫。同時飛機外表的黑漆具有高熱輻射率，輻射係數超過0.93，使得機體熱量能輻射出去(無漆鈦合金的表面輻射係數只有0.38)。
穿過機身的進氣道外殼是雙層的，兩層之間有石棉填充層和可通燃油的降溫管道及氮氣冷卻管道。設備艙位置以後的機身外表隔熱層是變厚度的，最厚約20毫米，向後變薄，平均12～15毫米，最後在尾噴口前減為0。
為了隔熱，已泡在燃料中的操縱機構、液壓系統等管道及零件，有的外面包有隔熱袋，有的用陶瓷橡膠，厚度從3-50毫米不等。對外面的機構如操縱舵機則噴液氮冷卻。
為了各種散熱需要，機內有很多個熱交換器，例如衝壓空氣/燃料散熱器、液壓油，燃料散熱器、燃料/氮氣散熱器等。燃料先經過多個散熱器，充分發揮其冷卻劑功能，才到達高壓渦輪泵向發動機噴油。
在B-52帶飛狀態，無人機各冷卻系統不工作，估計要由母機提供設備艙空調空氣和電源。
失敗原因：可靠性太差
D-21B上的電氣和電子設備常常出現故障，其所用的計算機和電路連線器如多針插頭和電線等，造成了很多難以預料的故障。D-21雖然機體和推進系統先進，但當年其電氣和電子設備所用的硬體水平與任務要求明顯不相適應。據報導，D-21B在臭鼬工廠調試好，剛運到比爾空軍基地就會出問題，有的問題在基地只需作很小的調整就能解決，但有時問題很大，總之沒有一次不發生問題的。所以，D-21B四次執行任務全都失敗，原因可能是其可靠性太差。
