米格-31的不锈钢机身如果改成钛合金的,是否可以超音速巡航?

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本身就能,何必画蛇添足?

米格-31脱胎于Mig-25虽然加固了机身增加了重量但是Mig-25的发动机换成了Soloviev D-30F6涡扇发动机。发动机的效率比米格-25的R-15BD-300涡喷发动机有所提高,可是D-30F6的推力仅仅达到了93千牛,比米格-25低了15%,因此米格-31的飞行性能就高速度一点来说要比米格-25差了很多。但超音速性能来说不相伯仲。

满足下题主的想法先说说不锈钢改钛合金材料的问题。

工程学上常用的不锈钢比重是7.93克/立方厘米,而钛合金的比重是4.5克/立方厘米。看似很轻的效果,然而最大起飞重量达到46吨的米格-31空重却只有21.8吨。后面还有一点点小问题就是米格-31在设计之初就已经使用了大量钛合金进行制作,相对比于米格而言米格-31的钛材质增加一倍,约为总重量的16%,铝的用量更增加三倍为33%机身总重量,减去发动机的重量大约6吨多,那么还剩下大约5吨的重量能够用来减重。

这5吨的重量还要包括航电、飞控设备、机载雷达等等材料,姑且不算就当作5吨来减。那么剩下的部件全部换成了钛合金也就减低了2.16吨的重量。瘦身成功的米格-31的重量也达到了19.4吨。

我们再来看看超音速巡航的F-22的数据:空重19.7吨,最大起飞重量38吨,配有两台推力为116千牛的F119发动机,携带8.2吨燃油。可以在1.5马赫的速度巡航飞行。

反观需要16吨燃油来驱动的米格-31虽然只有两台93千牛推力的发动机。但在不瘦身前其巡航飞行速度也达到了1.3马赫。并且降低了2吨的重量后也基本上可以达到1.5马赫的速度进行巡航。


另外要知道的在现实版本的米格-31进行飞行的时候由于油量相对比较充分,那么通常都是小幅度的打开加力燃烧器,在2.35马赫的速度进行飞行的。基本上可以覆盖720公里的作战半径。


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和美国不同苏联在冷战时期钛合金的产量就一直不是很高,所以无论是更早的米格25还是冷战末期的米格31战斗机,机体材料结构都是由不锈钢组成,虽然不锈钢跟熔点也非常的高但是由于其密度较大,所以造成米格25和米格31的机动能力都犹如板砖一样。并且靠发动机性能撑起来的有限超音速巡航也顶多能持续六分钟左右,这也意味着当目标离米格在距离目标较远的时候,米格31将因为有限的超音速巡航而最终失去目标。 而在同一时期出现的sr71黑鸟侦察机则由于使用钛合金作为机身材料的组成成分,所以在超音速巡航上黑鸟侦察机表现出了时间更长的优势,假如米格31的不锈钢机身如果也换成钛合金的话,或许可以获得更为优秀的超音速巡航时间,更长的滞空时间意味着米格31将会以三马赫的最高飞行速度突防更远的距离,在投掷匕首超音速武器的时候,载机更快的飞行速度也可以给超音速武器提供非常高的初始飞行速度。所以说,钛合金结构的机体对于米格31的现况而言是一个不错的改变思路。

那么,在设计时为什么苏联不在米格31身上大量使用钛合金作为飞机机身材料,而使用不锈钢呢?首先,在当时苏联生产的有限钛合金都被投入航空航天领域的发展,比如运载火箭。而恰巧米格31诞生的时间正是美苏太空竞赛最激烈的时候,在这种情况下米格31不要说是钛合金,就是铝合金材料在这个时候也比较紧缺,钛合金是一个好的选择,但是对苏联来说钛合金太贵了而且成本过于高昂,所以最终放弃也是迫不得已。


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提到苏式装备,多数人的印象是简单粗暴的,而如果要问前苏联哪样装备最能体现苏式暴力美学,重型截击机米格31毫无疑问会高票当选。这架能够达到3马赫飞行速度、装备有大孔径雷达的大飞机曾经也是让西方恐惧的存在。而最有米格31最大的特色是在于其机身是由不锈钢构成,但是要在前面说明,能否超音速巡航和此没有什么太大关系。

图为米格31

米格31的不锈钢机身还要从米格25谈起,20世纪50年代后期,苏联为了应对美国即将出现的“双三”飞机,也开始了类似飞机的研究,而对于“双三”的突破在当时还有很多的技术难关,出了发动机外,机体材料就是一只大拦路虎,要想在3万米以上的高度以3马赫的速度飞行,稀薄空气与高速带来气热效应就不是一般材料能够做到的,当时能够做到的材料之一,就是钛合金,也就是美国人在SR71上大量采用的。

钛合金的优势在于重量轻,但是价格高昂,且加工困难。苏联使用了VNS2和VNS5两种金属作为机体的主材料,其中VNS5就是一种特殊的不锈钢。这样的材料加工简单,耐热性好,可靠性高。但是缺点也十分明显,那就是重。

图为米格25战机

但是是不是说米格31把机身换成钛合金就能超巡了呢?这显然也是否定的,先不说采用了钛合金的SR71就没办法做到超因素巡航,米格31的超因素也是靠两台发动机硬推出来的,这样两台发动机的油耗是个相当可怕的数字,米格31要为这两台油老虎流出大量的机体空间来提供燃料,这个显然就不是简答换个机身材料就能解决的问题。


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理论上有可能可以。机身结构主体为不锈钢制成的MIG-31确实很重,用钛合金减重之后也许能够超音速巡航。实际做起来会有很多困难,如果改用钛合金,那么很可能生产成本会失控,改进的工作量也很大。

钛合金固然是一种很好的材料,但缺点也很多。最主要的问题是钛合金的焊接非常困难。

因为钛合金焊接困难,SR-71不得不保留了大量的铆接。

蒙皮全部都是铆接拼上去的,相比于焊接,铆接的结构重量会大不少。

与之相比,钢的焊接技术要成熟的多,MIG-31的机体框架就是焊上去的。

所以考虑到实际情况,钛合金的减重效果很可能没有很多人想的那么明显。

另外,钛合金的锻造工艺也很复杂。以俄罗斯如今的技术,要生产用于承力的大型整体钛合金框架,估计会很困难。

而且MIG-31本身也有相当一部分是钛合金做的。比如机翼前缘。

MIG-31的机翼前缘就是钛合金,OT4-1,焊上去的。

另外一个方面,因为钛合金和不锈钢相比,在比强度和拉伸性能上区别很大,强行将机体结构中的不锈钢换成钛合金肯定不行,改进设计的工作量不会比重新设计一架飞机少多少。

最后飞机的成本甚至会超过如今的主流五代机。

想想看:现在F-22,J-20,Su-57这种重型五代机的钛合金重量占比已经达到40%了,成本还那么高,将MIG-31整体重量中占比超过70%的不锈钢换成钛合金,这成本还受得了吗?

然后你会得到一架价格远远超过如今五代机的MIG-31,它确实能够超巡,然而不能超机动,不能隐身,在空战中根本干不过五代机,只能当作截击机使用,这显然是没什么意义的。


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