前苏联的米格25为什么全身用不锈钢?

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米格-25的70%部件是不锈钢,而非全不锈钢。米格-25诞生的大背景是苏联国土防空深受SR-71黑鸟侦察机的威胁,当时美国军机最高时速高达3马赫,苏联只能看着它们呼啸而过而无可奈何。而苏联为了研发应对的高速截击机,其他材质也不合适下的权宜之计。所以脑洞大开的苏联工程师决定采用不锈钢。这也被管理学成为“米格-25效应”:即整体能力大于个体能力之和。

图、60吨重的M1A1开上了米格-25机背

米格-25装备苏军时,其惊人的性能参数立刻震惊了西方世界。然而米格-25虽然极限速度很快,但是其技术性能并不好。当1976年9月6日苏军飞行员维克托·别连科中尉驾驶米格-25降落在日本时,被美日的技术专家拆解后整个秘密才大白于天下。米格-25的雷达甚至还使用真空管,而机动性能也落后于F-4鬼怪战斗机。

然而苏联的镍钢焊接水平令美国叹服不已,整个焊缝长达4~5公里,整机强度也非常高,美国陆军俘获伊拉克的米格-25,曾试图用M1A1坦克碾压它,结果则是60吨重的M1A1开上了米格25的机背上。


图、米格-25服役国家示意图

米格-25完全秉承苏联的实用至上标准,而且坚固可靠。而且起飞后很快便能飞抵指定空域展开战斗。米格-25的整体设计历久弥新,甚至在伊拉克上空击落过F-18。而且米格-25的真空管雷达的低噪音比的特点,过滤了北约在战场上的电磁干扰,它的缺点却变成了优点。米格-25也成为苏联人赚取外汇的机型,在阿尔及利亚、叙利亚和利比亚还保持服役状态。


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也不是全身都用不锈钢吧,具体来说是80%的镍基合金钢(俗称不锈钢),11%的高温铝合金以及8%的钛合金。

使用不锈钢打造米格-25机身是苏联人的权宜之计,当然了,这也是苏联航空人智慧的结晶。美国人在造SR-71的时候压根就没有把钢列为考虑对象,钢实在是太重了!美国人只想到了钛。比较有意思的是SR-71机身所用的钛都是由洛克希德从苏联搞到的,当时苏联才是钛的最大生产国。

黑鸟机身所用的钛来自苏联

造3马赫飞机要突破热障,飞机以3马赫速度飞行时机体表面温度可以达到300度,这个时候传统的铝合金就靠不住了,一旦达到这个温度就无法保持强度。钛合金也很好理解,质量轻强度高耐高温,不过用钛打造机身加工难度大,造价更昂贵无比,即便是财大气粗的美国人最终也只造出了32架黑鸟。

米格-25PU——截击型米格-25P的双座教练型

苏联人明智的选择了钢。钢耐高温,米格-25以3马赫速度飞行完全没有问题;钢造价低,这也是米格-25最终造出1200多架的根本所在;不锈钢打造的机体足够结实,无论是急剧跃升还是高速俯冲,米格-25都能出色完成;不锈钢焊接的机身后勤维护保养相当简单,搁在露天停机坪上丝毫不用担心风吹日晒......

乌克兰基辅的狐蝠残骸

唯一的缺点是,钢太重了!钢的密度为7.9吨/m³,几乎是铝合金(2.7吨/m³)的三倍,钛合金(4.5吨/m³)的一倍多。苏联人尽量把米格-25打造的轻薄一些,最后空重还是达到了20吨,起飞重量更是达到了36吨!不过,这是一个取舍的问题。正因为大量使用不锈钢才铸就了“狐蝠”的传说。假如使用钛合金,米格-25的诞生则会限于苏联制造工艺水平而晚诞生许多年,而且将永远不如不锈钢“狐蝠”那么行销多国、影响深远。


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“飞行的不锈钢”MIG-25时常被作为红色帝国的暴力美学与毛熊式工程奇迹的例子,这里需要说明的是,MIG-25确实其主要材料是不锈钢,但是绝对不是各位家里做洗脸盆用的不锈钢。

MIG-25的主要结构钢是VNS-2“高镍耐高温马氏体钢”与VNS-5“高钼高氮奥氏体不锈钢”,是一种苏联专门为航空航天开发的不锈钢,苏联特产,其他国家没有对应牌号。

所以说的高端点,可以说是航空航天专用超高强度钢。而“不锈钢”仅仅是对其材料中的铬含量的一种描述。所以光听着MIG-25用不锈钢就觉得low显然是缺乏知识的体现。

那么为什么MIG-25要选用不锈钢做主要材料呢?首先,MIG-25是一款设计目标三马赫,三万米的飞机,在3马赫的速度下,飞机表面的温度将达到300度以上,如此高的温度下,航空常用的铝合金会软化并结构失效,造成机毁人亡的惨剧。

实际上铝合金在高温下力学性能很差,一般来说铝合金的飞机至多能飞2.5M,再高就不行了。所以美国人选了钛合金,而苏联人选了不锈钢。而至于为什么不用重量更轻的钛合金,原因则比较多。

钛合金成本高昂,不仅仅是生产成本,锻造,焊接都是很难做的。(这一点可以参考J-20的黑科技:3D打印大型钛合金承力框架)。要知道,SR-71仅仅是少量生产的侦察机,成本还受得了,但是作为大量生产的作战飞机显然是不靠谱的。

哪怕是美国人,其指标双三的战斗机也是用不锈钢,比如F-108“轻剑”。钛合金的焊接性能很差,不得不通过铆接,对于后勤各方面的压力特别大。所以很显然,虽然对于侦察机而言钛合金作为主体材料可以接受,但是对于批量装备的战斗机,显然是不行的。这也算是苏联航空工业的一次小胜:因为美国的双三指标战斗机夭折了,当后来美国人看到苏联的双三战斗机时还以为是什么黑科技。


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米格-25全机结构材料中有80%是镍基合金钢,也就是一种不锈钢,12%航空铝,钛合金仅占8%。该机之所以大量采用不锈钢来制造出于以下几个具体原因:

1、不锈钢能承受三马赫气动加热

在三马赫超音速下,飞机表面要承受气动加热带来的热障。据计算在三马赫速度下,机身表面需要承受高达300摄氏度的高温。在这种温度下,熔点只有400-500摄氏度的传统铝合金无法承受,需要耐高温金属来制造米格-25。而适用金属一个是钛合金,另一个就是不锈钢。

在研制米格-25的上世纪60年代,苏联还未掌握钛合金加工和焊接技术,根本无法制造出大量采用钛合金的战斗机,因此只能在米格-25上采用不锈钢。虽然钢材的巨大比重导致该机空重高达19.6吨,但也具有坚固、价廉、耐热、热胀冷缩率小、容易焊接的优点。

2、不锈钢结构成本低,便于维修

米格-25在服役后表现出了易于维修的优点,该机使用简单的不锈钢焊接设备就能修复机身结构裂纹,比铝合金、钛合金和复合材料都容易。正是由于采用廉价的不锈钢材料,才使米格-25的产量高达1190架,大大超过美国SR-71“黑鸟”战略侦察机的32架,后者机身93%的结构都采用昂贵的钛合金制造。

3、不锈钢结构强度高,能承受超音速机动过载

虽然米格-25的亚音速机动过载被限制在4.5g,满载的时过载仅有2.2g,但该机具有优秀的超音速机动性能。在速度超过2马赫后,米格-25的安全使用过载为3-4g,在保证结构安全的前提下,米格-25可作出6.5g的瞬时机动。要知道F-22在1.7马赫时的盘旋过载才达到6.5g。米格-25具有这种程度的超音速机动性表现,与其不锈钢结构的高强度是分不开的。

因此,正是不锈钢造就了米格-25的传奇。后来的米格-31虽然提高了钛合金的使用比例(16%),但仍有50%是不锈钢,这已经能充分说明不锈钢结构的优点了。


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迷彩虎军事为您回答。在回答这个问题之前,虎哥先给大家讲一个非常有意思的小故事。

那还是在1976年9月6日,一名名叫维克托·伊万诺维奇·贝伦科的前苏联飞行员干出了一件大事,他竟驾驶着一架米格-25飞机叛逃到了日本。这顿时在全世界引起了轩然大波,美帝更是兴奋不已,这是因为米格-25在装备苏军初期由于其极高的性能参数,一直为西方世界所关注,西方甚至以此推测苏联的军用航空制造技术已经领先于世界。于是,美国专家迅速出动把米格-25完全拆解后运到东京以北100多公里的自卫队百里基地,经过彻底的检查,发现该机70%的部件是不锈钢,虽然极限速度很高,但是技术性能并没有想像中那么惊人,这下美帝才彻底放下心来。

为什么美帝会这么说呢?这是因为米格-25为高超音速下的稳定性优化所以70%的部件都是采用不锈钢,而且还安装有巨大的垂尾,不过低速下反而成为制肘,所以在时速500公里左右时较铝合金战机回转半径惊人因此而有“直线战斗机”之讥。以及虽然米格-25极限速度很高,但是雷达还使用早已过时的真空管零件,从整体性能上说仅仅相当于美国的F-4鬼怪式战斗机,和美国当时正在研制的F-15“鹰”和F-16“战隼”战斗机更是相距甚远。不过仅设计目的而言,作为高空高速拦截机之用,米格-25还是成功的达到设计需求。

其实美国本来并未看重苏联技术,不过,因1962年首飞的A12和1964年首飞的XB70存在的各种问题,使美方通过各种途径想知道俄国对手是怎么做的,其中一个重点是想知道俄国人如何焊接“钛合金”薄板。

1976年之前美国通过对米格-25照片的分析,发现米格-25外壁光滑平整,判读大量采用了先进的焊接技术,而1976年前的实用中表现出米格-25坚固可靠,同时又不失高爬升速率等性能,与XB70的表现大相径庭,使美国空军很难相信这是架以钢结构为主的飞机。加之同期苏联在钛合金潜艇方面的独到建树,如1963年始建的papa级潜艇采用钛合金厚板焊接制造整个承压舱体,诸方面使美方认为俄国人解决了钛合金薄板焊接难题,误认为米格-25为钛合金焊接制造。

直到1976年拆解贝伦科的米格-25才发现这架战机80%为镍钢,仅使用了9%的钛。而米格-25的镍钢焊接仍令美国空军叹为观止,焊缝总长达4至5公里,焊接的机身强度很高,以致后来美国陆军试图以60吨的M1A1碾压俘获的伊拉克米格-25,M1A1却只沿机翼开上了米格-25机背。


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为了承受超过2.5马赫时产生的气动加热。

米格-25是为了防御美国的3马赫级飞机如SR-71战略侦察机而研发的,所以要求有同级的速度,也就是3马赫级。而大约在2.5马赫开始,震波等机制引发的气动加热会很剧烈,对于许多航空材料来说会造成强度衰减,因而造成危险。因此通常飞行速度不能超过这个产生显著加热的速度,就算可以也只能短时间,这个速度限制就称为“热障”,大约是2.5马赫。F-15的极速就是2.5马赫,不过极少用到,甚至是要在微俯冲条件才能达到,所以因为用的时机太少,加上是在2.5马赫内,所以倒无问题。

要在2.5马赫以上飞行,就无可避免有显著的气动加热,那么机体材料就必须在那种高温下还维持足够的强度。目前符合这一需求的机体材料只有两种:钛合金与不锈钢。

钛合金强度高、重量轻,所以当然比较好,不过昂贵,不好加工。反观不锈钢强度满足2.5马赫以上需求、便宜、加工容易,唯一缺点是很重。冷战时期钛合金加工还没有很成熟,因此尚未普及,因此高速飞机要用钛为主还是用钢为主,就会语系能需求、价格需求有关。例如美国SR-71战略侦察机、苏联T-4战略轰炸机主要就是用钛制造,美国XB-70战略轰炸机、苏联米格-25主要就是不锈钢。

△米格-25需要应对SR-71这类超高速目标

米格-25选择不锈钢,主要要求就是便宜。事实上苏联本来有完全足以对应SR-71的3马赫钛合金飞机,那就是苏霍伊的T-4战略轰炸机,他全机有90%以上是用钛合金制造,为此突破了很多钛合金加工工艺。后来的苏-27便因此受惠。T-4的造价等同于同重量的黄金,后来T-4计划取消就是因为太贵,加上当时苏军认为高速战略轰炸机能做的事可以交给弹道导弹完成。所以当时价格已是苏军的重要考虑点,那么要用来对抗SR-71的米格-25就不能用昂贵的钛合金,就必须用不锈钢了。当然还有个原因是,当时最大量的钛合金加工工艺是在T-4上实现的,这技术是在苏霍伊设计局手中,不是米格,所以米格-25选用不锈钢,一方面是成本,二方面是用最熟悉的材料,以求在短时间达成需求。


贞观防务


现代战机大部份采用特种钛合金,铝合金,而米格25却特立独行,使用了密度大的不锈钢,难道是苏联人当时的设计理论出了问题?当然不是!下面就和大家探讨其中缘由,不到之处,欢迎留言斧正!

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米格-25只所以用不锈钢制造,前苏联的考虑是:当飞机的马赫数大于2.8时,不锈钢的比强度与钛合金相同,而比刚度和热扩散性能,不锈钢是大大优于钛合金的,制造米格-25用不锈钢而不用钛合金正是从最轻的结构设计来考虑的。至于说,前苏联在飞机上采用钛合金有什么技术上的障碍,那是没有根据的,举例说:上世纪1960年代初,美国研制成功SR-71战略侦察机和YB-70战略轰炸机后,迅速公布了这两种飞机的消息,在军备竞赛的大背景下,这大大的刺激了前苏联,前苏联迫不及待的也推出了两个方案应对美国已取得的优势,其中之一是由叶瓦奇金设计局设计,后又改为苏霍伊设计局研制的T-4飞机,这种飞机就是以钛合金为结构材料的,而且还采用了先进的电传操纵系统。试想,如果前苏联在钛合金材料的运用上有不可克服的困难,能有这样的设计方案?尽管这架飞机的飞行性能优异,但是这架飞机因为极其昂贵的造价,被誉为“143吨黄金”,而且,该机也因为只能带两枚带核弹头的空地面导弹而不具备战略打击能力,这两个原因导致它下马。而米格-25的研制时间也大致和T-4相当,所以说,米格-25用不锈钢制造,是很有道理的。反观SR-71,因为全机采用了钛合金制造,使得它的维护工作十分的繁复和费钱,单就存放他的机库,就有很严格的温度、湿度要求,根本不敢想米格-25那样大大咧咧的停放在露天的停机坪上任凭风吹雨打,经年累月。

欧美军航界对米格-25的真正认识是从别连科驾驶米格-25叛逃日本以后得到的,因为美国人对叛逃来的米格-25有过一次大卸八块式的拆解和分析,但是,他们对米格-25的认识却是错位的,他们认为:米格-25是钢飞机,结构重量大,格斗性能差。那是他们不知道米格-25的作战对象就是美国的高空侦察机和战略轰炸机,这两样目标的机动性很差,但是高空高速性能极佳,米格-25的双三性能就是针对这个研制的。欧美对米格-25认识的错位,某家以为,是与米格-25前卫的气动布局有关的,欧美军航界凭借米格-25的气动布局,把米格-25定位为一种三代机了!为什么这么说?先说米格-25的气动布局

正常式布局,机身两侧进气,梯形后掠上单翼,(注意下边的表述)两台发动机左右并排安置在后机身,两个垂直尾翼装在发动机舱上方。后边这两句:“两台发动机左右并排安置在后机身,两个垂直尾翼装在发动机舱上方”表述的是苏/美三代机的招牌气动外形,且看F-15、F-14、F/A-18、SU-27、MIG-29,都是公认的三代机代表,它们的后机身是不是和米格-25很相似呢?一架二代机有三代机的显著特征,超前!原因,某家以为,有可能是美国剽窃米格-25的气动外形!因为,至迟在1965年,美国的间谍卫星所拍的照片上,就看到了正在停机坪上的,正处于试飞阶段的米格-25。而最早到1967年,美国人还在三百多个翼型方案中为F-15的主翼选型而伤脑筋呢。那个米格-25的对手SR-71的双垂尾也是安在发动机舱上方的,但是,它的发动机是间隔安置在两翼的中间结构上,无论文字表述,和看图都很容易区分,米格-25的气动外形与SR-71大不同。其实何止三代机,就是F-22这种典型的四代机,它的后机身也有米格-25的影子。

顺带说说F-22,这个东西最吸引眼球的是它的隐身性,但是,好像都不记得,当年和它争夺ATF的F-23的隐身性要比它好的多,但是,因为过多的牺牲了机动性,所以才落败,那么,其实可以说,在隐身性上说,F-22并不算太好。而美国人刻意宣传它的隐身性,似乎想要迷糊谁吧?而这个东西高昂的造价在前年据说就到了1.2亿美元,而一架现代战斗机的全寿命使用费用是该机造价的4-5倍,那么,一架F-22的真正花费确确实实是该让执政者系考虑的,这个东西的采购数量一砍再砍,经济因素是个主因。严格说来,F-22的武器挂载能力受制于它的隐身性的限制,是很差的,然而,美国人他、也并不指望拿它当攻击主力的,美国人是把F-22当作“踹门器”用的,利用它的隐身和高速逼近对方的空中防线,在对方的防空体系来不及反应的短时间内,将对方的防空体系撕开一个口子,余下的轰炸和攻击由从“口子”鱼贯而入的大量外挂能力强的三代机完成,那么,一国的防空体系的构成,就不应只专注于对F-22的防范。而战斗机的研制也没必要把全部力量对准F-22这个方向。当然,某家也不是说不应该把大量精力投入到F-22这个方向上,不是的,某家的意思是“留一手”,应变所有可能的情形。

F-22在现在来说,还是个先进的代名词,但是,依美国“装备一代,研制一代,预研一代”的一贯作风,F-22在美国真正的航空精英的眼里,恐怕早已是个过去时了!空天飞机也许是下一个“F-22”?也许还配不上这个称呼?所有的坏的可能,都该想一想啊。留一手,留一手,千万留一手。


军情一线


为了突破热障。当飞机速度突破m2.8,就必须考虑空气摩擦带来的高温对飞机结构带来的影响。铝合金无法承受这样的高温,只有钢材和钛合金才能满足需求。钛合金密度小,是高速航空器的首选,但钛合金热胀冷缩系数太大是个大问题,美国黑鸟几乎是全钛飞机,为了能够在M3.2的速度下飞行中保持机体结构的稳定,在地面常温下飞机蒙皮和油箱是有缝隙的,当飞机飞到热障时,钛合金受热膨胀后结构就密合了,这导致飞机在地面上边加油边漏油,不得不在飞机起飞后用一架加油机在空中给飞机加满燃料,而且这个飞机维护费用又贵得惊人。

米格25和黑鸟是目前唯二速度可以飞到三马赫的飞机,两者在材料结构上的差异明显地体现了苏联和美国在武器研发思想上的不同,米格25是前线截击机,飞机结构尽可能简单,能够在苏联恶劣的天气下保证飞机的妥善率和出勤率,以及造价低廉利于大规模生产被当成首要指标,而因为钢结构,高达42吨的起飞重量带来的对飞机性能的不利影响,则被视为其次。美国人则反过来,强调武器的高性能,高昂的造价和恶劣的维护性,则不会考虑太多。


dooge


因为飞得快就要考虑机体过热的问题,铝是不行的。这时候就剩下不锈钢和钛合金可以考虑了。

不锈钢的加工难度和钛合金的加工难度相差不多,冷加工甚至比钛合金还难,只不过热加工成本较低。

主要还是成本考虑,(黑鸟闭嘴,你喝的可是苏格兰威士忌)苏联可以造钛合金潜艇,就造不出钛合金飞机????

实际上,就是用不锈钢搞到这个水准也是相当了不起的。美国真的没办法在这个成本搞出这个性能。只不过现在苏黑喜欢用这个黑苏联罢了。

美国就是知道了他是钢的,也那他没办法。

至于航程,在当时的预想中,欧洲战场还是足够的。


十二娘孟琼玉


米格-25原型机于1964年首次试飞,1969年开始装备部队。米格-25大量采用了不锈钢结构,在设计上强调高空高速性能,曾打破多项飞行速度和飞行高度世界纪录,是世界上闯过“热障”(M2.5)仅有的三种有人驾驶飞机之一(另两种是美国的SR-71和俄罗斯的米格31)。

米格-25大量采用了不锈钢结构,但这样的高密度材料却给米格-25带来了更大的重量和更高的耗油量,在其突破3马赫高速飞行时油料不能支撑太久,而且机体本身的高重量也一定限制了其载弹量,因此,米格-25只是一架能够高速运行的战斗机,在真正的与F4鬼怪等同时代先进战机作战时仅仅有一定的速度优势,而这一点也在实战中被验证。

马赫3时,这一温度将达到300度。这使得在机体结构要采用耐热而不能太重的金属材料,这个问题还算好解决,因为当时苏联的金属应用技术已相当完善。但当时苏联却没有一种半导体能够在65摄氏度以上的温度里工作。因此想飞3倍音速,必须解决这一问题。经米格设计局与有关科研部门及厂家合作,研制米格-25的前期可行性准备得以完成[8]。

高温是米格-25 研制中面临的另一挑战,最大速度下机体表面驻点温度高达 300℃以上,铝合金只能承受 140℃,必须选用新材料和新工艺。发动机在某些工作状态下,个别部件的温度超过 1,000℃,为防止热传入机体,发动机舱用镀银的防热隔板包住。镀层厚 30 微米,镀层吸热系数为 0.03~0.05,每架飞机耗银 5 千克,所吸的 5%的热量又借助于玻璃纤维隔热毯防止传给机身油箱。

驾驶舱和设备舱采用通风冷却。飞行员借专用的空气喷头提供的冷却空气降温,风挡由导流环喷出的空气冷却。虽然舱内温度仍较高,但飞行员认为可以接受,只是必须带手套才能工作。冷却系统的设计功率为 18~24 千瓦。从发动机压气机引出的 700℃的空气,通过进气道内的空气-空气热交换器、燃油系统的热交换器(用耐高温燃油 T-6 作热沉)和空气-蒸气热交换器(蒸发水-甲醇混合液)后,至设备舱入口处时温度已降为 -20℃,从而使舱内工作温度保持在 50~70℃。


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