为什么上世纪60年代美国就能造出3.3马赫的战机,但现代战机F-22等仅有2马赫左右?

子衿与蔷


题主所指的应该是SR-71“黑鸟”高速侦查机。它最大速度超过三马赫,并且能在三万米高空飞行,从高空高速方面来说,黑鸟是一款具有里程碑意义的战机,它创下的某些记录至今没有被打破。至于F-22,最大速度约2.2马赫,在纯速度上表现确实不如黑鸟,以至于很多人不理解为什么现代战机还比不上几十年的老古董。

当今世界主流战机速度一览图

其实这里面存在一个误区,即战机并不是单纯速度越快就越优秀。笔者认为,优秀战机的评价标准应该是性能全面均衡没有短板的,而不是过于追求某一方面(而忽略其他方面)。SR-71“黑鸟”侦察机高空高速性能确实突出,但这一“突出”是以牺牲其他方面的性能为代价的。
SR-71“黑鸟”高速侦察机


黑鸟有很多的缺陷,譬如成本非常高昂,单价超过十亿美元,得知道这可是上个世纪的价格,哪怕是今天的f22单价也才一亿多美元,由此可以看出黑鸟造价之恐怖。


再者黑鸟漏油问题严重,据说哪怕停在地面上都会漏油。究其原因,是因为黑鸟的飞行速度太快,跟空气摩擦产生很高的温度,导致表面的蒙皮膨胀,对机身易产生灾难性的后果,所以设计师设计黑鸟时在每块蒙皮间留下一点空隙,为热胀预留空间。但这带来的直接后果,就是停在地面上会漏油。


黑鸟漏油问题严重

F-22虽然在速度比拼上比不上黑鸟,但在其他方面基本是碾压般的存在。作为当今最先进和最成熟的隐形战机,F-22拥有划时代的4s能力(即超音速巡航、超机动性、雷达隐形以及超强态势感知能力),配合先进的空空导弹,一旦被F-22锁定即使是黑鸟也难逃被击落的命运。
F-22是当今最致命的战机之一


兵者诡道也


美国那个3.3马赫的是SR-71 黑鸟侦察机,并不能用来作战。这款飞机能飞到3.3马赫,主要归功于优秀的减阻设计和那个极为复杂的J-58变循环的涡轮冲压发动机,美国人60年代就能搞定这么复杂的发动机,不得不说的确是黑科技,先进程度比简单粗暴的米格-25高到不知道哪里去了。想想最近几年美国说要给F-135改成变循环发动机,实际上黑鸟早就实现了。但这款飞机在高速时只能飞直线,做不了任何机动动作。


刚刚启动、0.5马赫、1.5马赫、2.5马赫、3.2马赫情况下,发动机的循环模式均不同。发动机结构和控制极其复杂。

无法做机动的飞机根本不能成为战斗机。这款飞机从诞生起的用途就是高空、高速侦察机。其设计思路就是可以持续开启加力直线加速逃逸,甩开敌方的截击机和导弹。由于使用的J-58变循环涡轮冲压发动机要在24000米的高空才能让黑鸟发挥出其最大的速度——3.3马赫,飞行员甚至要穿上和宇航员穿着类似的S1030增压飞行服才能保证正常的氧气供应,并对宇宙高能粒子辐射进行屏蔽。

而F-22这样的第五代隐形战斗机,设计思路是在超机动能力和超音速巡航能力中找一个平衡点,不可能为了极速性能做出这么多的牺牲。因此那个变循环的涡轮冲压发动机就没办法装到F-22上,因为体积不可能做的那么小。另外F-22的超音速大过载只能在1~1.8马赫这个范围内才能做出,为的是能够以高速+大过载实现占位或者压缩中距弹或地对空导弹的不可逃逸区。

F-22和F-15 5g飞行包线对比,差距巨大

如果要设计成能飞3倍甚至更快音速的飞机,气动设计会拖累0-2马赫以内的速机动性,更高速时做机动动作会因为机体强度问题空中解体。SR 71一共坠毁12架,占32架制造总数的37.5%,其中就有空中解体的恶性事故。

此外,由于高速状态时与空气摩擦,SR 71表面温度会达到230度,因此SR 71机身钛金属占了93%,价格十分昂贵。而且因为高温下的热胀冷缩会导致油箱封闭不严,为了解决这个问题,美国人反其道而行之,在常温下让油箱留有一定空隙,也就是让它漏油!到了高速状态时因为高温油箱形变,此时才变为密封状态。因此这样的飞机除了飞高速根本干不了别的活。战斗机是不可能用这样设计的。

仔细看SR 71的机翼红圈中有很多条痕迹,这个就是漏出来的油迹,是机翼油箱预设的几十条缝隙中漏出来的。高速下因为热胀冷缩原理,这些缝隙会闭合严实。


纸上的宣仔


美国洛希德马丁公司的SR-71“黑鸟”侦察机毫无疑问是一个传奇,在它服役期间“总是被追赶,从未被击落”,虽然在使用中有百分之四十都因意外事故而损毁,但黑鸟侦察机从未在执行任务中被击落。由于黑鸟的卓越表现,美军曾经考虑过让黑鸟成为一款战斗机的基础机型,但后来因为经费等原因放弃了。

黑鸟的飞行速度很快,最高可以达到3.2马赫,是有史以来飞得最快的飞机。

同样是洛克希德·马丁公司的F-22“猛禽”,则是美国第一型单座双发高隐身的第五代战斗机,也是世界上第一种进入服役的第五代战斗机,其最大飞行马赫数达到2.2。

F-22战斗机的隐身性能、灵敏性、精确度和态势感知能力结合,组合其空对空和空对地作战能力,使得它成为当今世界综合性能最佳的战斗机。

很显然,比较两款飞行器的性能不能采用鸡同鸭讲的方式,SR71是一款性能卓越的侦察机,追求高速,希望可以像幽灵一样在敌方的天空中略过,从而逃避敌方的追踪和攻击,而F22作为战斗机,则追求优异的综合性能,追求所谓五代机的4S标准:隐身,超音速巡航,超机动性能和超级态势感知能力。追求隐身则必须限制发动机的喷流外溢和气动布局限制,不可能像SR71那样追求速度的极致。





艾克思武备


战机的速度其早晚还会提速高的。

只不过,现在各个国家在2马赫-2.8马赫的速度上运营战机是比较经济的行为。

这里主要的问题就在于热障的问题了。

热障是什么概念呢?当一个物体高速在空气中运动的时候,由于和空气之间摩擦就会产生热量,热量积累起来就会使这个物体融化。


但要注意的一点是——所谓的热障其实并不是一个定值。如果我们用钨制作一个飞行器,那么这个飞行器在空气中飞行的时候速度达到20马赫都远远没有达到热障。但如果我们用锡或者铅来制造一个飞行器,那么这个飞行器飞行速度在1马赫不到的时候就已经遇到了热障。——结论:热障是加热机体材料到失去结构强度的速度(温度)


目前大部分飞行器都是以铝镁合金为主要结构材料制造的,铝镁合金的熔点也就是270度-320度之间,如果飞机在飞行的时候大气摩擦达到了这个温度,那么铝镁合金就会失去了结构强度从而这架飞机就解体了。这个速度大约是2.5马赫-2.8马赫。


威力达到更高的速度,苏联用不锈钢材料做了米格-25战机,

原因也很简单,这种不锈钢蒙皮不会被飞行所产生的高温所融化。相对于而言美国的SR-71黑鸟则使用了更昂贵的钛合金蒙皮。因此也飞到了3.3马赫的速度。

并且速度提高还会带来一个操控和油耗的问题。


但关键问题在于,用昂贵或者更重的材料就会导致飞机成本过高以及性能下降,这就给飞机设计者出了一个难题——如何均衡速度、性能和成本。


最后均衡来均衡去的结果就是在2.5马赫左右战机飞机的经济性是最高的。


所以目前我们所看到的战机基本上的速度也就是这个速度了。

但目前,可变循环发动机、更轻更耐热的复合材料都已经相对成熟了,在这个大前提下,下一代战机的速度会有显著提升。


军武数据库


你说的那是黑鸟侦察机。之前是U2,U2飞得高,但是航速很慢,机动性也很差,所以后来随着防空系统的发展就退役淘汰了后来为了战略侦查机的安全。技术要求:黑鸟既飞得高又要飞得快。这样防空导弹和截击机就那拿它没办法。黑鸟是不考虑机动性的,那种速度再做机动不要拦截自己就解体了。 黑鸟你可以把它理解成有人驾驶的火箭!

F-22是纯空优的制空战斗机,不仅仅要快还要有足够的机动性。现有的技术还造不了三马赫还能高机动的战斗机。F-22能不开加力超巡已经很厉害了。两者的用途和需求不同。不要仅仅看航速!











分享到:


相關文章: