前蘇聯的米格25為什麼全身用不鏽鋼?

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米格-25的70%部件是不鏽鋼,而非全不鏽鋼。米格-25誕生的大背景是蘇聯國土防空深受SR-71黑鳥偵察機的威脅,當時美國軍機最高時速高達3馬赫,蘇聯只能看著它們呼嘯而過而無可奈何。而蘇聯為了研發應對的高速截擊機,其他材質也不合適下的權宜之計。所以腦洞大開的蘇聯工程師決定採用不鏽鋼。這也被管理學成為“米格-25效應”:即整體能力大於個體能力之和。

圖、60噸重的M1A1開上了米格-25機背

米格-25裝備蘇軍時,其驚人的性能參數立刻震驚了西方世界。然而米格-25雖然極限速度很快,但是其技術性能並不好。當1976年9月6日蘇軍飛行員維克托·別連科中尉駕駛米格-25降落在日本時,被美日的技術專家拆解後整個秘密才大白於天下。米格-25的雷達甚至還使用真空管,而機動性能也落後於F-4鬼怪戰鬥機。

然而蘇聯的鎳鋼焊接水平令美國歎服不已,整個焊縫長達4~5公里,整機強度也非常高,美國陸軍俘獲伊拉克的米格-25,曾試圖用M1A1坦克碾壓它,結果則是60噸重的M1A1開上了米格25的機背上。


圖、米格-25服役國家示意圖

米格-25完全秉承蘇聯的實用至上標準,而且堅固可靠。而且起飛後很快便能飛抵指定空域展開戰鬥。米格-25的整體設計歷久彌新,甚至在伊拉克上空擊落過F-18。而且米格-25的真空管雷達的低噪音比的特點,過濾了北約在戰場上的電磁干擾,它的缺點卻變成了優點。米格-25也成為蘇聯人賺取外匯的機型,在阿爾及利亞、敘利亞和利比亞還保持服役狀態。


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也不是全身都用不鏽鋼吧,具體來說是80%的鎳基合金鋼(俗稱不鏽鋼),11%的高溫鋁合金以及8%的鈦合金。

使用不鏽鋼打造米格-25機身是蘇聯人的權宜之計,當然了,這也是蘇聯航空人智慧的結晶。美國人在造SR-71的時候壓根就沒有把鋼列為考慮對象,鋼實在是太重了!美國人只想到了鈦。比較有意思的是SR-71機身所用的鈦都是由洛克希德從蘇聯搞到的,當時蘇聯才是鈦的最大生產國。

黑鳥機身所用的鈦來自蘇聯

造3馬赫飛機要突破熱障,飛機以3馬赫速度飛行時機體表面溫度可以達到300度,這個時候傳統的鋁合金就靠不住了,一旦達到這個溫度就無法保持強度。鈦合金也很好理解,質量輕強度高耐高溫,不過用鈦打造機身加工難度大,造價更昂貴無比,即便是財大氣粗的美國人最終也只造出了32架黑鳥。

米格-25PU——截擊型米格-25P的雙座教練型

蘇聯人明智的選擇了鋼。鋼耐高溫,米格-25以3馬赫速度飛行完全沒有問題;鋼造價低,這也是米格-25最終造出1200多架的根本所在;不鏽鋼打造的機體足夠結實,無論是急劇躍升還是高速俯衝,米格-25都能出色完成;不鏽鋼焊接的機身後勤維護保養相當簡單,擱在露天停機坪上絲毫不用擔心風吹日曬......

烏克蘭基輔的狐蝠殘骸

唯一的缺點是,鋼太重了!鋼的密度為7.9噸/m³,幾乎是鋁合金(2.7噸/m³)的三倍,鈦合金(4.5噸/m³)的一倍多。蘇聯人儘量把米格-25打造的輕薄一些,最後空重還是達到了20噸,起飛重量更是達到了36噸!不過,這是一個取捨的問題。正因為大量使用不鏽鋼才鑄就了“狐蝠”的傳說。假如使用鈦合金,米格-25的誕生則會限於蘇聯製造工藝水平而晚誕生許多年,而且將永遠不如不鏽鋼“狐蝠”那麼行銷多國、影響深遠。


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“飛行的不鏽鋼”MIG-25時常被作為紅色帝國的暴力美學與毛熊式工程奇蹟的例子,這裡需要說明的是,MIG-25確實其主要材料是不鏽鋼,但是絕對不是各位家裡做洗臉盆用的不鏽鋼。

MIG-25的主要結構鋼是VNS-2“高鎳耐高溫馬氏體鋼”與VNS-5“高鉬高氮奧氏體不鏽鋼”,是一種蘇聯專門為航空航天開發的不鏽鋼,蘇聯特產,其他國家沒有對應牌號。

所以說的高端點,可以說是航空航天專用超高強度鋼。而“不鏽鋼”僅僅是對其材料中的鉻含量的一種描述。所以光聽著MIG-25用不鏽鋼就覺得low顯然是缺乏知識的體現。

那麼為什麼MIG-25要選用不鏽鋼做主要材料呢?首先,MIG-25是一款設計目標三馬赫,三萬米的飛機,在3馬赫的速度下,飛機表面的溫度將達到300度以上,如此高的溫度下,航空常用的鋁合金會軟化並結構失效,造成機毀人亡的慘劇。

實際上鋁合金在高溫下力學性能很差,一般來說鋁合金的飛機至多能飛2.5M,再高就不行了。所以美國人選了鈦合金,而蘇聯人選了不鏽鋼。而至於為什麼不用重量更輕的鈦合金,原因則比較多。

鈦合金成本高昂,不僅僅是生產成本,鍛造,焊接都是很難做的。(這一點可以參考J-20的黑科技:3D打印大型鈦合金承力框架)。要知道,SR-71僅僅是少量生產的偵察機,成本還受得了,但是作為大量生產的作戰飛機顯然是不靠譜的。

哪怕是美國人,其指標雙三的戰鬥機也是用不鏽鋼,比如F-108“輕劍”。鈦合金的焊接性能很差,不得不通過鉚接,對於後勤各方面的壓力特別大。所以很顯然,雖然對於偵察機而言鈦合金作為主體材料可以接受,但是對於批量裝備的戰鬥機,顯然是不行的。這也算是蘇聯航空工業的一次小勝:因為美國的雙三指標戰鬥機夭折了,當後來美國人看到蘇聯的雙三戰鬥機時還以為是什麼黑科技。


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米格-25全機結構材料中有80%是鎳基合金鋼,也就是一種不鏽鋼,12%航空鋁,鈦合金僅佔8%。該機之所以大量採用不鏽鋼來製造出於以下幾個具體原因:

1、不鏽鋼能承受三馬赫氣動加熱

在三馬赫超音速下,飛機表面要承受氣動加熱帶來的熱障。據計算在三馬赫速度下,機身表面需要承受高達300攝氏度的高溫。在這種溫度下,熔點只有400-500攝氏度的傳統鋁合金無法承受,需要耐高溫金屬來製造米格-25。而適用金屬一個是鈦合金,另一個就是不鏽鋼。

在研製米格-25的上世紀60年代,蘇聯還未掌握鈦合金加工和焊接技術,根本無法制造出大量採用鈦合金的戰鬥機,因此只能在米格-25上採用不鏽鋼。雖然鋼材的巨大比重導致該機空重高達19.6噸,但也具有堅固、價廉、耐熱、熱脹冷縮率小、容易焊接的優點。

2、不鏽鋼結構成本低,便於維修

米格-25在服役後表現出了易於維修的優點,該機使用簡單的不鏽鋼焊接設備就能修復機身結構裂紋,比鋁合金、鈦合金和複合材料都容易。正是由於採用廉價的不鏽鋼材料,才使米格-25的產量高達1190架,大大超過美國SR-71“黑鳥”戰略偵察機的32架,後者機身93%的結構都採用昂貴的鈦合金製造。

3、不鏽鋼結構強度高,能承受超音速機動過載

雖然米格-25的亞音速機動過載被限制在4.5g,滿載的時過載僅有2.2g,但該機具有優秀的超音速機動性能。在速度超過2馬赫後,米格-25的安全使用過載為3-4g,在保證結構安全的前提下,米格-25可作出6.5g的瞬時機動。要知道F-22在1.7馬赫時的盤旋過載才達到6.5g。米格-25具有這種程度的超音速機動性表現,與其不鏽鋼結構的高強度是分不開的。

因此,正是不鏽鋼造就了米格-25的傳奇。後來的米格-31雖然提高了鈦合金的使用比例(16%),但仍有50%是不鏽鋼,這已經能充分說明不鏽鋼結構的優點了。


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迷彩虎軍事為您回答。在回答這個問題之前,虎哥先給大家講一個非常有意思的小故事。

那還是在1976年9月6日,一名名叫維克托·伊萬諾維奇·貝倫科的前蘇聯飛行員幹出了一件大事,他竟駕駛著一架米格-25飛機叛逃到了日本。這頓時在全世界引起了軒然大波,美帝更是興奮不已,這是因為米格-25在裝備蘇軍初期由於其極高的性能參數,一直為西方世界所關注,西方甚至以此推測蘇聯的軍用航空製造技術已經領先於世界。於是,美國專家迅速出動把米格-25完全拆解後運到東京以北100多公里的自衛隊百里基地,經過徹底的檢查,發現該機70%的部件是不鏽鋼,雖然極限速度很高,但是技術性能並沒有想像中那麼驚人,這下美帝才徹底放下心來。

為什麼美帝會這麼說呢?這是因為米格-25為高超音速下的穩定性優化所以70%的部件都是採用不鏽鋼,而且還安裝有巨大的垂尾,不過低速下反而成為制肘,所以在時速500公里左右時較鋁合金戰機回轉半徑驚人因此而有“直線戰鬥機”之譏。以及雖然米格-25極限速度很高,但是雷達還使用早已過時的真空管零件,從整體性能上說僅僅相當於美國的F-4鬼怪式戰鬥機,和美國當時正在研製的F-15“鷹”和F-16“戰隼”戰鬥機更是相距甚遠。不過僅設計目的而言,作為高空高速攔截機之用,米格-25還是成功的達到設計需求。

其實美國本來並未看重蘇聯技術,不過,因1962年首飛的A12和1964年首飛的XB70存在的各種問題,使美方通過各種途徑想知道俄國對手是怎麼做的,其中一個重點是想知道俄國人如何焊接“鈦合金”薄板。

1976年之前美國通過對米格-25照片的分析,發現米格-25外壁光滑平整,判讀大量採用了先進的焊接技術,而1976年前的實用中表現出米格-25堅固可靠,同時又不失高爬升速率等性能,與XB70的表現大相徑庭,使美國空軍很難相信這是架以鋼結構為主的飛機。加之同期蘇聯在鈦合金潛艇方面的獨到建樹,如1963年始建的papa級潛艇採用鈦合金厚板焊接製造整個承壓艙體,諸方面使美方認為俄國人解決了鈦合金薄板焊接難題,誤認為米格-25為鈦合金焊接製造。

直到1976年拆解貝倫科的米格-25才發現這架戰機80%為鎳鋼,僅使用了9%的鈦。而米格-25的鎳鋼焊接仍令美國空軍歎為觀止,焊縫總長達4至5公里,焊接的機身強度很高,以致後來美國陸軍試圖以60噸的M1A1碾壓俘獲的伊拉克米格-25,M1A1卻只沿機翼開上了米格-25機背。


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為了承受超過2.5馬赫時產生的氣動加熱。

米格-25是為了防禦美國的3馬赫級飛機如SR-71戰略偵察機而研發的,所以要求有同級的速度,也就是3馬赫級。而大約在2.5馬赫開始,震波等機制引發的氣動加熱會很劇烈,對於許多航空材料來說會造成強度衰減,因而造成危險。因此通常飛行速度不能超過這個產生顯著加熱的速度,就算可以也只能短時間,這個速度限制就稱為“熱障”,大約是2.5馬赫。F-15的極速就是2.5馬赫,不過極少用到,甚至是要在微俯衝條件才能達到,所以因為用的時機太少,加上是在2.5馬赫內,所以倒無問題。

要在2.5馬赫以上飛行,就無可避免有顯著的氣動加熱,那麼機體材料就必須在那種高溫下還維持足夠的強度。目前符合這一需求的機體材料只有兩種:鈦合金與不鏽鋼。

鈦合金強度高、重量輕,所以當然比較好,不過昂貴,不好加工。反觀不鏽鋼強度滿足2.5馬赫以上需求、便宜、加工容易,唯一缺點是很重。冷戰時期鈦合金加工還沒有很成熟,因此尚未普及,因此高速飛機要用鈦為主還是用鋼為主,就會語系能需求、價格需求有關。例如美國SR-71戰略偵察機、蘇聯T-4戰略轟炸機主要就是用鈦製造,美國XB-70戰略轟炸機、蘇聯米格-25主要就是不鏽鋼。

△米格-25需要應對SR-71這類超高速目標

米格-25選擇不鏽鋼,主要要求就是便宜。事實上蘇聯本來有完全足以對應SR-71的3馬赫鈦合金飛機,那就是蘇霍伊的T-4戰略轟炸機,他全機有90%以上是用鈦合金製造,為此突破了很多鈦合金加工工藝。後來的蘇-27便因此受惠。T-4的造價等同於同重量的黃金,後來T-4計劃取消就是因為太貴,加上當時蘇軍認為高速戰略轟炸機能做的事可以交給彈道導彈完成。所以當時價格已是蘇軍的重要考慮點,那麼要用來對抗SR-71的米格-25就不能用昂貴的鈦合金,就必須用不鏽鋼了。當然還有個原因是,當時最大量的鈦合金加工工藝是在T-4上實現的,這技術是在蘇霍伊設計局手中,不是米格,所以米格-25選用不鏽鋼,一方面是成本,二方面是用最熟悉的材料,以求在短時間達成需求。


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現代戰機大部份採用特種鈦合金,鋁合金,而米格25卻特立獨行,使用了密度大的不鏽鋼,難道是蘇聯人當時的設計理論出了問題?當然不是!下面就和大家探討其中緣由,不到之處,歡迎留言斧正!

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米格-25只所以用不鏽鋼製造,前蘇聯的考慮是:當飛機的馬赫數大於2.8時,不鏽鋼的比強度與鈦合金相同,而比剛度和熱擴散性能,不鏽鋼是大大優於鈦合金的,製造米格-25用不鏽鋼而不用鈦合金正是從最輕的結構設計來考慮的。至於說,前蘇聯在飛機上採用鈦合金有什麼技術上的障礙,那是沒有根據的,舉例說:上世紀1960年代初,美國研製成功SR-71戰略偵察機和YB-70戰略轟炸機後,迅速公佈了這兩種飛機的消息,在軍備競賽的大背景下,這大大的刺激了前蘇聯,前蘇聯迫不及待的也推出了兩個方案應對美國已取得的優勢,其中之一是由葉瓦奇金設計局設計,後又改為蘇霍伊設計局研製的T-4飛機,這種飛機就是以鈦合金為結構材料的,而且還採用了先進的電傳操縱系統。試想,如果前蘇聯在鈦合金材料的運用上有不可克服的困難,能有這樣的設計方案?儘管這架飛機的飛行性能優異,但是這架飛機因為極其昂貴的造價,被譽為“143噸黃金”,而且,該機也因為只能帶兩枚帶核彈頭的空地面導彈而不具備戰略打擊能力,這兩個原因導致它下馬。而米格-25的研製時間也大致和T-4相當,所以說,米格-25用不鏽鋼製造,是很有道理的。反觀SR-71,因為全機採用了鈦合金製造,使得它的維護工作十分的繁複和費錢,單就存放他的機庫,就有很嚴格的溫度、溼度要求,根本不敢想米格-25那樣大大咧咧的停放在露天的停機坪上任憑風吹雨打,經年累月。

歐美軍航界對米格-25的真正認識是從別連科駕駛米格-25叛逃日本以後得到的,因為美國人對叛逃來的米格-25有過一次大卸八塊式的拆解和分析,但是,他們對米格-25的認識卻是錯位的,他們認為:米格-25是鋼飛機,結構重量大,格鬥性能差。那是他們不知道米格-25的作戰對象就是美國的高空偵察機和戰略轟炸機,這兩樣目標的機動性很差,但是高空高速性能極佳,米格-25的雙三性能就是針對這個研製的。歐美對米格-25認識的錯位,某家以為,是與米格-25前衛的氣動佈局有關的,歐美軍航界憑藉米格-25的氣動佈局,把米格-25定位為一種三代機了!為什麼這麼說?先說米格-25的氣動佈局

正常式佈局,機身兩側進氣,梯形後掠上單翼,(注意下邊的表述)兩臺發動機左右並排安置在後機身,兩個垂直尾翼裝在發動機艙上方。後邊這兩句:“兩臺發動機左右並排安置在後機身,兩個垂直尾翼裝在發動機艙上方”表述的是蘇/美三代機的招牌氣動外形,且看F-15、F-14、F/A-18、SU-27、MIG-29,都是公認的三代機代表,它們的後機身是不是和米格-25很相似呢?一架二代機有三代機的顯著特徵,超前!原因,某家以為,有可能是美國剽竊米格-25的氣動外形!因為,至遲在1965年,美國的間諜衛星所拍的照片上,就看到了正在停機坪上的,正處於試飛階段的米格-25。而最早到1967年,美國人還在三百多個翼型方案中為F-15的主翼選型而傷腦筋呢。那個米格-25的對手SR-71的雙垂尾也是安在發動機艙上方的,但是,它的發動機是間隔安置在兩翼的中間結構上,無論文字表述,和看圖都很容易區分,米格-25的氣動外形與SR-71大不同。其實何止三代機,就是F-22這種典型的四代機,它的後機身也有米格-25的影子。

順帶說說F-22,這個東西最吸引眼球的是它的隱身性,但是,好像都不記得,當年和它爭奪ATF的F-23的隱身性要比它好的多,但是,因為過多的犧牲了機動性,所以才落敗,那麼,其實可以說,在隱身性上說,F-22並不算太好。而美國人刻意宣傳它的隱身性,似乎想要迷糊誰吧?而這個東西高昂的造價在前年據說就到了1.2億美元,而一架現代戰鬥機的全壽命使用費用是該機造價的4-5倍,那麼,一架F-22的真正花費確確實實是該讓執政者系考慮的,這個東西的採購數量一砍再砍,經濟因素是個主因。嚴格說來,F-22的武器掛載能力受制於它的隱身性的限制,是很差的,然而,美國人他、也並不指望拿它當攻擊主力的,美國人是把F-22當作“踹門器”用的,利用它的隱身和高速逼近對方的空中防線,在對方的防空體系來不及反應的短時間內,將對方的防空體系撕開一個口子,餘下的轟炸和攻擊由從“口子”魚貫而入的大量外掛能力強的三代機完成,那麼,一國的防空體系的構成,就不應只專注於對F-22的防範。而戰鬥機的研製也沒必要把全部力量對準F-22這個方向。當然,某家也不是說不應該把大量精力投入到F-22這個方向上,不是的,某家的意思是“留一手”,應變所有可能的情形。

F-22在現在來說,還是個先進的代名詞,但是,依美國“裝備一代,研製一代,預研一代”的一貫作風,F-22在美國真正的航空精英的眼裡,恐怕早已是個過去時了!空天飛機也許是下一個“F-22”?也許還配不上這個稱呼?所有的壞的可能,都該想一想啊。留一手,留一手,千萬留一手。


軍情一線


為了突破熱障。當飛機速度突破m2.8,就必須考慮空氣摩擦帶來的高溫對飛機結構帶來的影響。鋁合金無法承受這樣的高溫,只有鋼材和鈦合金才能滿足需求。鈦合金密度小,是高速航空器的首選,但鈦合金熱脹冷縮係數太大是個大問題,美國黑鳥幾乎是全鈦飛機,為了能夠在M3.2的速度下飛行中保持機體結構的穩定,在地面常溫下飛機蒙皮和油箱是有縫隙的,當飛機飛到熱障時,鈦合金受熱膨脹後結構就密合了,這導致飛機在地面上邊加油邊漏油,不得不在飛機起飛後用一架加油機在空中給飛機加滿燃料,而且這個飛機維護費用又貴得驚人。

米格25和黑鳥是目前唯二速度可以飛到三馬赫的飛機,兩者在材料結構上的差異明顯地體現了蘇聯和美國在武器研發思想上的不同,米格25是前線截擊機,飛機結構儘可能簡單,能夠在蘇聯惡劣的天氣下保證飛機的妥善率和出勤率,以及造價低廉利於大規模生產被當成首要指標,而因為鋼結構,高達42噸的起飛重量帶來的對飛機性能的不利影響,則被視為其次。美國人則反過來,強調武器的高性能,高昂的造價和惡劣的維護性,則不會考慮太多。


dooge


因為飛得快就要考慮機體過熱的問題,鋁是不行的。這時候就剩下不鏽鋼和鈦合金可以考慮了。

不鏽鋼的加工難度和鈦合金的加工難度相差不多,冷加工甚至比鈦合金還難,只不過熱加工成本較低。

主要還是成本考慮,(黑鳥閉嘴,你喝的可是蘇格蘭威士忌)蘇聯可以造鈦合金潛艇,就造不出鈦合金飛機????

實際上,就是用不鏽鋼搞到這個水準也是相當了不起的。美國真的沒辦法在這個成本搞出這個性能。只不過現在蘇黑喜歡用這個黑蘇聯罷了。

美國就是知道了他是鋼的,也那他沒辦法。

至於航程,在當時的預想中,歐洲戰場還是足夠的。


十二孃孟瓊玉


米格-25原型機於1964年首次試飛,1969年開始裝備部隊。米格-25大量採用了不鏽鋼結構,在設計上強調高空高速性能,曾打破多項飛行速度和飛行高度世界紀錄,是世界上闖過“熱障”(M2.5)僅有的三種有人駕駛飛機之一(另兩種是美國的SR-71和俄羅斯的米格31)。

米格-25大量採用了不鏽鋼結構,但這樣的高密度材料卻給米格-25帶來了更大的重量和更高的耗油量,在其突破3馬赫高速飛行時油料不能支撐太久,而且機體本身的高重量也一定限制了其載彈量,因此,米格-25只是一架能夠高速運行的戰鬥機,在真正的與F4鬼怪等同時代先進戰機作戰時僅僅有一定的速度優勢,而這一點也在實戰中被驗證。

馬赫3時,這一溫度將達到300度。這使得在機體結構要採用耐熱而不能太重的金屬材料,這個問題還算好解決,因為當時蘇聯的金屬應用技術已相當完善。但當時蘇聯卻沒有一種半導體能夠在65攝氏度以上的溫度裡工作。因此想飛3倍音速,必須解決這一問題。經米格設計局與有關科研部門及廠家合作,研製米格-25的前期可行性準備得以完成[8]。

高溫是米格-25 研製中面臨的另一挑戰,最大速度下機體表面駐點溫度高達 300℃以上,鋁合金只能承受 140℃,必須選用新材料和新工藝。發動機在某些工作狀態下,個別部件的溫度超過 1,000℃,為防止熱傳入機體,發動機艙用鍍銀的防熱隔板包住。鍍層厚 30 微米,鍍層吸熱係數為 0.03~0.05,每架飛機耗銀 5 千克,所吸的 5%的熱量又藉助於玻璃纖維隔熱毯防止傳給機身油箱。

駕駛艙和設備艙採用通風冷卻。飛行員借專用的空氣噴頭提供的冷卻空氣降溫,風擋由導流環噴出的空氣冷卻。雖然艙內溫度仍較高,但飛行員認為可以接受,只是必須帶手套才能工作。冷卻系統的設計功率為 18~24 千瓦。從發動機壓氣機引出的 700℃的空氣,通過進氣道內的空氣-空氣熱交換器、燃油系統的熱交換器(用耐高溫燃油 T-6 作熱沉)和空氣-蒸氣熱交換器(蒸發水-甲醇混合液)後,至設備艙入口處時溫度已降為 -20℃,從而使艙內工作溫度保持在 50~70℃。


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