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限制飞机飞行速度的两大障碍,一个是“声障”,一个是“热障”。声障是指当飞行速度接近音速时,由于飞机前方空气受到极大压缩,产生局部激波而导致的飞行阻力急剧增长的现象。1945年,有人驾驶的飞行器第一次突破了声障,随后拉开了超音速飞行时代的序幕。

50年代,高空高速成为各国空军竞相追逐的目标。但是,随着飞行速度的提高,又一个障碍横亘在航空工程师面前。当飞行速度超过2马赫时,由于机体和空气摩擦产生的气动加热效应已经不可忽略。随着马赫数的进一步增加,机体温度也不断升高。当飞行速度达到3马赫时,机体表面温度将达到350℃,机体前端温度还要更高。工程上一般把M2.5作为热障的界限,在低于这个速度时,一般的铝合金材料就可以应付气动加热。而飞机的铝合金蒙皮的耐热温度只有300度,超过这个温度,铝合金的各项性能将大幅削弱。因此,要突破热障,显然已经不能再继续用铝合金来制造飞机主要结构部件和蒙皮。

60年代,美国开始研制XB-70轰炸机和F-108战斗机,这两种飞机3马赫的最大飞行速度和超过两万米的飞行高度让当时所有的超音速截击机都望尘莫及。对此,苏联也加紧了高速截击机的研制工作。

到六十年代末的时候,美苏双方都交出了各自的作业。美国人的XB-70和F-108都没能搞下去,在生产了几架原型机后停止了项目,洛克希德臭鼬工厂研制的SR-71“黑鸟”高空侦察机获得了空军的订单。苏联则完成了美国未能实现的目标,最大速度达到3.2马赫的米格-25截击机与1970年开始批生产。

美国本想齐头并进,搞出两型三倍音速的轰炸机和截击机,但事与愿违,在突破热帐的路上,美国人选择了使用加工难度极高的钛合金作为机体结构的主要材料。结果在花费巨额资金后,钛合金机体虽然能满足温度要求,但是限于当时的工艺,钛合金的承力结构无法满足强度要求,飞机甚至无法做大稍大一点过载机动飞行,这就等于给截击机项目判了死刑。另外美国空军也认为,由于地空导弹的发展,XB-70以失去了存在的必要,飞在快飞再高也跑不过导弹。因此,两个项目相继下马。但是高空高速性能却是当时战略侦察机梦寐以求的东西,在U-2高空侦察机之后,美国人已经尝到了高空侦查的甜头,U-2飞在两万米的高空,让大多数地空导弹和战斗机都鞭长莫及。因此,同时具备高空高速性能的A-12项目引起了空军的注意。最终,由A-12发展而来的SR-71“黑鸟”战略侦察机成为了U-2的替代者。

绝大部分机身都由钛合金制造的SR-71最大飞行速度达到3.3马赫,飞行在2.5万米高空,远远躲开了大部分地空导弹的有效射程,当时的超音速截击机也都追不上它。虽然采用了大量钛合金,但是由于“黑鸟”侦察机的机体庞大,空重仍然达到30吨,即使是两台加力推力达到151kN的普惠J58涡喷发动机,也只能给它可怜的0.44的推重比。事实上,再大的推重比对黑鸟来说也没什么用处,它的机体结构强度并不允许它做很多机动飞行。而且,在整个服役生涯中,SR-71仅依靠其高空高速性能成果就躲开了N次针对它的各种攻击,从未被击落。

相比美国人高大上的钛合金机体,苏联人的办法一如既往的简单粗暴。米格的设计师格列维奇最终选择了镍基合金钢作为米格-25的主要机体材料。镍基合金钢,说白了就是一种不锈钢。我们知道,打从有了飞机之后,钢铁这种东西,基本就没怎么在飞机上出现过,它的密度太大了,铝合金的密度是每立方米2.7吨,钛合金是4.5吨,而钢是7.9!但是,在具体到超音速截击机上,情况就不同了,不锈钢在次有两大优势最终使苏联人宁愿付出结构重量上的代价,也要选择它。相对于铝合金,它满足了突破热帐时的温度要求;相对于钛合金,不锈钢加工更容易,而且在当时的工艺下,钛合金结构件强度达不到要求,而不锈钢就不存在这个问题。

米格-25主要结构的80%采用了不锈钢,这直接导致机体结构重量猛增。因此米格-25也一反以往苏联战斗机轻快小巧的风格,空重达到近20吨,而即使是像F-15这样的重型战斗机,空重也不过12吨。超大的机体重量使米格-25尽管安装了两台加力推力超过100kN的图曼斯基R15-B-300涡喷发动机之后,推重比仍然只有0.6,低于二代机的水平,但对于它来说,这也足够了。米格-25的定位是高空高速截击机,在当时,它的最大目标就是美国的SR-71,而后者几乎不具备什么机动性。米格-25的不锈钢机体保证了结构强度,使它可以在拦截对方侦察机时完成高速俯冲、急跃升攻击等一系列机动动作,对于米高扬·格列维奇设计局来说,他们完全达成了设计目标。

米格-25的后续发展证明,优异的高速性能如果使用得当,甚至可以对相对来说慢腾腾的三代机造成极大威胁。在海湾战争中,美军F-15“鹰之墙”和海军的F-18战斗机不止一次地与伊拉克空军的米格-25在空中遭遇。米格-25的在美军雷达上显示出的高速爬升能力惊呆了美军飞行员,虽然美军有预警机的空中引导和压倒性的数量优势,但少数由伊军飞行员中的老手驾驶的米格-25仍然依靠强大的速度优势在美军三代机机群中左冲右撞。在实战中,米格-25依靠速度优势,可以轻易在AIM-54“不死鸟”导弹的有效射程之内使美机雷达脱锁。在一次空战中,一架米格-25在接连躲过数枚AIM-9和AIM-54空空导弹的攻击后,成功运回到美军F/A-18后方,发射了两枚P-40空空导弹将其击落。

美国在突破热障的过程中走了很大的弯路,而即使在今天,也没有一架飞机使用过像SR-71那么多的钛合金材料来制造。相比只生产了32架、且早在1998年就退役的SR-71来说,靠着不锈钢和落后的晶体管电路飞上天的米格-25无疑笑的时间更长。另外,由米格-25发展而来的米格-31,同样继承了前者超重的机体和高空高速性能,至今仍在源源不断地加入俄罗斯空军。当然,这背后也体现出俄罗斯Su-35等一批先进战斗机产能远远达不到俄空军需求的无耐。但就米格-25的角度来看,这无疑俄罗斯空军是对米格-25及其后续机型的一种肯定。

作者公众号:德尔塔射线

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