03.06 米格-31的不鏽鋼機身如果改成鈦合金的,是否可以超音速巡航?

一葉楓流O靈似舞妖


鈦合金是上個世紀50年代發展出來的一種高耐熱性金屬,其作用主要運用於航空發動機以及飛機機體生產建造,鈦合金在保留鋁合金的高韌性的情況下,還具備了很多鋁合金不具有的性能因素。但是由於加工難度過高而且成本較大,早期的鈦合金只是被運用於航空發動機的製造以及火箭箭體的生產。這時候對蘇聯高空偵察任務的重視使得美國必須研究一款具備3萬米高空飛行能力以及三馬赫突防能力的高速偵察機,也就是後來的sr71黑鳥偵察機,該機第一次大規模運用鈦合金,第一次成功的解決了飛機高速飛行時會發生的高溫解體變形現象。

而另一邊蘇聯由於深陷於美國的太空競賽,所以並沒有足夠的資金用來投入鈦合金的生產以滿足米格31的高速飛行能力,為此米高揚設計局重新使用不鏽鋼來替換鈦合金以成為米格31三馬赫飛行的關鍵。相比熔點最高達1600度的鈦合金,不鏽鋼的最高熔點達到了驚人的1400度,而在同時期,被大量應用於戰機機體生產的鋁合金的熔點只有150度,進行對比就可以發現,不鏽鋼在保持了鋁合金十倍左右耐熱能力的情況下,極大的降低了生產價格,不失為一種權宜之舉。
但是需要注意的是,不鏽鋼的密度重量要遠遠大於鈦合金,這意味著在發動機推力一樣的情況下,米格31的推重比要更小一些,相應的機動能力和掛載能力也會因此受到很大的限制。跟黑鳥不同黑鳥本身就是偵察機,並不要求過高的機動能力。而米格31作為殲擊機它必須需要足夠的機動能力才可以與敵方的戰鬥機進行作戰,所以鈦合金對於米格31來說是唯一的解決方法。


浩漢防務論壇


鈦是20世紀50年代發展起來的一種重要的結構金屬,鈦合金強度高、耐蝕性好、耐熱性高,而且重量非常輕。70年代開發出一批耐蝕鈦合金,80年代以來,耐蝕鈦合金和高強鈦合金得到進一步發展。鈦合金主要用於製作飛機發動機壓氣機部件。

鈦合金第一次大規模應用於美國的SR-71黑鳥偵察機,解決了飛機在高速行駛下機體高溫變形這一問題。米格-31戰鬥機由蘇聯米高揚設計局研製,1976年以前開始研製,1983年進入服役。

那個時候,蘇聯在和美國搞太空競賽,資金有限,因此就把本應該在米格31上使用的鈦合金換成了“不鏽鋼'。鈦合金的熔點是1600℃,不鏽鋼的熔點為1400℃,也可以解決機體高溫變形這一問題。而且不鏽鋼的耐蝕性較鈦合金更好,價格也是非常的低廉,但是有一個缺點就是太重了,不鏽鋼的密度要遠遠大於鈦合金。

這就大大降低了米格31的推重比,使其機動能力和掛載能力受到了極大的限制。

不過米格31是一款高速截擊機,並不需要太好的機動能力,而且蘇聯的科學家在米格31的氣動佈局上下了很大的功夫。使得米格31在開啟後燃器的情況下可以達到1.8馬赫,完全滿足米格31作為一款高速截擊機的需要,但是超音速飛行不代表超音速巡航。

米格31搭載的是兩臺彼爾姆發動機設計局的D-30F6加力渦扇發動機,單臺最大推力93.1千牛,加力推力151.9千牛,在不開加力的情況下笨重的米格-31很難長時間保持超音速狀態,這種發動機的高耗油也決定他不不具備音速巡航能力。即使米格31將不鏽鋼升級成鈦合金,在這個發動機的推力下,也是不能擁有超音速巡航這種能力的。


利刃巨透社


理論上有可能可以。機身結構主體為不鏽鋼製成的MIG-31確實很重,用鈦合金減重之後也許能夠超音速巡航。實際做起來會有很多困難,如果改用鈦合金,那麼很可能生產成本會失控,改進的工作量也很大。

鈦合金固然是一種很好的材料,但缺點也很多。最主要的問題是鈦合金的焊接非常困難。

因為鈦合金焊接困難,SR-71不得不保留了大量的鉚接。

蒙皮全部都是鉚接拼上去的,相比於焊接,鉚接的結構重量會大不少。

與之相比,鋼的焊接技術要成熟的多,MIG-31的機體框架就是焊上去的。

所以考慮到實際情況,鈦合金的減重效果很可能沒有很多人想的那麼明顯。

另外,鈦合金的鍛造工藝也很複雜。以俄羅斯如今的技術,要生產用於承力的大型整體鈦合金框架,估計會很困難。

而且MIG-31本身也有相當一部分是鈦合金做的。比如機翼前緣。

MIG-31的機翼前緣就是鈦合金,OT4-1,焊上去的。

另外一個方面,因為鈦合金和不鏽鋼相比,在比強度和拉伸性能上區別很大,強行將機體結構中的不鏽鋼換成鈦合金肯定不行,改進設計的工作量不會比重新設計一架飛機少多少。

最後飛機的成本甚至會超過如今的主流五代機。

想想看:現在F-22,J-20,Su-57這種重型五代機的鈦合金重量佔比已經達到40%了,成本還那麼高,將MIG-31整體重量中佔比超過70%的不鏽鋼換成鈦合金,這成本還受得了嗎?

然後你會得到一架價格遠遠超過如今五代機的MIG-31,它確實能夠超巡,然而不能超機動,不能隱身,在空戰中根本幹不過五代機,只能當作截擊機使用,這顯然是沒什麼意義的。


貞觀防務


現在的很多軍事專家其實都是瞎忽悠的磚家罷了!超音速巡航super sonic cruise,很多三代機,二代機,轟炸機,甚至客機都具備的能力。比如歐洲颱風,米格25/31,xb-70女武神,協和客機等都可以超音速巡航。而美國對第四代戰鬥機的4s標準之一的定義,指的是super cruise,超級巡航概念,即不開加力直接用軍推超音速,達到1.3-1.5的超音速狀態。並且在超音速狀態下連續做出3G機動而不掉落音速以下。至於超音速氣動加熱問題,主要針對的是m2.5以上,空氣摩擦升溫急劇增加,傳統鋁合金材料由於熔點低,不同材料熱膨脹係數不同,結構鋼性下降造成損傷甚至解體的問題。比如sr71黑鳥,在地面時各種滲漏,飛到高空高速,通過氣動加熱膨脹,液壓,油路反而不漏了,達到理想狀態。米格25/31的部分結構,蒙皮是採用的不鏽鋼,雖然重量增加,但由於不鏽鋼熔點比鋁合金高得多,很好的解決了耐熱和成本,加工的問題。至於鈦合金,加工過於困難,焊接工人必須穿著類似宇航服的服裝,在惰性氣體密封艙中焊接,難度和代價太大。所以,這個問題很無知!


花菜扇臉


米格-31是否具備超音速巡航能力是有待商榷的,而飛機能否簡單的用一個材料替換另一種材料,也不是那麼說說容易的事情,所以這個問題需要討論一下。

米格-31發展自米格-25,其氣動佈局,發動機都較米格-25有了修改和提高,升級更大的是其火控和電子設備,能夠滿足遠程國土防空需求,對高空目標和低空目標都有良好的搜索,識別,打擊能力。在米格-25時代,為了滿足高空高速飛行的抗高溫和抗形變需求,結合蘇聯當時的科技能力,米格-25大量使用不鏽鋼來作為飛機主要材料,同樣能滿足設計要求。而在米格-31上,鈦合金的使用比例已經有所提高,但主要依靠不鏽鋼的材料特性來解決問題的途徑並沒有改變,使用比例還是超過50%。

結合米格-31的外形和發動機能力來看,米格-31毫無意義是具備較長時間打開加力進行衝刺佔位的飛行能力。這裡一方面是米格-31體型較大,載油量大,能夠支撐長時間開加力的巨量燃料消耗,一方面也是飛機材料大量使用不鏽鋼,能夠抵禦高速飛行帶來的材料特性惡化問題。但米格-31的這種超音速飛行能力和F-22這樣無需打開加力就能進行超音速巡航的飛行能力是不同的,是一種對問題較為簡單粗暴的解決方案,並沒有從減阻,減重,增加發動機推重比這些源頭上來解決超音速巡航的問題,所以米格-31應該是具備較長時間超音速飛行的能力,而不能稱之為具備超音速巡航能力。

把米格-31的主要材料不鏽鋼“升級”為鈦合金,只能說減輕了重量,熱力學性能並沒有相差太遠。但因為重量改變而引起飛機重量分配變化,重心變化,導致對此做更多的調整,估計又會帶來更多的問題。而且,鈦合金造價不菲,一種老舊的,作戰環境和研製之初發生重大變化的老型號,米格-31是否值得這樣“升級”也是帶問號的。


航空君


本身就能,何必畫蛇添足?

明白的點贊去吧,後面W君來具體說說。

米格-31脫胎於Mig-25雖然加固了機身增加了重量但是Mig-25的發動機換成了Soloviev D-30F6渦扇發動機。發動機的效率比米格-25的R-15BD-300渦噴發動機有所提高,可是D-30F6的推力僅僅達到了93千牛,比米格-25低了15%,因此米格-31的飛行性能就高速度一點來說要比米格-25差了很多。但超音速性能來說不相伯仲。

滿足下題主的想法先說說不鏽鋼改鈦合金材料的問題。

工程學上常用的不鏽鋼比重是7.93克/立方厘米,而鈦合金的比重是4.5克/立方厘米。看似很輕的效果,然而最大起飛重量達到46噸的米格-31空重卻只有21.8噸。後面還有一點點小問題就是米格-31在設計之初就已經使用了大量鈦合金進行製作,相對比於米格而言米格-31的鈦材質增加一倍,約為總重量的16%,鋁的用量更增加三倍為33%機身總重量,減去發動機的重量大約6噸多,那麼還剩下大約5噸的重量能夠用來減重。

這5噸的重量還要包括航電、飛控設備、機載雷達等等材料,姑且不算就當作5噸來減。那麼剩下的部件全部換成了鈦合金也就減低了2.16噸的重量。瘦身成功的米格-31的重量也達到了19.4噸。

我們再來看看超音速巡航的F-22的數據:空重19.7噸,最大起飛重量38噸,配有兩臺推力為116千牛的F119發動機,攜帶8.2噸燃油。可以在1.5馬赫的速度巡航飛行。

反觀需要16噸燃油來驅動的米格-31雖然只有兩臺93千牛推力的發動機。但在不瘦身前其巡航飛行速度也達到了1.3馬赫。並且降低了2噸的重量後也基本上可以達到1.5馬赫的速度進行巡航。


另外要知道的在現實版本的米格-31進行飛行的時候由於油量相對比較充分,那麼通常都是小幅度的打開加力燃燒器,在2.35馬赫的速度進行飛行的。基本上可以覆蓋720公里的作戰半徑。


軍武數據庫


米格31是米格25神話的話的延續。米格25和米格31的主體材料都是鎳基合金鋼,這種材料稍重,影響戰機性能發揮,所以有人有了這樣的想法,把米格31的製造材料換成鈦合金應該能超過音速巡航了吧!畢竟米格25可是能3倍音速飛行的。不過這個想法有欠缺的地方是,米格31的發動機本身並不支持音速巡航,材料重量減輕也不能完全解決發動機的問題。

米格25是一個神話,事實上是一個草根挑戰高富帥的故事。航空史上實用的3倍音速飛機實際為人所知的就兩款,一個是SR71(基於黑鳥偵察機研發而來)、另外一個就是米格25。兩者高速性能相近,但達成目標的方式卻極為不同。SR71完全是投入了當年所有頂尖技術和材料,用最好的製造工藝造出來的。美國為其投入的是所有最好技術,集合最頂尖的設計師,SR71是科技的奇蹟。

而米格25不是這樣,它的奇特之處在於,它所使用的基本都是2代機現有技術,既然3倍音速的難點在於飛行時的熱障,就針對性的圍繞這個難點攻關。米格25並不要求整體全面劃時代,這樣的產品蘇聯即沒有能力,也沒有技術能夠支持其建造。所以米格25僅是在最難的外部受熱結構上採用了鎳基合金鋼,而不是像黑鳥那樣全身鈦合金。效果是一樣的,只是整體重量稍重。

米格25能達到3倍音速的速度,但其發動機也與SR71的不是一個檔次。米格25的發動機其實推重比不算很好,但有一個特別之處,能持續緩慢加速,其推力會越來越大,直至達到3倍音速。但這是一種自殘的動力輸出模式,緩慢加速會令發動機核心溫度不受控,極易燒燬。所以米格25發動機壽命極短,即使正常飛行,發動機飛一兩次就得大修,而極速3倍音速飛行一次,發動機幾乎就等於報廢了。

所以米格25是個特長生,其細節基本都是用的2代機技術,只是速度方面有優勢。隨著米格25因為洩密事件而令西方徹底摸清後,其速度優勢的特長也被逐漸克服。後來推出的改進型米格31迴歸了使用渦扇發動機,不過機體採用的還是鎳基合金鋼。最大速度因機體重量和發動機持續加推上的減弱,已經達不到3倍音速了。即使用鈦合金製造機體,米格31現在的發動機也難以達到可超音速巡航的水準。


利刃號


提到蘇式裝備,多數人的印象是簡單粗暴的,而如果要問前蘇聯哪樣裝備最能體現蘇式暴力美學,重型截擊機米格31毫無疑問會高票當選。這架能夠達到3馬赫飛行速度、裝備有大孔徑雷達的大飛機曾經也是讓西方恐懼的存在。而最有米格31最大的特色是在於其機身是由不鏽鋼構成,但是要在前面說明,能否超音速巡航和此沒有什麼太大關係。

圖為米格31

米格31的不鏽鋼機身還要從米格25談起,20世紀50年代後期,蘇聯為了應對美國即將出現的“雙三”飛機,也開始了類似飛機的研究,而對於“雙三”的突破在當時還有很多的技術難關,出了發動機外,機體材料就是一隻大攔路虎,要想在3萬米以上的高度以3馬赫的速度飛行,稀薄空氣與高速帶來氣熱效應就不是一般材料能夠做到的,當時能夠做到的材料之一,就是鈦合金,也就是美國人在SR71上大量採用的。

鈦合金的優勢在於重量輕,但是價格高昂,且加工困難。蘇聯使用了VNS2和VNS5兩種金屬作為機體的主材料,其中VNS5就是一種特殊的不鏽鋼。這樣的材料加工簡單,耐熱性好,可靠性高。但是缺點也十分明顯,那就是重。

圖為米格25戰機

但是是不是說米格31把機身換成鈦合金就能超巡了呢?這顯然也是否定的,先不說採用了鈦合金的SR71就沒辦法做到超因素巡航,米格31的超因素也是靠兩臺發動機硬推出來的,這樣兩臺發動機的油耗是個相當可怕的數字,米格31要為這兩臺油老虎流出大量的機體空間來提供燃料,這個顯然就不是簡答換個機身材料就能解決的問題。


雙馬尾班長


只是證明你沒看過真正的報導。米格31有超音速巡航能力。 他的超音速巡航大概是在1.8嗎2:00。當時有的小衛星公司準備拿來發射小星衛星的。只是這個飛機的機動性,不算太好。他就是一個高速截擊機。


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