米格-25戰鬥機,蘇聯人用簡陋的技術實現了不可思議的性能

2021-02-13 SolidWorks研習社

    1971年秋,以埃及為首的阿拉伯世界,正在蘇聯的支持下緊鑼密鼓的準備第四次中東戰爭。為了前期的戰略偵察,特地從蘇聯租借了4架蘇聯米格-25偵察型進駐埃及,方便對以色列的軍隊部署、調動進行偵察。

這四架米格-25作為北約尚未知曉的秘密武器受到了嚴密的保護,一切飛行偵察和後勤維護都由蘇聯人負責,連埃及空軍都無法接近。

  

  以色列和以美國為首的北約發現這一情況後馬上出動了當時整個西方世界最好的戰鬥機美國F-4「鬼怪」進行攔截。

    

某天,以色列雷達兵發現有不明飛機闖入領空,以色列空軍立即派出F-4進行攔截,兩機相遇後,以色列F-4戰機馬上發射了「響尾蛇」空空飛彈,然後讓整個西方世界都目瞪口呆的一幕發生了:這架米格-25看到飛彈來襲,立即打開發動機的加力燃燒室,長長的火舌立即噴湧而出,在飛彈面前大搖大擺還不到躲閃的一騎絕塵而去,而時速2.5馬赫的響尾蛇傾盡全力也無法追上,一頭栽向天際線,F-4戰機的雷達屏幕上顯示著敵機速度:3.2馬赫!以色列飛行員只能眼看著米格-25閃著巨大的「尾燈」飛的比飛彈還快!雖然事後曝光這架米格-25發動機已經損毀,但飛行員早已經回到了埃及基地。

     

米格-25戰鬥機(俄語:Микоян МиГ-25,英語:Mikoyan MiG-25,北約代號狐蝠,Foxbat))是前蘇聯米高揚設計局研製的高空高速截擊殲擊機,是世界上第一種速度超過3馬赫的戰鬥機。北約組織給予的綽號為「狐蝠」(Foxbat)。米格-25在冷戰時期曾出口過敘利亞、伊拉克、印度等國家,至今仍活躍在這些國家的空軍。

       

設 計 背 景

    米格-25於20世紀50年代末開始設計,它的研製主要是為了對付美國的研發中的XB-70「瓦爾基裡」轟炸機與A-12/SR-71「黑鳥」高空高速偵察機,這種偵查機的最高速度同樣達到3馬赫,普通的截擊機根本無法追上。1961年,米格-25原型機在試驗中創造了在22670米的升限以3000千米/小時飛行的世界紀錄,當時世界上任何一架飛機都無法達到這一性能。

     SR-71「黑鳥」偵察機

     XB-70「瓦爾基裡」轟炸機

    1960年,用米格-21改裝的發動機試飛驗證機E-150,對米格-25的動力裝置R-15-300加力式渦噴發動機開始試飛。次年4月第二架驗證機E-152上天。隨後裝生產型發動機R-15B-300的第3架驗證機E-152M試飛。

1961年3月10日,米高揚籤署研製米格-25原型機E-155的指令。1962年偵察機全尺寸樣機審定委員會開審定會。1963年12月米格-25的第一架原型機(偵察型)E-155R-1出廠,1964年3月6日,蘇聯著名試飛員費多託夫首次駕機升空。同年9月9日第二架原型機(截擊型)E-155P-1開始試飛。隨後第三架原型機(偵察型)E-155R-3也參加試飛。三架原型機各裝兩臺R-15B-300發動機,並在1965~1977年間,以E-266代號創造過8項飛行速度,9項飛行高度和6項爬升時間的世界紀錄。1967年7月,在莫斯科土希諾機場舉行的蘇聯航空節檢閱中,4架米格-25預生產型首次作公開飛行表演。

    1968年,米格-25的教練型開始試飛。為簡化設計,教練員艙設在原駕駛艙之前,以便將設計修改局限於前機身,為此,取消了機頭雷達和武器。

    1969年和1970年R型和P型先後通過國家驗收並投產。後來分別於1972年5月和12月交付部隊使用。

    1971年改型偵察機米格-25RB試飛並投產,所有的R型後來均按其改裝。

    1976年11月至1978年,設計局完成對改型米格-25PD設計、製造、試飛並投產。在隨後兩年內對部隊服役的全部P型飛機按PD型進行了改裝。

    1984年,米格-25停產。

     

米格-25翼展13.95米,機長22.30米,機高5.70米,空重15噸!正常起飛重量36噸!最大平飛速度(帶飛彈)M2.8,實用升限24400米。

    米格-25的初期發展原型YE-266從65年到73年先後創下16項世界飛行紀錄(其中三項至今未被打破),而另一種未量產的後期發展型:YE166M先後創下六項世界紀錄,從沒被打破!

    這六項世界紀錄是:

    1975年5月17日:

    自海平面爬升到25,000米:2分34.3秒!

    自海平面爬升到30,000米:3分9.85秒!

    自海平面爬升到35,000米:4分11.7秒!

    1977年7月22日:

    帶2,000公斤有效負載飛上:37,090米!

    帶1,000公斤有效負載飛上:37,090米!

    1977年8月31日:無負載飛上:37,650米!

    而米格-25轟炸型號米格-25RB原型機在試飛過程中曾經創下了人類航空史上最高高度和最大速度下投放炸彈的記錄,投彈高度為20,000米,投彈速度為馬赫2.5,創紀錄飛行員為阿維亞德-法斯託維茲。

    衍生型號

    米格-25,高空高速截擊型,主要裝備前蘇軍,還輸出到阿爾及利亞、伊拉克、利比亞和敘利亞。

    米格-25P,高空高速偵察型,在機頭介電質雷達罩後面開有5個照相機窗口,機翼翼展略減小,翼前緣取直。

 

米格-25Y,雙座教練型,1975年底首次公開露面,兩個座艙分開,各有獨立的艙蓋。

    米格-25P電子偵察型,與P型大體相似,但具有較大的側視雷達,安裝在機頭兩側較後部分。

米格-25M,先進截擊機型,雙座,前後座串置,它是米格-25Π的改型,雷達和機載設備作了改進,可帶6枚主動制導的AA-9空空飛彈和一門內裝機炮;E-266M,改進型,是米格-25M的原型機,飛機改裝了推力更大的P-31Ф渦輪噴氣發動機,結構也作了加強。     

結構設計

    米格-25的氣動布局與以前的米格飛機的傳統風格有較大差別,採用中等後掠上單翼、兩側進氣、雙發、雙垂尾布局型式,這是該設計局與蘇聯中央空氣流體動力學研究院共同的研究成果。

    米格的第一種超音速戰鬥機米格-19在零攝氏度的空氣中以馬赫1.3飛行時,機首與氣流摩擦生熱,溫度達到72攝氏度。而在以馬赫2.05飛行的米格-21上,這一溫度上升到107攝氏度。估算得出馬赫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。

     

 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℃,在300°的高溫下,傳統的鋁合金蒙皮材料將變得比宣紙還要脆弱,如果再加上高速帶來的巨大速壓,那麼此時的機體將變形。其次,在如此高溫的環境下,機載電子設備如何運轉?應該使用什麼方式冷卻?一大堆的問題擺在了蘇聯人面前。用鈦嗎?以當時蘇聯的技術能力,根本無法有效加工並生產符合製造新型殲擊機的鈦合金材料。最終的解決方案讓人瞠目結舌,不用硬鋁,不用鈦合金,米格-25結構材料的80%使用的是鎳基合金鋼。鎳基合金鋼的高溫性能相當優異,在400°乃至以上的溫度下也能保持足夠的強度,但眾所周知,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,採用這種材料的直接結果就是米格-25重得出奇,其結構重量達到了7.9噸,空重達到了19.6噸,如此巨大的重量使得米格-25即便安裝了兩臺加力推力超過10噸的發動機的情況下,其起飛推重比也只有0.6左右,遠遠低於米格-21的0.8左右,較低的推重比使得米格-25在進行大過載機動時能量不足,直接影響了米格-25的機動性。

    當時世界上的另一個航空超級大國美國在發展自己的三馬赫戰機時,領先潮流的使用了鈦合金來解決熱障這一問題,然而,鈦合金極高的加工難度使他們付出了沉重的代價,一個又一個沉重的打擊席捲而來,先是洛克希德公司自行生產的鈦合金髮生了大面積不明原因的"氫脆"而使得巨額資金生產的材料全部報廢,然後是鈦合金奇高的加工難度使得機體的製造舉步維艱,最終耗費了巨額資金和工時製造出來的機體強度仍然差強人意,最終使得"黑鳥"成為了專職的偵察機。極低的可用過載使得黑鳥在作為截擊機時根本無法做強度稍大一點的機動,甚至連急速爬升這樣的截擊機必備的能力都沒有!黑鳥的教訓使得美國人後來在發展高空高速截擊機樣機時,也不得不回歸到鋼結構上,而在這個漫長的彎路過程中,付出的資金與時間的代價更是極其的高昂。

    這從一個側面證明了蘇聯人的務實精神和米高揚設計局的深思熟慮,鎳基合金鋼的機體結構雖然讓米格-25付出了巨大的重量代價,但卻保障了米格-25擁有足夠的機體強度,使得其可以勝任在截擊作戰中經常遇到的諸如急躍升攻擊,高速俯衝等戰術動作,而且在做到這一切的同時,其成本還相當的低廉。而付出了高昂代價的美國"黑鳥",除了獲得了最大速度和飛行高度的優勢以外,其低劣的機動性能幾乎令人無法忍受,與此同時,低劣的機體結構強度更使得黑鳥在服役過程中擁有了高達30%的墜毀率,這一切使得黑鳥更像是一架技術驗證機而不是實用的作戰飛機,即便到了今天,如黑鳥一樣使用幾乎全部鈦合金結構的戰機依舊鳳毛麟角。與閃耀著科技光芒的偶像派明星黑鳥相比,米格-25更像是一位從農村走出來的實力派明星,土裡土氣卻依舊具備著不俗的實力。

米格-25的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℃。

    航電系統

米格-25P的雷達可以說是「好事多磨」,這種被稱為「旋風」A的大型火控雷達與蘇聯同期裝備另外兩種截擊機(圖-28/128和蘇-15)使用相同的核心處理設備,但由於各自機頭空間的不同而使用了不同的天線,其中米格-25P使用的是天線孔徑最大的型號,其雷達本體重量達到半噸,使用的倒置卡塞格倫天線孔徑超過1米,堪稱當時機載雷達中的「巨無霸」,然而,由於蘇聯相對落後的電子工業水平,旋風A雷達雖然有著碩大的體積,但其功能卻十分的單一,幾乎可以用簡陋來形容,其掃描線基本與機身軸線重合,完全不具備下視-下射能力,以其超過一米的超大雷達孔徑,對典型轟炸機目標的探測距離卻只有100公裡。究其原因,還是出在其落後的基本結構上,旋風A雷達的基本電子元件以巨大的真空管為主,雖然其標稱峰值功率高達600千瓦,但絕大部分以熱量的形式散失掉了,其功率利用率很低而且由於真空管雷達的波束控制能力低下,導致雷達只能以單脈衝體制進行簡單的對空搜索,而當捕獲目標以後,該雷達只能以單目標跟蹤模式對目標鎖定並導引機載飛彈發起攻擊,憑藉著巨大的體積,旋風A雷達擁有了120°的水平扇面的搜索範圍,12°的俯仰搜索範圍,並具有自動搜索/跟蹤的能力,整個雷達系統可以直接通過經過升級的空氣自動化截擊系統與地面指揮站進行作戰信息的交互。

    服役情況

    1971年秋第四次中東戰爭爆發前夕,4架蘇聯米格-25R偵察型進駐埃及,不時前往以色列上空偵察。以色列空軍派出了當時西方最好的戰鬥機——美國研製的F-4「鬼怪」攔截。米格-25P打開了加力燃燒室,一會就拋開了尾追的F-4。F-4連忙發射AIM-9「響尾蛇」近距空空飛彈,試圖飛彈尾追米格-25,沒想到連飛彈都沒追上。此時以色列地面站發現,這架米格-25的速度超過了馬赫3.2!這讓西方大為震驚。     

    海灣戰爭中,伊拉克的米格-25憑藉高速性能,也給了美軍不少壓力。曾至少擊落了一架F/A-18戰鬥機。在「沙漠風暴」中,兩架MiG-25成功用側轉以及降低高度的動作逼近F-15的視線範圍,但當F-15進入纏鬥動作時,便輕而易舉地咬住MiG-25的尾巴,將這兩架超視距空戰動作漂亮、纏鬥動作不及格的MiG-25打落到沙漠。此外,海灣戰爭中至少2架MiG-25在地面被美軍繳獲。

    美軍在佔領伊拉克後,挖出伊拉克人埋在沙漠中的米格-25。其中一架作為戰利品被送到代頓的美國空軍博物館。

    1992年12月,伊空軍一架MiG-25飛機在伊拉克北部禁飛區被美F-16戰鬥機使用AIM-120先進中距空空飛彈擊落。但後來伊軍在長期的對抗中總結了經驗並創立了行之有效的新戰術,曾有米格-25戰鬥機在被美機發現並發射AIM-120中距空空飛彈(此前該飛彈在實戰中從無失手)攻擊的情況下居然能夠以高速轉彎迅速脫離,使美國人大跌眼鏡。2002年12月23日,伊軍出動的米格-25戰機成功擊落了美軍一架「捕食者」無人偵察機。2003年2月27日,一架伊軍米格-25「狐蝠」戰鬥機更越境深入沙特領空大約30公裡左右。不過,當這架飛機的駕駛員發現自己被高空迎面飛來的美軍F-15C戰鬥機雷達「鎖定」後,立刻調頭返航。米格-25成為伊空軍挑戰禁飛區的有力兵器。     

    整體評價

    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,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隻是一架能夠高速運

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。    

    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。直到1976年9月6日蘇軍飛行員別連科中尉駕駛米格-25飛機叛逃日本,西方世界才真正揭開了該飛機神秘的面紗。美日的技術專家把米格-25完全拆解後運到東京以北100多公裡的百裡空軍基地,經過徹底的檢查,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可怕,從整體性能上說僅僅相當於美國的F-4「鬼怪」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。但是不管怎麼說,蘇聯工程師能用相對落後的技術生產出某方面性能突出的戰機,某些設計理念至今仍為世人推崇。

     別連科中尉

米格-25全系列生產1200架左右,其中60%是偵察型,30%是截擊型,10%是雙座教練型。除在前蘇聯空軍中服役外,還向利比亞、敘利亞、阿爾及利亞、印度、伊拉克等國出口。該機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,可在24000米高度上以M2.8的速度持續

飛行,最大飛行速度達M3.0,是世界上闖過「熱障」(M2.5)的,有人駕駛的,全大氣層內飛行的,正式交付使用的,僅有的三種飛機之一(另兩種是美國的SR-71和俄羅斯的米格31)。     

 往者不可諫,來者猶可追。米格-25的傳奇雖然已經落幕,但蘇聯人用簡陋的技術實現了不可思議的性能這一點對於從零開始,經過苦苦追趕,在今天終於有所建樹中國科學家來說,也有相當的借鑑意義。

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    ,它就是令美國寢食難安的米格-25戰機。直到1976年,蘇聯飛行員別連科駕駛米格-25叛逃到西方之後,美國才獲取了米格-25驚人飛行秘密的能力。其實,米格-25的整體製造工藝談不上多先進,很多地方才採用了讓美國人覺得「奇葩」的笨辦法,那麼,米格-25是怎麼做到這一切的呢?首先,米格-25的機體並非是之前美國人猜測的鈦合金製成的,而是大量採用了不鏽鋼結構。
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    因為這樣會導致技術上的局限性,而且一旦出現技術方向上的偏差,將很難彌補。最後會議決定儘快提交新一代戰鬥機的設計方案,擇優錄用,並且在新方案的基礎上,要組建新的飛機設計局。但其中涉及到一個基本問題,螺旋槳飛機的發動機性能是有局限性,在低空螺旋槳能與密度大的空氣發生力的作用。但由於空氣阻力大,螺旋槳轉速較慢,當飛機爬升至稀薄的大氣中時,螺旋槳轉速變快。但由於空氣密度不夠大,無法與螺旋槳發生力的作用,因此飛機發動機的性能就會達到上限。如果能解決飛機在高空的高速飛行問題,那麼戰鬥機的性能將實現質的飛躍。