美國的黑鳥偵察機,整個機身90%以上的材料都採用了鈦,其可在八萬尺的高空以每秒72平方公裡的速度掃視地表,聽到這兒您是不是會產生疑問,鈦比普通金屬重,那為什麼設計者們還要研製出這樣一款全鈦飛機呢。
鈦在自然界中分布極其分散,並難於提取,被認為是一種稀有金屬,那麼黑鳥偵察機在設計之初,為什麼會採用鈦作為機身材料呢。當它的飛行速度超過三馬赫之後,空氣與飛機表面快速摩擦,會產生巨大的摩擦熱,飛機上的部分位置,會被加熱到540攝氏度,那麼它的鈦合金機身的耐熱表現會是怎麼樣的呢?
據測試,鈦合金在1300攝氏度的高溫下,也不會產生形變和硬度的改變,有著非常好的耐高溫性。SR-71黑鳥,在極端高空高速飛行的過程中,需要承受230攝氏度的氣動摩擦溫度,發動機尾噴管區域的溫度更是高達510攝氏度,座艙蓋的特殊耐熱玻璃,也承受了340攝氏度的高溫。在這種高溫環境下,鋁合金根本無法承受,基體結構可能要用耐高溫的不鏽鋼或鈦合金,那麼為什麼設計者沒有選擇耐高溫性更好的不鏽鋼呢?
專家指出,鋁合金雖然輕,但是在150攝氏度以上的強度會急劇降低,不鏽鋼可以抵禦高溫,但是它的重量太大,會限制飛機的飛行高度和速度,縮短飛行距離,維持飛行所需要的燃料也會更多。因此為超過馬赫數三的飛機,選結構材料時鋁合金肯定會被淘汰,選用鈦合金無疑是最佳選擇。
自然界中的鈦是地殼中含量第九高的元素,同時也是含量第七高的金屬,大部分的火成巖及由其演變成的沉積巖都含有鈦。那為何鈦的分布廣泛,還被稱為稀有金屬呢。
使用在黑鳥身上的鈦合金部件,需要經過鍛件加工的過程,和十幾次的火次反覆鍛造,才能保證鈦合金能夠更加穩定,優勢更加明顯。鈦合金鍛造加熱溫度很高,為了得到設計所需的組織性能,一般在900攝氏度到1200攝氏度之間,需要嚴格控制每一火次的加熱溫度、保溫時間等,且所建造設備複雜,使得鈦合金成本高昂,這也最終導致了黑鳥飛機的永久性退役。