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飛行的板磚——米格25發(fā)展史

2022-02-19 14:08 作者:江南拱橋夜  | 我要投稿

提起截擊機,最早出現在第二次世界大戰(zhàn)中,當時為了攔截經常在夜間入侵的轟炸機群,盟軍研制出了一種搭載截擊雷達的戰(zhàn)斗機,這種戰(zhàn)斗機就是后來的截擊機。隨著冷戰(zhàn)和核武時代的來臨,這一機型的地位也隨之水漲船高,截擊機之所以被美國和前蘇聯重視是因為在核武時代初期,核彈的使用方法還只有由飛機投擲這一種,為了提高投擲的成功率,高空超音速轟炸機應運而生,由于當時各國普遍缺乏高空防空能力,為了彌補沒有對高空超音速轟炸機攔截能力的短板,各國便將目光轉到了截擊機身上,窮兵黷武的前蘇聯在冷戰(zhàn)時期研制出了一批先進的截擊機,其中一款就是米格-25"狐蝠"截擊機,這款截擊機是世界上第一款最大飛行速度超過3馬赫的戰(zhàn)斗機。

米高揚米格-25(俄文:Микоян МиГ-25 ,英文:Mikoyan MiG-25 ,北約代號:Foxbat,譯文:狐蝠)是20世紀60年代末期前蘇聯米高揚設計局研制的高空高速截擊戰(zhàn)斗機。該機 原型機于1964年首次試飛,1969年開始裝備部隊。米格-25大量采用了不銹鋼結構,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戰(zhàn)斗機總產量約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,在冷戰(zhàn)時期曾出口過敘利亞、伊拉克、印度等國家,仍活躍在這些國家的空軍 。

米格-25于20世紀50年代末開始設計,它的研制主要是為了對付美國的研發(fā)中的XB-70"瓦爾基里"轟炸機與A-12/SR-71"黑鳥"高空高速偵察機,這種偵察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,只有米格-25可以輕松的尾隨在SR-71的后面隨時監(jiān)視其航向。1961年,米格-25原型機在試驗中創(chuàng)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。

發(fā)展歷程

據米高揚設計局的型號副總設計師列.格.申格拉婭透露,米格-25戰(zhàn)斗機 格-25的預研工作是在1958和1959年進行的。當時美國空軍正開展M=3的戰(zhàn)斗機F-108和轟炸機B-70的研制。1960年,用米格-21改裝的發(fā)動機試飛驗證機E-150,對米格-25的動力裝置R-15-300加力渦噴發(fā)動機開始試飛。次年4月第二架驗證機E-152上天。隨后裝生產型發(fā)動機R-15B-300的第3架驗證機E-152M試飛。 1961年3月10日,米高揚簽署研制米格-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,前蘇聯著名試飛員費多托夫首次駕機升空。同年9月9日第二架原型機(截擊型)E-155P-1開始試飛。隨后第三架原型機(偵察型)E-155R-3也參加試飛。三架原型機各裝兩臺R-15B-300發(fā)動機,并在1965~1977年間,以E-266代號創(chuàng)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前蘇聯航空節(jié)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于前機身,為此,取消了頭部雷達和武器。1969年和1970年R型和P型先后通過國家驗收并投產。后來分別于1972年5月和12月交付部隊使用。1971年改型偵察機米格-25RB試飛并投產,所有的R型后來均按其改裝。1976年11月至1978年,設計局完成對改型米格-25PD設計、制造、試飛并投產。在隨后兩年內對部隊服役的全部P型飛機按PD型進行了改裝。到1984年,米格-25停產 。

氣動布局

米格-25的氣動布局與以前的米格飛機的傳統(tǒng)風格有較大差別,采用中等后掠上單翼、兩側進氣、雙發(fā)、雙垂尾布局,這是該設計局與前蘇聯中央空氣流體動力學研究院共同的研究成果。

機翼的后掠角為42°,下反角 5°,相對厚度 4%,展弦比 3.2,翼面積 61.9 米2。翼面積滿足在 20,000 米高空作巡航飛行的要求,而小展弦比和中等后掠角則為了保證機翼的剛度。原型機的機翼原來無下反,試飛后發(fā)現機翼有嚴重上反效應,遂改用 5° 下反角。由于布局方案的尾臂很短,為保證航向穩(wěn)定性采用雙垂尾和尾部腹鰭。經過試飛多次修改后,加大了垂尾面積,減小了腹鰭,克服了原尾腹鰭過大對著陸的不利影響。

米格25的進氣道巨大,該戰(zhàn)機的發(fā)動機大部分材料也為不銹鋼

飛機采用矩形二元進氣道,用水平調節(jié)斜板進行調節(jié)。這是米格式飛機首次采用兩側進氣布局,但尚未解決在土質跑道上起降時外物進入的問題。

高溫措施

高溫是米格-25 研制中面臨的一個挑戰(zhàn),最大飛行速度下飛機表面駐點溫度高達 300℃以上,鋁合金只能承受 140℃,必須選用新材料和新工藝。當時鈦合金的開發(fā)和應用尚處初期。而且蘇聯在這方面還落后于美國。米高揚設計局選用了不銹鋼(VNS-2、-4、-5,占機體結構重量的80%)和焊接工藝來制造機體的主要結構。當然使用鋼也有缺點,那就是重量大,造成米格-25 空重就達到了 15 噸。

發(fā)動機在某些工作狀態(tài)下,個別部件的溫度超過 1,000℃,為防止熱傳入飛機內部,發(fā)動機艙用鍍銀的防熱隔板包住。鍍層厚 30 微米,鍍層吸熱系數為 0.03~0.05,每架飛機耗銀 5 千克,所吸的 5%的熱量又借助于玻璃纖維隔熱毯防止傳給機身油箱。

駕駛艙和設備艙采用通風冷卻。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(huán)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(tǒng)的設計功率為 18~24 千瓦。從發(fā)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(tǒng)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(fā)水-甲醇混合液)后,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℃。

動力裝置

發(fā)動機選型是米高揚設計局面臨的另一個挑戰(zhàn)。當時,第一代渦扇發(fā)動機的研制剛剛起步,在已有的加力式渦噴發(fā)動機中也選不出合適的型號,從頭研制勢必延遲飛機研制進度。于是決定以當時為高空無人駕駛飛機研制的低增壓比試驗型渦噴發(fā)動機 15K 為基礎,由米庫林/圖曼斯基設計局按米格-25 的設計要求進行改進。據負責發(fā)動機改型的型號總設計師費·烏-蘇霍夫稱,改型設計的工作量很大,為增大喘振裕度修改了壓氣機;為適應高空工作重新設計了燃燒室;渦輪前溫度提高了 50℃;消除了加力燃燒室的燃燒振動;采用了三種工作狀態(tài)的可調噴口。改型發(fā)動機實際上只保留了原來的機匣,編號為 R-15-300。

上圖為米格-25碩大的發(fā)動機噴口

生產型 R-15B-300 系采用 5 級壓氣機和 1 級渦輪的加力渦噴發(fā)動機,增壓比為 7,最大推力 86.24 千牛,加力推力 109.76 千牛。發(fā)動機原采用液壓機械推力調節(jié)系統(tǒng),但 E-150/-152試飛發(fā)現,在飛機急劇爬升時該系統(tǒng)表現出明顯慣性,在由小油門(150 公斤/小時)迅速增加到大油門(15,000 公斤/小時)時不能保證充分供油。于是通過 1963~1964 年在圖-16LL 發(fā)動機試飛臺上試飛之后,改用了 RRD-15B 綜合多功能電調系統(tǒng),它能自動監(jiān)測 6 個參數,十分可靠。

為改進米格-25 的低空截擊能力,曾試制過改型 R-15BF-2-300,加力推力提高到 132.3 千牛,井曾裝在 E-155M(又稱 E-266M)驗證機上試飛,但未能投產。據稱原因是 D-30F 加力渦扇發(fā)動機將其取代,改型飛機最后也演變?yōu)槊赘?31。

主要武器

米格-25的主要武器是專門為其配套研發(fā)的 R-40 中距空對空導彈,該導彈由馬圖斯·比斯諾瓦特領導的第 4 試驗設計局于 1962 年二月開始研制,于 1969 年研制成功并投入批量生產,1970 年開始裝備米格-25P,該導彈為前蘇聯第二代遠程空對空導彈,其體積碩大,是當時世界上最大的空對空導彈之一,整體氣動布局與之前的 R-8/98 十分類似,但其重量達到了近半噸之巨,彈體長達 5.98 米(改進型更是長達 6.2 米),該彈采用鴨式布局,四對氣動面呈 X-X 形布置,主氣動面面積十分巨大,從導彈中部靠前的位置開始一直延伸到導彈尾部,翼展達到了 1.45 米,這樣的氣動布局加上細長的彈體外型,為其提供了良好的高速方向穩(wěn)定性,從而使得 R-40 成為了一枚非常適宜進行高速攔射的中距空空導彈,但囿于巨大的體積和過剩的方向穩(wěn)定性,R-40 在攻擊高機動性目標時,其效能較差。

R-40 導彈有兩種不同的制導模式(紅外和半主動雷達制導),通過在地面更換導引頭的方式實施切換,其中,半主動雷達制導的型號被稱作 R-40R,該彈采用中繼指令遙控制導和末端半主動雷達尋的制導相結合的復合制導模式,這使得米格-25 可以在雷達獲取目標方位之后即發(fā)射導彈進行攻擊,在導彈飛行過程中利用雷達對目標方位變化的監(jiān)測對導彈實施遙控制導,并在制導的同時繼續(xù)對目標實施迫近,待到飛機與目標距離進入彈載半主動雷達尋的裝置作用范圍內時再實施燒穿制導,從而使得導彈的有效射程成功突破了彈載半主動雷達尋的裝置作用距離的限制,使得米格-25擁有了真正意義上的超視距攔射能力。在米格-25P 的時代,由于雷達性能的限制,R-40R 的有效射擊距離只有40公里左右,而在米格-25PD 服役以后,R-40R 在更換了導引頭之后,其有效射程幾乎翻了一倍,達到了 75 公里,其作戰(zhàn)效能有了很大的提高。

R-40 的被動紅外末制導型號被稱作 R-40T,其與 R-40R 一樣采用了無線電指令的中繼制導模式,但由于 60 年代紅外制導技術的限制,R-40T 的紅外制導裝置只能導引導彈對目標紅外特征較為明顯的尾部發(fā)起有效打擊,只有在打擊如黑鳥這種氣動加熱十分明顯的高速目標時,R-40T 才能進行有效的迎頭攔射,同時,由于紅外制導裝置的作用范圍有限,使得 R-40T 的射程只有 R-40R 的一半左右(基本型射程 20 公里,改進型 50 公里)。

航電系統(tǒng)

米格-25P 的雷達可以說是"好事多磨",這種被稱為"旋風"A 的大型火控雷達與前蘇聯同期裝備另外兩種截擊機使用相同的核心處理設備,但由于各自頭部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,由于前蘇聯相對落后的電子工業(yè)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 公里。究其原因,還是出在其落后的基本結構上,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于真空管雷達的波束控制能力低下,導致雷達只能以單脈沖體制進行簡單的對空搜索,而當捕獲目標以后,該雷達只能以單目標跟蹤模式對目標鎖定并導引機載導彈發(fā)起攻擊,憑借著巨大的體積,旋風 A 雷達擁有了 120° 的水平扇面的搜索范圍,12° 的俯仰搜索范圍,并具有自動搜索/跟蹤的能力,整個雷達系統(tǒng)可以直接通過經過升級的空氣自動化截擊系統(tǒng)與地面指揮站進行作戰(zhàn)信息的交互。

上圖細長的機頭部分就是搭載雷達的地方

米格25的雷達非常簡單粗暴,這就有一個先天的優(yōu)勢,超強的抗干擾能力。真空管雷達的一大特色就是自身很大的噪音率,信噪比很低,如果敵方釋放干擾,這臺雷達會將干擾信號當做雜波過濾掉。由于真空管對熱不敏感,反而很適合在高速飛行時使用,不用過多考慮熱量,簡化設計和制造流程。還沒有完,真空管雷達還有一個能力,那就是對EMP沒那么敏感,所以比較合適核戰(zhàn)爭。

總結評價

米格-25戰(zhàn)斗機是標準的冷戰(zhàn)產物,它是能夠代表前蘇聯的戰(zhàn)機之一,它誕生后出色的性能導致不僅空軍在用它,防空軍也在用它。不僅前蘇聯自己用它,很多國家也在用它,它不僅在一段時間內捍衛(wèi)了自己國家的領空,也為自己的國家賺來了大筆的外匯。米格-25誕生時前蘇聯落后美國頗多,在這種情況下堪稱鬼才的前蘇聯設計師們用一堆二流甚至三流的零件拼湊出了一架一流的截擊機,并且在西方國家造成了恐慌,不得不說這是一種奇跡,也代表了前蘇聯的一種不服輸的精神。

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