另一种神奇的存在:苏联军工材料应用艺术之美


提起苏联和继承者俄罗斯,很多人戏称“战斗种族”、“毛子”、“毛熊”。它的工业品也常被很多人看作粗线条或者“傻大黑”,还是精致的德国货、美国货更入“法眼”。诚然,苏联的工业品制造和设计思路迥异于德国、美国,但可以说是另一种美。

比如在苏联的支柱产业军工上,有这样一些例子:或许在新材料及其制备加工上与欧美有差距,但得益于鬼才般的设计,一样性能卓越。

米格-25

mig25

这是一款极其特别的飞机,甚至可以说是一朵奇葩,它就是前苏联米高扬设计局设计的米格-25。

这是一种高空高速的截击机,最开始是专门为了针对美国的“黑鸟”高空高速侦察机而制。研制成功后,它的高空高速性能甚为耀眼:最大飞行速度达3马赫(一说3.2马赫),可在24000米高度2.8马赫持续飞行。是世界上唯二的超过闯过“热障”(2.5马赫)的,有人驾驶,正式交付的飞机(另一种是黑鸟)。

要说3马赫有什么稀奇的?航天飞机分分钟教你如何做机!

其实难度还是非常大的!超过2.5马赫的飞机,都要面临一个问题——“热障”。所谓热障,是高速飞行的飞机与空气摩擦,导致机体外表温度迅速上升。超过2.5马赫之后,飞机表面温度将超过200度,超过3马赫则达到300度。

美国黑鸟侦察机在3马赫速度下的机体表面温度

要说300度也不是什么高温,耐得了这个温度的比比皆是。但对于飞机表面所使用的铝合金来说,这就是致命温度。即使是高强度的铝合金,熔点也不过500度。超过300度的高温,铝合金的硬度会急剧下降,无法作为结构件,更何况还有高速带来的压强。

要用什么材料来解决这个问题?当时两个超级大国交出了迥异的答案。

财大气粗的美国佬用的是钛合金。从性能上看,钛合金的耐高温性要比铝高出几个段位,其它性能也非常优越,自然是没问题的。(其实也有问题,全钛飞机只是看起来很美)

不过,钛合金的加工工艺难度系数很高,即使是今天也没什么太好的办法。而且它还有个毛病——贵。苏联在钛合金加工上略差,即使它的钛矿藏丰富,而且没有那么财大气粗。(不过,要说苏联造不出全钛飞机也不能这么绝对。后来也研制了T-4大量使用钛合金的飞机,不过如果采用钛合金,米格25可能要晚出来好几年,造价太昂贵,不符合苏联的风格)

铝合金用不了,钛合金做不到,该用什么材料为好?苏联设计师们想到用不锈钢。

用不锈钢作为机体材料,长期以来是米格25的秘密。欧美一直以为米格25也用的是钛合金,直到一名苏联飞行员架机叛逃,才恍然大悟。

为什么欧美没有想到用不锈钢?

不锈钢耐300度温度自然不在话下,不过它实在太重了。钢的密度为 7.9 吨/立方米,几乎是铝合金(2.7 吨/立方米)的三倍,钛合金(4.5 吨/立方米)的一倍多。

因此,钢作为大规模机身材料的时间很短。早在战斗机诞生的早期,飞机机身就抛弃钢材投向铝合金怀抱。

米格25的机翼除了前缘部分为钛合金外,机翼主体结构均使用镍基不锈钢材料,采用全焊接成型的复杂钢结构。机翼的内部结构和型材也大都使用镍基不锈钢板材。

为了尽可能减重,米格25机身做得比较薄,即使是这样,它仍然有空重达到了 19.6 吨。夸张一点地说,米格25就是一坨能以3马赫飞行的不锈钢。

重是重了点,而且从造型来看,确实太丑了点,比起美国黑鸟那差得不是一星半点。不过,苏联人不在乎这个。

sr71

黑鸟造型之犀利,你很难想象这是50年前的古董

不同于美国黑鸟,米格25是成本、性能和使用平衡的产物,不仅在飞行速度和飞行高度上不逞多让,在成本、使用上更是甩前者几条街。

钛飞机自然要比钢飞机贵很多,所以黑鸟一直没有量产。而米格25则成为一款大规模使用的飞机,总产量数以千计,不但苏联装备,还外销他国。

不只是造价高,黑鸟的维护保养还非常繁杂、高昂,无法承担高强度作业。而米格25可以直接停在外面承受风吹雨打,不但高强度使用不在话下,维护保养难度也非常低。

由于未能解决材料受热膨胀导致燃料泄露,黑鸟需要采用高燃点的燃料,而且往往需要在升空后,经过空中加油。这在米格25来说也没这回事。

虽然众多黑滚球体育 傍身,黑鸟自服役起也确实做到了来去自如未被击落,(虽然米格25设计之初就是为了拦截黑鸟,不过性能上确实差一些,拦截并不成功),但高大上的黑鸟但却有很大比例因为故障而坠毁。

az_mig-25r_4_l

虽然,米格25没有黑鸟那样可以在3马赫下长期飞行,也因为太重作战半径比较窄,中低空机动性较差。但它同样可以攀爬到与黑鸟同等水平的高度,而且同样可以借助高空高速来去自如完成侦察任务。

苏联设计师们合理解决问题的主要矛盾和次要矛盾,合理利用现有的材料和技术,最终打造出一款可以出色完成截击和侦察任务的飞机。

三明治坦克装甲

T-64А

说起苏联的坦克,经常流传着它与德国坦克对比的说法。二战时期,德国的虎式、豹式、虎王坦克制作精良、性能卓越,但仍然被性能不如的苏联坦克消灭。究其原因,德国坦克成本太高、工艺复杂、生产工时太长,而苏联的T-34坦克性能略逊,但成本较低、工时短,操作也简单。拖拉机厂改造之后就能生产,工人直接就可以开上战场。这种说法也曾侧面印证了苏联军工对性能、使用、成本均衡的追求。

不过,二战之后的苏联坦克,同样在材料和工艺等整体工业水平并不占优的情况下,创造性地使用“三明治”装甲结构,在坦克装甲上独领风骚。

从坦克诞生到二战结束,世界上的坦克大多采用均质钢装甲。但在20世纪50年代,聚能装药破甲弹的诞生和大规模应用,均质钢装甲走到了尽头。装备了聚能装药战斗部的反坦克导弹和火箭筒的破甲能力达到了300毫米。如此一来,单纯依靠增加均质钢的厚度,已经无法抵抗反坦克武器,因为过厚的装甲,会让坦克太重失去战斗力。

在严峻的形势下,苏联钢铁研究院着手研发新型的装甲,打造出一种“钢+夹层材料+钢”的“三明治”装甲结构。这种新型复合装甲,比西方复合装甲足足早了十来年。

三明治的核心是夹层材料。他们找到玻璃纤维。玻璃纤维强度高、密度低、耐高温,同时具有冲击韧性高、热稳定性好、耐腐蚀等优点,而且价格低廉。

因此,苏联T-64A坦克车体首上装甲就采用了80毫米的高硬度合金钢+105毫米的硅化石英玻璃纤维+10毫米的含铅内衬+20毫米的高硬度合金钢。并且通过实验发现,复合装甲的倾斜角度和复合夹层的密度对装甲防护能力有很大影响。最后,他们将装甲以22度大角度铺设,以达到最佳防御效果。

装备这种复合装甲的T-64A对穿甲弹、破甲弹、碎甲弹都有很好的防护,T-64A对抗高速动能弹和破甲弹的能力可达410毫米和500毫米。

借助这种先进的复合装甲理念,使得T-64A可以摒弃厚重的均质钢装甲。36.5吨的重量与中型坦克相当,却具有重型坦克的火力和防护能力,从而消除了中型坦克和重型坦克的界限,一种新的坦克类型——主战坦克划分诞生。

而后,苏联在改进型的T-64B坦克使用了从外到内是高硬度合金钢+氧化铝陶瓷球+含铅的纤维板+高硬度合金钢。依靠陶瓷和纤维空隙阻隔挤压,这种复合装甲只需200毫米以78度斜角布置,就可以达到穿甲弹450毫米、破甲弹600毫米的防御能力。这种防护能力足以对付当时世界上所有的反坦克武器,西方坦克在这一点上难以望其项背。

结语:虽然苏联曾是唯二的超级大国,但总体的工业水平不如美国。但是,苏联在自己的支柱产业军工业上走出自己的风格。他们擅长利用现有成熟材料和工艺,利用优秀的工程能力,在设计上分清主要矛盾次要矛盾,不盲目追求高大上,打造出在性能出众、成本低廉、使用简单的产品。这一点,值得我们学习。

参考资料

施征, 林楠. 俄罗斯主战坦克复合装甲解读[J]. 国外坦克, 2007(10):12-17.

郭正祥. 世界首型三代坦克问世——苏联T-64主战坦克研制渊源[J]. 国外坦克, 2006(9).

尚智. 断剑摧枪 坦克装甲的前世今生[J]. 海陆空天惯性世界, 2010(2):40-54.

欧洲足球赛事 编辑整理。

分享到