飞行的板砖——米格25发展史

提起截击机,最早出现在第二次世界大战中,当时为了拦截经常在夜间入侵的轰炸机群,盟军研制出了一种搭载截击雷达的战斗机,这种战斗机就是后来的截击机。随着冷战和核武时代的来临,这一机型的地位也随之水涨船高,截击机之所以被美国和前苏联重视是因为在核武时代初期,核弹的使用方法还只有由飞机投掷这一种,为了提高投掷的成功率,高空超音速轰炸机应运而生,由于当时各国普遍缺乏高空防空能力,为了弥补没有对高空超音速轰炸机拦截能力的短板,各国便将目光转到了截击机身上,穷兵黩武的前苏联在冷战时期研制出了一批先进的截击机,其中一款就是米格-25"狐蝠"截击机,这款截击机是世界上第一款最大飞行速度超过3马赫的战斗机。
米高扬米格-25(俄文:Микоян МиГ-25 ,英文:Mikoyan MiG-25 ,北约代号:Foxbat,译文:狐蝠)是20世纪60年代末期前苏联米高扬设计局研制的高空高速截击战斗机。该机 原型机于1964年首次试飞,1969年开始装备部队。米格-25大量采用了不锈钢结构,在设计上强调高空高速性能,曾打破多项飞行速度和飞行高度世界纪录,是世界上闯过"热障"(M2.5)仅有的三种有人驾驶飞机之一(另两种是美国的SR-71和俄罗斯的米格-31)。米格-25战斗机总产量约1200架左右,其中60%是侦察型,30%是截击型,10%是双座教练型。除在前苏联空军中服役外,在冷战时期曾出口过叙利亚、伊拉克、印度等国家,仍活跃在这些国家的空军 。

米格-25于20世纪50年代末开始设计,它的研制主要是为了对付美国的研发中的XB-70"瓦尔基里"轰炸机与A-12/SR-71"黑鸟"高空高速侦察机,这种侦察机的最高速度同样达到3马赫,普通的截击机根本无法追上,只有米格-25可以轻松的尾随在SR-71的后面随时监视其航向。1961年,米格-25原型机在试验中创造了在22670米的升限以3000千米/小时飞行的世界纪录,当时世界上任何一架飞机都无法达到这一性能。
发展历程
据米高扬设计局的型号副总设计师列.格.申格拉娅透露,米格-25战斗机 格-25的预研工作是在1958和1959年进行的。当时美国空军正开展M=3的战斗机F-108和轰炸机B-70的研制。1960年,用米格-21改装的发动机试飞验证机E-150,对米格-25的动力装置R-15-300加力涡喷发动机开始试飞。次年4月第二架验证机E-152上天。随后装生产型发动机R-15B-300的第3架验证机E-152M试飞。 1961年3月10日,米高扬签署研制米格-25原型机E-155的指令。1962年侦察机全尺寸样机审定委员会开审定会。1963年12月米格-25的第一架原型机(侦察型)E-155R-1出厂,1964年3月6日,前苏联著名试飞员费多托夫首次驾机升空。同年9月9日第二架原型机(截击型)E-155P-1开始试飞。随后第三架原型机(侦察型)E-155R-3也参加试飞。三架原型机各装两台R-15B-300发动机,并在1965~1977年间,以E-266代号创造过8项飞行速度,9项飞行高度和6项爬升时间的世界纪录。
1967年7月,在莫斯科土希诺机场举行的前苏联航空节检阅中,4架米格-25预生产型首次作公开飞行表演。1968年,米格-25的教练型开始试飞。为简化设计,教练员舱设在原驾驶舱之前,以便将设计修改局限于前机身,为此,取消了头部雷达和武器。1969年和1970年R型和P型先后通过国家验收并投产。后来分别于1972年5月和12月交付部队使用。1971年改型侦察机米格-25RB试飞并投产,所有的R型后来均按其改装。1976年11月至1978年,设计局完成对改型米格-25PD设计、制造、试飞并投产。在随后两年内对部队服役的全部P型飞机按PD型进行了改装。到1984年,米格-25停产 。
气动布局
米格-25的气动布局与以前的米格飞机的传统风格有较大差别,采用中等后掠上单翼、两侧进气、双发、双垂尾布局,这是该设计局与前苏联中央空气流体动力学研究院共同的研究成果。
机翼的后掠角为42°,下反角 5°,相对厚度 4%,展弦比 3.2,翼面积 61.9 米2。翼面积满足在 20,000 米高空作巡航飞行的要求,而小展弦比和中等后掠角则为了保证机翼的刚度。原型机的机翼原来无下反,试飞后发现机翼有严重上反效应,遂改用 5° 下反角。由于布局方案的尾臂很短,为保证航向稳定性采用双垂尾和尾部腹鳍。经过试飞多次修改后,加大了垂尾面积,减小了腹鳍,克服了原尾腹鳍过大对着陆的不利影响。

飞机采用矩形二元进气道,用水平调节斜板进行调节。这是米格式飞机首次采用两侧进气布局,但尚未解决在土质跑道上起降时外物进入的问题。
高温措施
高温是米格-25 研制中面临的一个挑战,最大飞行速度下飞机表面驻点温度高达 300℃以上,铝合金只能承受 140℃,必须选用新材料和新工艺。当时钛合金的开发和应用尚处初期。而且苏联在这方面还落后于美国。米高扬设计局选用了不锈钢(VNS-2、-4、-5,占机体结构重量的80%)和焊接工艺来制造机体的主要结构。当然使用钢也有缺点,那就是重量大,造成米格-25 空重就达到了 15 吨。
发动机在某些工作状态下,个别部件的温度超过 1,000℃,为防止热传入飞机内部,发动机舱用镀银的防热隔板包住。镀层厚 30 微米,镀层吸热系数为 0.03~0.05,每架飞机耗银 5 千克,所吸的 5%的热量又借助于玻璃纤维隔热毯防止传给机身油箱。
驾驶舱和设备舱采用通风冷却。飞行员借专用的空气喷头提供的冷却空气降温,风挡由导流环喷出的空气冷却。虽然舱内温度仍较高,但飞行员认为可以接受,只是必须带手套才能工作。冷却系统的设计功率为 18~24 千瓦。从发动机压气机引出的 700℃的空气,通过进气道内的空气-空气热交换器、燃油系统的热交换器(用耐高温燃油 T-6 作热沉)和空气-蒸气热交换器(蒸发水-甲醇混合液)后,至设备舱入口处时温度已降为 -20℃,从而使舱内工作温度保持在 50~70℃。
动力装置
发动机选型是米高扬设计局面临的另一个挑战。当时,第一代涡扇发动机的研制刚刚起步,在已有的加力式涡喷发动机中也选不出合适的型号,从头研制势必延迟飞机研制进度。于是决定以当时为高空无人驾驶飞机研制的低增压比试验型涡喷发动机 15K 为基础,由米库林/图曼斯基设计局按米格-25 的设计要求进行改进。据负责发动机改型的型号总设计师费·乌-苏霍夫称,改型设计的工作量很大,为增大喘振裕度修改了压气机;为适应高空工作重新设计了燃烧室;涡轮前温度提高了 50℃;消除了加力燃烧室的燃烧振动;采用了三种工作状态的可调喷口。改型发动机实际上只保留了原来的机匣,编号为 R-15-300。

生产型 R-15B-300 系采用 5 级压气机和 1 级涡轮的加力涡喷发动机,增压比为 7,最大推力 86.24 千牛,加力推力 109.76 千牛。发动机原采用液压机械推力调节系统,但 E-150/-152试飞发现,在飞机急剧爬升时该系统表现出明显惯性,在由小油门(150 公斤/小时)迅速增加到大油门(15,000 公斤/小时)时不能保证充分供油。于是通过 1963~1964 年在图-16LL 发动机试飞台上试飞之后,改用了 RRD-15B 综合多功能电调系统,它能自动监测 6 个参数,十分可靠。
为改进米格-25 的低空截击能力,曾试制过改型 R-15BF-2-300,加力推力提高到 132.3 千牛,井曾装在 E-155M(又称 E-266M)验证机上试飞,但未能投产。据称原因是 D-30F 加力涡扇发动机将其取代,改型飞机最后也演变为米格-31。
主要武器
米格-25的主要武器是专门为其配套研发的 R-40 中距空对空导弹,该导弹由马图斯·比斯诺瓦特领导的第 4 试验设计局于 1962 年二月开始研制,于 1969 年研制成功并投入批量生产,1970 年开始装备米格-25P,该导弹为前苏联第二代远程空对空导弹,其体积硕大,是当时世界上最大的空对空导弹之一,整体气动布局与之前的 R-8/98 十分类似,但其重量达到了近半吨之巨,弹体长达 5.98 米(改进型更是长达 6.2 米),该弹采用鸭式布局,四对气动面呈 X-X 形布置,主气动面面积十分巨大,从导弹中部靠前的位置开始一直延伸到导弹尾部,翼展达到了 1.45 米,这样的气动布局加上细长的弹体外型,为其提供了良好的高速方向稳定性,从而使得 R-40 成为了一枚非常适宜进行高速拦射的中距空空导弹,但囿于巨大的体积和过剩的方向稳定性,R-40 在攻击高机动性目标时,其效能较差。

R-40 导弹有两种不同的制导模式(红外和半主动雷达制导),通过在地面更换导引头的方式实施切换,其中,半主动雷达制导的型号被称作 R-40R,该弹采用中继指令遥控制导和末端半主动雷达寻的制导相结合的复合制导模式,这使得米格-25 可以在雷达获取目标方位之后即发射导弹进行攻击,在导弹飞行过程中利用雷达对目标方位变化的监测对导弹实施遥控制导,并在制导的同时继续对目标实施迫近,待到飞机与目标距离进入弹载半主动雷达寻的装置作用范围内时再实施烧穿制导,从而使得导弹的有效射程成功突破了弹载半主动雷达寻的装置作用距离的限制,使得米格-25拥有了真正意义上的超视距拦射能力。在米格-25P 的时代,由于雷达性能的限制,R-40R 的有效射击距离只有40公里左右,而在米格-25PD 服役以后,R-40R 在更换了导引头之后,其有效射程几乎翻了一倍,达到了 75 公里,其作战效能有了很大的提高。
R-40 的被动红外末制导型号被称作 R-40T,其与 R-40R 一样采用了无线电指令的中继制导模式,但由于 60 年代红外制导技术的限制,R-40T 的红外制导装置只能导引导弹对目标红外特征较为明显的尾部发起有效打击,只有在打击如黑鸟这种气动加热十分明显的高速目标时,R-40T 才能进行有效的迎头拦射,同时,由于红外制导装置的作用范围有限,使得 R-40T 的射程只有 R-40R 的一半左右(基本型射程 20 公里,改进型 50 公里)。
航电系统
米格-25P 的雷达可以说是"好事多磨",这种被称为"旋风"A 的大型火控雷达与前苏联同期装备另外两种截击机使用相同的核心处理设备,但由于各自头部空间的不同而使用了不同的天线,其中米格-25P 使用的是天线孔径最大的型号,其雷达本体重量达到半吨,使用的倒置卡塞格伦天线孔径超过 1 米,堪称当时机载雷达中的"巨无霸",然而,由于前苏联相对落后的电子工业水平,旋风 A 雷达虽然有着硕大的体积,但其功能却十分的单一,几乎可以用简陋来形容,其扫描线基本与机身轴线重合,完全不具备下视-下射能力,以其超过一米的超大雷达孔径,对典型轰炸机目标的探测距离却只有 100 公里。究其原因,还是出在其落后的基本结构上,旋风 A 雷达的基本电子元件以巨大的真空管为主,虽然其标称峰值功率高达 600 千瓦,但绝大部分以热量的形式散失掉了,其功率利用率很低而且由于真空管雷达的波束控制能力低下,导致雷达只能以单脉冲体制进行简单的对空搜索,而当捕获目标以后,该雷达只能以单目标跟踪模式对目标锁定并导引机载导弹发起攻击,凭借着巨大的体积,旋风 A 雷达拥有了 120° 的水平扇面的搜索范围,12° 的俯仰搜索范围,并具有自动搜索/跟踪的能力,整个雷达系统可以直接通过经过升级的空气自动化截击系统与地面指挥站进行作战信息的交互。

米格25的雷达非常简单粗暴,这就有一个先天的优势,超强的抗干扰能力。真空管雷达的一大特色就是自身很大的噪音率,信噪比很低,如果敌方释放干扰,这台雷达会将干扰信号当做杂波过滤掉。由于真空管对热不敏感,反而很适合在高速飞行时使用,不用过多考虑热量,简化设计和制造流程。还没有完,真空管雷达还有一个能力,那就是对EMP没那么敏感,所以比较合适核战争。
总结评价
米格-25战斗机是标准的冷战产物,它是能够代表前苏联的战机之一,它诞生后出色的性能导致不仅空军在用它,防空军也在用它。不仅前苏联自己用它,很多国家也在用它,它不仅在一段时间内捍卫了自己国家的领空,也为自己的国家赚来了大笔的外汇。米格-25诞生时前苏联落后美国颇多,在这种情况下堪称鬼才的前苏联设计师们用一堆二流甚至三流的零件拼凑出了一架一流的截击机,并且在西方国家造成了恐慌,不得不说这是一种奇迹,也代表了前苏联的一种不服输的精神。