蘇57因沒錢而短命:鈦合金僅占結構18%,比F15都低一半!
蘇57材料比例
根據最近流傳的俄方資料,在蘇57的結構製造材料中,比例分別是18%鈦合金、40-44%鋁合金、22-26%複合材料,10%鋼鐵,4%其他——通常來說,這包括橡膠、表面塗料等。
在衡量戰機材料先進性的時候,鈦合金和複合材料比例的高低通常被作為一個直觀的衡量指標——用的越多,就代表這個飛機越捨得下本,越是肯追求高性能。
觀察蘇57的材料比例選取,結合蘇俄戰鬥機的發展歷史看,顯然很符合俄羅斯在蘇57開發項目中的價值取向:成本控制優先。
戰鬥機材料中,鋼鐵最沉重,但是能提供最大的絕對強度、以及比鈦合金更高的耐高溫能力;因此在起落架等一些關鍵部件上,鋼材依舊是不可取代的材料。而鋁合金則重量輕巧,強度能滿足大多數機體結構要求,因此適合作為主體材料。
米格25
對於經典的金屬結構戰機來說,鋼鋁結構可以在最低廉的設計製造成本下,提供不錯的整體性能。鈦合金則介於兩者之間,雖然比鋁重,但比鋼要輕得多,但是又比鋁強度更高、耐高溫得多、佔用更小的體積;因此在結構設計中使用鈦合金,能有效避免一些超出鋁合金受不了、結果只能用鋼材替代的尷尬情況。
最典型的例子就是SR-71與米格25。由於鋁合金在高溫下強度性能衰減非常厲害,因此通常認為,需要持續2.5倍以上飛行、機身結構會由於長時間與空氣高速摩擦的高速飛機,機身外表溫度會超出鋁合金的承受極限。
sr71
蘇聯人用鋼材製造了米格25的主結構,更便宜、難度更低,但是飛機也更重,飛行性能更低。而SR-71的鈦合金則相反,輕巧,但是技術難度非常大,而且造價異常昂貴。因為鈦合金的冶煉和加工難度很大,因此鈦合金結構件的設計製造成本相當高昂,這一點到現在都沒什麼改變。
這使得鈦合金的應用有很強的邊際效應色彩——投入高,但能帶來的絕對收益(減重、減小內部結構空間佔用)不算高;因此只有在對性能要求非常高、每一份性能改善都值得花大錢的情況下,才會出現特別高比例的鈦合金採用。
F22
美國在F22開發時,總體結構規劃中就認為,在滿足基本性能需求的前提下,對於兩倍聲速飛行的戰機,鈦合金比例25%成本最低,鈦合金比例45%才能做到重量最輕——但無論是是YF22的24%還是量產型F22的41%,都沒有達到重量最輕的要求,這同樣是向成本妥協。
蘇57的鈦合金比例只有18%,和蘇27大致相當,大大低於F15的26%和F22的41%——不要說和F22比,就是和F15比,都要低了近一半。這說明蘇57的結構製造成本被控制的相當嚴格。
蘇57
而正如筆者之前多次強調過的,蘇57為了繼承蘇27的發動機吊艙式升力體布局,中機身厚度嚴重不足,而又被嚴重破壞整體結構剛度和強度的大開口設計貫穿始終,其結構布局形式本身就是非常不理想的。
這種大開口區域,本身就是戰機鈦合金補強的重點範圍。而僅有18%的比例,則斷絕了蘇57通過材料性能彌補結構布局缺陷的最後一絲可能。
從這一點上說,俄國家科學中心弗拉基米爾·尼基丁表示,俄可能基於蘇-35研製的新型重型艦載戰鬥機便絲毫不奇怪了:蘇57作為陸基戰鬥機,結構強度都存在巨大的潛在風險,上艦更是毫不現實。


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