11.22 B-2的發展設計歷史,其實就是馴服空中野馬的過程

很多人覺得B-2“幽靈”隱身轟炸機是一個外星人的科技,以地球人的科技水平是根本造不出來的。從玄幻的角度可以這樣想這個問題,但是如果實事求是的說,在二戰就已經有了飛機佈局的概念。

當然,由於二戰期間對雷達的認識不足,飛翼佈局從根本上也並不是為了滿足隱身需求而設計的,其主要的設計目的則是為了“增加航程”。

要想弄明白這個問題,就得從二戰德國的科技來刨根問底了。在1943年,德國研製出了第一架可以實用的噴氣式戰鬥機Me 262。

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這架飛機大家應該比較瞭解的是“世界上第一架噴氣戰鬥機”,除此之外大家對這架戰鬥機應該知之甚少。

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這架飛機使用了兩臺容克斯生產的jumo 004噴氣引擎。雖然二戰的科技水平和現在不可同日而語,但這兩臺引擎已經具備了現代噴射引擎的所有主要特徵。現代噴射發動機的主要特性之一其實就是油耗大了。雖然以現在的眼光來看jumo 004發動機只有8.8千牛的最大推力,但是它的耗油量依然是巨大無比的,燃料消耗率直接達到了1.39 N/(N·hr)。

1.39N/N·hr的具體數值很多人是沒有概念的,實際上是指發動機產生一牛的推力一小時要消耗多重的燃油。作為對比,我們可以看一下F-15所使用的F100發動機,F100發動機在不開後燃器的狀態下推力為79千牛,幾乎是Jumo 004 發動機的9倍,而F100的耗油量僅僅為7.7 N/(N·h)也僅僅是Jumo 004的5.57倍。

這樣比較一下不難發現早期的ME262 是一架相當耗費燃料的飛機。雖然在ME262的標柱最大航程為1080公里,但基本上這架重量只有3.8噸重的戰機則需要載重至少兩噸半的燃油才能飛行1080公里。

對於相對比較小型的Me262如果希望擴大航程則是完全不可能的事情了。

戰鬥機還好說,對於二戰德國噴射引擎性能的吸引力更大的則是使用噴射引擎的轟炸機上,這樣就可以以最高速度飛向盟軍的城市開始大規模轟炸。

看一下Me262的機身設計我們不難發現,這架飛機內部大部分空間都被油箱所佔據:

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在戰鬥機上還好,畢竟,二戰戰鬥機上並不需要負載機槍之外的武器,而對於轟炸機來說,這樣的設計就完全不能攜帶足夠的炸彈進行轟炸任務了。

於是德國便開始設計了Ho 229。

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從戰機血統的方向來說,Ho229 和Me 262有著相同的血統,而多出來的寬大機翼的設計則是為了給機身中部能夠承載更多炸彈進行的讓路妥協方案。

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從未完成的Ho 229機體結構上我們可以看到這架 飛機的機身中部已經掏空為彈艙。

所以,對於二戰德國來說,飛翼佈局僅僅是為了利用寬大的機翼增加載油量的設計而已,和隱身飛機基本上是不沾邊的。

對於這樣的設計,在德國失敗後,諾斯羅普也有了相當的傳承。

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最初諾斯羅普所推出的XB-35也一樣秉承著二戰德國的思路,利用加大的機翼空間作為大容量的油箱儲存燃油。

XB-35上安裝了四臺普惠的R-4360活塞式引擎。每臺引擎的功率大約有3500馬力。這型引擎也安裝在美軍的C-97運輸機上。這裡就得特別注意的一點就是C-97的航程了。

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在常規佈局的C-97上,四臺R-4360引擎可以驅動C-97達到6920公里的最大航程。

然而在使用飛翼佈局的XB-35上,由於機翼內有更大的載油量,XB-35的最大航程就直接飆升到了13100公里,這就幾乎是C-97的兩倍。

同時,在XB-35(YB-35)的項目研究過程結束後,真正使用噴射引擎的YB-49就正式進入到了原型機研製階段。

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這架飛機如果從上部看起來和B-2的外形就十分接近了,但是要注意的一點是這架飛機依舊不是以隱身為目的研製的轟炸機。而是飛翼佈局向後演進的一個“項目產物”。

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XB-35到YB-49S的演進過程

諾斯羅普有一張比較珍貴的照片,是將XB-35到YB-49S的所有樣機放在一起拍攝出來的,這是“諾記”飛翼佈局的演進路線。再往前則可以放一架B-2了。當然現在還沒有輪到B-2.

如果要從其他角度去看這架YB-49也是可以看到其根本沒有考慮隱身特性的證據:

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8臺發動機分兩組位於飛翼的兩側,同時飛翼的前沿也開出了巨大的進氣道。這樣的設計實際上是完全不考慮雷達隱身的設計。

依舊是依靠寬大的機翼超大容量的載油能力,這架YB-49最出色的性能就是“航程”,達到了16057公里

在YB-49有著16000公里以上的航程表現的狀態下,已經是符合了美軍超遠程轟炸機的航程標準,但這個型號的轟炸機一共只做了三架原型機和幾個未完成的機體就草草的落幕,並沒有真正的投入生產和服役。

其主要的一個原因在於一次YB-49的空難事件。

1948年6月5日,YB-49的第二架原型機墜毀,導致5名參與試飛的機組成員全部死亡。原型機在飛行過程中完全失控,大角度俯衝導致機身結構崩壞、機翼脫落分離。

這件事的最基本原因在於,飛翼佈局實際上是一種“靜態不穩定佈局”在1950年代並沒有任何計算機輔助駕駛的設備,僅僅依靠簡單的電路設計和人力“握緊操縱桿”的方式進行飛機的姿態控制。這樣的結果導致美國空軍認為“飛翼設計是完全不可行的”。

從而美國空軍開始轉向了另外一條發展道路,利用巨大翼展來獲得“額外的”載油空間,並緊貼著常規佈局的路子發展大型轟炸機。這就是我們現在還能看到的老爺轟炸機B-52了。

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從B-52的設計來看,這架翼展超過50米的大型轟炸機依然具了一個超大無比的機翼,相對於機翼來說機身則瘦得只剩下一根杆了。

而從實用角度上來說,B-52其實就是飛翼加上了一個可以充分穩定飛行方向的機身結構。

如果還是不理解這樣的氣動佈局那麼完全可以參考下玩具飛機的設計。

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在此時,機身的作用就只是將氣動控制面“放置”在合理的位置上,水平尾翼和垂直尾翼通過一根杆子放在合適的位置,這時氣動控制對於整體機身的控制是符合槓桿原理的,效率就可以達到最大化。

YB-49的項目也並非一無是處,它額外的讓美軍發現了飛翼佈局的另一個優點——雷達反射截面相對很小。

所以說,飛翼佈局不僅僅是載油量大這麼一個優點,還有一個優點就是——飛翼佈局是天然的隱身飛機佈局。

在美軍的轟炸機計劃中,為了突破蘇聯防控體系在一段時間內嘗試使用了各種不同的腦洞大開的方式。

美國空軍通過了北美洛克威爾公司研製了一型B-1A高空高速轟炸機。

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B-1A

這架飛機很多人如果不注意機徽的話會直接說是Tu-160。但要注意一點,B-1A和Tu-160的差異在於這型飛機是帶有一個小鴨翼的。

當年美國的構想和蘇聯同出一轍,希望利用高空高速的重型轟炸機突破對方防空導彈和戰鬥機的封鎖,進入敵方腹地進行戰略轟炸任務。

但是,由於防空導彈、雷達系統的發展要遠快於轟炸機的發展,因此這條路從本質上已經被堵死。

當然,B-1A行不通後美國還有對B-1B的嘗試,利用低空高速突防的形式進入對方領空。

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在加裝了地形跟蹤雷達後,稍微改進氣動設計的B-1B可以在30-50米的高度以1.6馬赫的速度高速突進到對方領空,由於飛的低,雷達很難在遠距離發現低空入侵的轟炸機。

但過低的飛行高度以及實際上戰場中高低不平的地形很難讓B-1B有合適的飛行環境。因此對於美國來說B-1B實質上也是一個失敗的作品。

這時,美軍就開始考慮隱身飛機了。

現在咱們歸納一下美軍的思考路經

B-52——能夠飛的到對方領空的轟炸機

B-1A——能飛到敵方導彈無法攻擊高度的轟炸機

B-1B——能儘量讓敵人無法察覺到的轟炸機

B-2——隱身轟炸機

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B-2的項目幾乎是被欽點到諾斯羅普,理由也很簡單,目前沒有任何大型飛機的結構能夠像飛翼佈局的飛機擁有巨大航程之外還有很小的雷達截面積。

說是欽點給諾斯羅普其實還是有點誇張的,在B-2的原始計劃ATB(The Advanced Technology Bomber,先進技術轟炸機)中波音,麥道,洛克希德馬丁等公司實際上也是拿出了自己的設計方案。

B-2的發展設計歷史,其實就是馴服空中野馬的過程

洛克希德ATB方案

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麥道ATB方案

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波音 ATB方案

但幾乎無一例外的都是飛翼佈局方案。這當然就是給諾斯羅普送人頭了,畢竟,這家公司在之前已經設計了大量飛翼佈局的大型飛機,技術上更加成熟。

而對於諾斯羅普本質上需要解決的問題也只有一個——如何控制好“飛翼”這種空中的脫韁野馬。好在計算機技術在80年代已經得以突破性發展。對於飛翼佈局的控制是有藉助於計算機輔助控制大環境前提了。

B-2的發展設計歷史,其實就是馴服空中野馬的過程

最終B-2轟炸機在四部飛行控制電腦的協助下可以安全飛行。這些電腦在每秒鐘會掃描B-2的各種飛行傳感器80次,在百分之1.2秒內對飛機的姿態進行修正。

如果說B-2隱形飛機可以飛到天上,“隱形”也並不是一個特別重要的因素,更重要的核心則是“飛”。

同樣藉助於電腦控制遠超過人類機能的響應速度前提下,B-2上各種實際上“不符合”飛行原理的設計才可能得以實施。

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為了隱身的設計需求,B-2的飛翼前緣部分設計上是有一條直線的。這條直線貫穿了整個機翼前緣。如果從空氣動力學角度來說,機翼前緣的切面線條會帶來空氣氣流的紊亂,而紊亂的氣流則直接衝上了駕駛艙和進氣道,這樣就帶來了更大的不確定性。

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這種現象在較低的速度下也會形成機翼整體上部的低壓區。“低壓區”對於戰鬥機來說是一個不可或缺的至寶,但對於大型轟炸機來說則是一個可能帶來墜毀的隱患。

B-2則可以藉助計算機和傳感器在百分之一秒的級別上修正這些低壓區帶來的偏航和滾轉。這樣的設計也就是B-2最終能被設計成隱形飛機的第一保障了。

至於隱身飛機的“塗料”,在B-2上其實還真沒有太多的秘密。

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這是一種聚氨酯和金屬顆粒混合的粘性塗料,當不同頻率的無線電波射入塗料層後,不同大小的金屬顆粒之間的電容作用會隔離無線電波,使之逐漸的轉化為熱能發散掉。

在30年前,這種塗料還是一種神奇的東西,但是現在我們自己其實也能生產出來性能相同的產品。類似於殲-20上面的塗料其實和B-2是一種東西,只不過目前的技術更加先進,塗料的抗剝離特性更強些罷了。

所以,如果我們仔細講B-2隱身飛的設計歷史,那麼我們會發現B-2“隱身”的因素反而是在其次,其更重要的內容是如何利用計算機輔助控制飛行的傳感器和計算技術。畢竟,一隻空中的脫韁野馬如果飛不穩,隱身效果再好也沒有意義。


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