它是世界上造價最高的飛機
它也是當今世界上唯一一種服役的隐身轟炸機
它就是美國空軍的B-2轟炸機
有傳聞這架飛機的研發是借鑒了二戰德國的科技,更甚者有人聲稱其得到了外星科技的幫助,這些說法是真的麼?
很可惜都不是。
那麼B-2到底是怎麼研發出來的,這架飛機都有什麼技術難點?今天就讓我們來一一解析。
(B-2隐身轟炸機)
1
獨特的大蝙蝠
B-2轟炸機采用了獨特的飛翼布局。
使用這種布局的B-2沒有水準尾翼,甚至都沒有垂直尾翼,整個飛機的側面剖面非常扁平。
從機身上方看下去,這架飛機的外形就像一隻巨大的回旋镖,由于B-2的塗裝是純黑色,也有人形象地稱其為“大蝙蝠”。
采用這種布局的主要目的是為了最大程度地增強雷達隐身能力。
要增強雷達隐身能力,就要盡量減少散射源,或将散射出的電磁波集中到一個方向去,使得雷達隻有在特定的角度才能接收到電磁波。
在雷達的照射下,飛機主要有這麼幾種容易被發現的散射源,它們分别是:鏡面散射、邊緣/尖點繞射、腔體散射等等。
鏡面散射主要發生在大面積連續的機體蒙皮上,邊緣繞射主要出現翼面尖銳的前後緣、翼尖棱角等位置,而腔體散射則一般發生在進氣道、發動機尾噴口處。
同時,飛機的垂直尾翼等與主翼不同面的翼面,也容易通過多次鏡面反射産生特殊的二面反射區。
要處理這些散射源,需要做的工作有很多。
(互相平行翼面邊緣)
首先要盡可能地将飛機外表面設計為平面,将鏡面散射産生的回波集中到一個方向,并且避免垂尾與機身、主翼表面垂直布置,或幹脆取消垂尾,消除二面區。
第二,要讓大部分的翼面邊緣互相平行,将邊緣繞射産生的回波集中到,并盡可能減少角度尖銳的翼尖,削弱尖點散射。
第三,要将進氣道設計為S型,避免結構複雜的發動機進氣葉片暴露在雷達波直射下,以此來減少腔體散射。
B-2隐身轟炸機使用的飛翼布局,幾乎能夠完美地做到上面所說的任意一點。
(B-2進氣道布置)
前文提到過,B-2的體型非常扁平。
這架飛機甚至沒有垂尾和平尾,機體、翼面邊緣也被設計為僅有的兩個平行方向,這也就使得B-2對鏡面散射、邊緣繞射的控制非常優秀。
更為獨特的是,B-2除了将進氣道設計為S型外,還将其開口布置在了機背表面。
這樣就能在飛機被地面雷達照射時,使用機體遮擋住進氣口,徹底阻絕腔體散射帶來的被發現的風險。
綜合來說,B-2的隐身設計非常優秀,這麼一個龐然大物在某些角度上的雷達反射面積甚至比戰鬥機還要小。
(B-2的方向舵)
但從另一方面來看,飛翼布局的使用,也給B-2轟炸機的飛行控制帶來了很大麻煩。
由于水準尾翼和垂直尾翼的缺失,B-2隻能通過機翼後緣的方向舵來進行飛行控制。
B-2的方向舵實際上是一組可以開裂的減速闆,當飛機需要做出擡頭動作時,機翼上表面的減速闆就會張開産生向下力矩“撬動”飛機,做低頭動作時則相反。
如果需要進行滾轉,那麼翼面兩側的減速闆隻需要進行差動即可。
不過這種控制方式的效率明顯要嚴重小于正常的平尾和垂尾。
并且由于機翼表面氣流附面層的影響,減速闆的張開角度起碼要超過5°才能發揮飛行控制的作用。
是以在正常巡航飛行中B-2的控制舵面通常都是張開的,隻有在進入高威脅區域時才會合上來增強隐身性能。
同時,沒有垂尾來承擔航向穩定功能的B-2,在進行滾轉與偏航時會缺少回中力矩,進而使得失控風險大大增加。
所有的這些不利因素加在一起,使得B-2的飛行性能較弱,但這種偏科設計,卻換來了極其優秀的隐身性能。
畢竟轟炸機也不需要太強的飛行性能,大部分情況下隻需要平穩的巡航然後投下彈藥即可,一旦遭遇戰鬥機的襲擊,轟炸機無論機動性再好恐怕都難逃一劫。
是以,隻有減少被發現的可能,才能更好地完成打擊任務,這也是B-2設計的指導思想。
但首次使用的飛翼布局,卻也帶來了其他方面的負面影響,比如貴。
2
比等重黃金還貴的B-2
1997年,首批6架B-2轟炸機正式被傳遞給美國空軍服役,這批B-2轟炸機的采購單價達到了驚人的24億美元。
這個價格是什麼概念呢。
1997年的黃金價格,大約是12~13美元每克,而一架B-2轟炸機的空載重量是71.7噸,也就是說,與B-2重量相等的黃金價格也隻有9億美元左右。
一架B-2轟炸機相當于等重黃金價格的2.5倍。
如果把B-2轟炸機放到今天,在考慮到通貨膨脹等因素後,一架B-2的價格大約就是50億美元,這筆錢足夠采購近60架F-35隐身戰鬥機裸機。
看到這裡,相信各位讀者都明白一架B-2有多麼貴了。
那麼到底是什麼原因導緻其如此金貴的呢?
答案有很多,比如材料、生産工藝、子系統等等,不過這些都不是最主要的因素。
在B-2的采購經費中真正占大頭的其實是生産商的利潤。
根據相關資料來看,一架B-2的成本約為13億美元,也就是說在24億美元的采購金額中,有11億美元是生産商的利潤。
這麼一筆巨款,就被諾斯洛普·格魯曼與波音兩家公司分走了,其中賺得最多的就是承擔設計工作與指導中央機身、座艙等零部件的諾斯洛普·格魯曼。
即使是在13億美元的成本中,也隻有約6億美元是制造成本,而剩下的7億美元則是平攤到每一架飛機上的研發成本。
(B-2粗略結構透視圖)
這樣高昂的成本,讓B-2的采購數量從最初預計的133架銳減到了21架,削減采購數量反而進一步拉高了每架B-2需要平攤的研發成本,形成了一個惡性循環。
而僅有的22架B-2轟炸機也因為太過于稀有,甚至像軍艦一樣擁有了獨立的命名。
不過就是這樣珍貴的轟炸機,卻也因為事故報廢了一架、重傷了一架、輕傷一架。
它們分别是第12架“堪薩斯幽靈”号和第11架“華盛頓幽靈”号,而輕傷的是哪一架則至今尚未公開。
其中“堪薩斯幽靈”号在2008年2月23日因為大氣資料傳感器的故障在起飛剛剛17秒後就突發事故墜毀。
“華盛頓幽靈”号則在2010年2月出現發動機失火事故,不過由于機體損傷并不嚴重,美國空軍決定對其進行修複。
而就在去年的9月14日淩晨,又有一架B-2轟炸機在降落時發生事故沖出跑道,但所幸沒有造成大的損失。
3
B-2設計抄襲自德國?
B-2的先進曾一度讓許多軍迷感歎這是外星科技的産物,不過事實卻并非如此,飛翼布局的發展實際上有着非常清晰的曆史脈絡。
早期的飛翼布局飛機,最出名的莫過于1944年在德國首飛的HO229轟炸機原型機。
這架由霍頓兄弟設計的飛機,機身長度近7.5米,翼展近16.8米,使用兩台渦輪噴氣式發動機提供動力,預計的最大飛行速度能達到0.9馬赫的高亞音速。
在盟軍赢得第二次世界大戰後,這批造型奇特的飛機基本都被美軍繳獲了,也正是因為這個原因,有一種說法聲稱B-2就是借鑒了HO229的設計。
事實真的如此麼?
(HO229)
實際上,這種說法是徹底的謠言。
生産、設計B-2隐身轟炸機的諾斯洛普·格魯曼公司研發飛翼布局的時間要比HO229更早。
早在上世紀三十年底年,諾斯洛普·格魯曼公司就開始了對飛翼布局飛機的研發,并且制造出了美國第一種飛翼布局飛機N-1M。
N-1M型飛翼布局驗證機也在1940年7月3日完成首飛,并表現出了不錯的性能。
這樣的成功使得美國軍方逐漸對飛翼布局飛機産生了興趣。
(N-1M)
終于,在1941年11月,美國空軍的前身——美國陸軍航空兵投資諾斯洛普研發了一型真正具有軍事價值的飛翼布局轟炸機XB-35。
盡管其首飛的時間要比德國的HO229晚,并且使用了傳統的活塞螺旋槳動力,但是其個頭也要比後者大很多,XB-35的機身長度達到了11.43米,翼展更是達到了52.43米。
XB-35轟炸機可以說才是B-2真正的前身,并且在XB-35前,諾斯洛普研發飛翼布局轟炸機的曆程也足以證明,B-2與德國的HO229并沒有什麼聯系。
(XB-35)
4
B-2無法被超越?
時至今日,B-2仍然是當今世界上唯一一種飛翼布局的隐身轟炸機,這種轟炸機真的無法被超越麼?
誠然,設計一種飛翼布局飛機是具有較大難度的。
盡管飛翼布局的思路提出時間較早,前蘇聯的鮑裡斯·切拉諾夫斯基早在1924年就制造出了第一架飛翼布局的飛機。
不過由于前文提到的飛翼布局在飛行控制方面存在的問題,一直到電傳飛控發明前,這種飛機的事故率都非常高。
是以,制造一種成熟可用的飛翼布局轟炸機,需要相當長一段時間的科研積累,這也是世界各國至今仍未研發出第二種飛翼隐身轟炸機的原因。
不過,B-2轟炸機也并不是完全沒有缺陷的。
由于這種轟炸機設計與制造的年代都比較老,是以其航電系統的相容性較差,如果想要獲得使用後續研發的其他彈藥的能力,往往需要進行較大的改動。
最初的B-2隻能使用各類幾乎無動力的自由落體炸彈,例如JDAM“捷達姆”聯合制導攻擊炸彈、GBU-37鑽地炸彈、甚至B-61戰術核彈等等。
這些炸彈雖然也都具有精确制導能力,但卻需要B-2依靠隐身能力潛入到目标上空臨空投擲。
(B-2挂載方案)
在防空、反隐身技術尚且比較落後的過去,這一招還是比較好用的,但随着各國反隐身雷達等裝置的研發,這樣的戰術就不可行了。
畢竟無論B-2隐身性能如何優秀,都不可能做到在一個強國的防空網中臨空投彈而不被發現。
是以在後續的改進更新中,B-2也特意加裝了JASSM巡航飛彈的火控子產品,正式擁有了防區外打擊能力。
不過JASSM的射程卻隻有500公裡,在各國五代機、反隐身雷達都紛紛入列服役的今天,500公裡的射程也有些不太夠用了。
但B-2卻因為航電系統相容性差的問題,至今沒有獲得新一代LARSM飛彈的發射能力。
(B-21想象圖)
是以,美國也提出了下一代隐身轟炸機的發展計劃,也就是B-21隐身轟炸機。
由于不需要再跨越北極航線執行核威懾任務,專為東亞情況研發的B-21轟炸機體型和重量都大大縮小,作戰半徑也會縮減到4000公裡左右。
但B-21卻擁有非常高的資訊化、數字化能力,其設計名額包括了指揮無人機的能力,B-21甚至能夠在其他戰鬥機或無人機的引導下發射空空飛彈進行自衛空戰。
大陸也投入了大量資源研發新一代隐身轟炸機,且有證據顯示,大陸的飛翼布局隐身轟炸機也已經進入制造階段,就讓我們拭目以待!