客观地看,现在的B-2轰炸机有多强?

世界上唯一一款能够做到隐形的战略轰炸机B-2是美国在冷战期间研制的,就是现在,也没有其他国家能够做到这个程度,这简直就是一项黑科技。那么客观地看,现在的B-2轰炸机有多强?

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每一个物种都是上帝的杰作,能完美仿制这些杰作的人造物都是神迹,B-2幽灵(Spirit)就是一个神迹!

游隼和B-2的侧视图对比几乎一模一样

B-2是目前世界上现役的唯一一款可执行核/常规打击任务的飞翼式隐身战略轰炸机(Stealth and Strategic Bomber),事实上自1997年服役以来,20多年间一直独孤求败。

外形上,B-2采用了仿生学的飞翼布局,形态独特,当然不是中看不中用。机翼是飞机的主要升力部件,就获得升力这点来讲,飞机最理想的状态就是仅保留作为升力体的机翼,这也是飞翼(flying wing)概念的由来。

飞翼的好处是可以使飞机的气动效率达到最高,因为少了常规布局飞机的平尾、垂尾带来的阻力。B-2采用的是为高亚音速飞行优化的后掠超临界机翼飞翼布局,得益于此,B-2的作战航程可达1.2万公里,空中加油一次达1.8万公里。

B-2A硬管空中加油

目前为止,B-2是“飞翼”梦的终极产物,这是站在先代飞机(N-1M、N-9M、YB-35、YB-49等)的肩上的成就,它的飞行控制给航空工程师带来了无数的麻烦。

B-2没有任何形式的垂尾或方向舵,在操纵方面依靠翼身后缘9块大型控制面互相配合以不同的偏转角度来控制,组合种类远大于常规布局的飞机:

B-2后缘的9块大型控制翼面

比如5号控制面(海狸尾)可以上下摆动,用于俯仰操作或者抵消垂直阵风带来的机身颠簸。值得一提的是机翼外段后缘的控制面(1号和9号控制面)实际上是两块翼面,可以分别向上向下开裂。不对称开裂时使飞机两边受力不均,实现飞机的水平转向,起到常规布局飞机的方向舵作用,对称开裂时,增大了前进时的阻力,起到减速板的作用。正常飞行时,这个两个开裂的翼面处于5°的张开状态,以便迅速干扰气流控制飞行,进入战区时完全关闭以保证隐身效果。

B-2A驾驶舱内部

B-2是静不稳定设计,依靠四余度线传实现稳定的飞行控制,配合这复杂的9翼面控制,光靠人力是不可能胜任的,所以该机配备了强大的飞行控制计算机辅助飞行,机组仅2人。

B-2强大的航电还包括其他的传感器、雷达等设备,比如它装备的AN/APQ-181型相控阵雷达,不需要转动仅通过信号阵列的转换就可以扫描不同方向的目标,抗干扰能力强且工作模式多样,如以合成孔径雷达工作时可以清晰地获取161千米距离内地表的扫瞄图像,用于精确轰炸。

上图绿圈处就是AN/APQ-181雷达天线罩 左右各一个

之所以能被称之为战略轰炸机,不仅要能飞得远而且必须具备足够的打击能力,B-2的最大有效载荷为23吨左右,在它机腹前后两个巨大的旋转弹舱中可以根据任务搭配不同的弹药,常规的如携带16枚AGM-129型巡航导弹或16枚MK84型普通炸弹、TSSM远程攻击弹药、B63型核炸弹等。

随着弹药智能化、小型化发展及高密度内挂技术发展,B-2也可以作出携带80枚MK82型或36枚CBU-87型集束炸弹的搭配方式,轰炸效果上不输别的战略轰炸机。

B-2也可以进行地毯式轰炸

B-2被称作“幽灵”,基本上是因为其出色的隐身能力,它综合应用了外形、材料、红外、声音、可见光等隐身技术:

外形上B-2后缘为W型锯齿状,边缘与机翼前后缘平行(后掠角33°),从平面图看,整机由12根互相平行的直线闭合而成,成直前缘中等后掠角形态。此外座舱与机身融合、机身与机翼融合,无尾翼,进气口、喷口锯齿型,这样消除或减少了飞机各部件的交角,有效抑制了角反射,同时能将雷达波反射到特定的方向(非辐射源方向),使探测雷达接收机不能接收到信号。

B-2机身边缘线条十分整洁

材料上B-2运用了结构型透波材料和涂敷型吸波材料,具体结构和具体成分是绝密,基本原理就是通过透波材料对雷达波摄入不产生谐振无回波和通过吸波材料吸收雷达波能量使反射回波很弱。据说B-2的RCS仅0.1平方米,除了机身表面的隐身涂料,像挡风玻璃中还嵌入了用非常细的金丝编制的雷达屏障,使玻璃在雷达波面前变得不透明,不让辐射能量进入驾驶舱。

B-2隐身涂料有毒 所以作业要穿特殊的服装

发动机尾气是飞机最大的红外和RCS辐射源,B-2将4台发动机(F118-GE-110非加力涡扇发动机)埋在肥厚的机翼中,这样气流流过发动机的路径呈S型正前方、正后方完全看不到发动本身:

从上图可以看到B-2的发动机是埋在机翼内的

高温尾喷气经B-2在尾喷管尾端安装的不锈钢热屏蔽层将热量散布到更大的区域,尾喷管上方的倒V型结构能产生涡流,加速冷空气与高温排气的掺混;同时B-2进气口处的附面层气流被吸到尾喷口混合,进一步降低了排气温度:

从这个角度看S型气道一览无遗

进气口正面锯齿状唇口和附面层吸除槽及尾喷口倒V结构

一分钱一分货,一共只造了21架的B-2单价高达24亿,比同等重量的黄金贵了不止2倍,要不是各种黑科技压身,敢问哪里来的勇气卖这么贵。以上都是公开的资料所得知,谁知道没公开的还有多少。

很多人一直怀疑美国人是不是已经获得了外星科技,我想正是因为有B-2这种看上去不像人类能够想象得出来的科幻物体的存在吧!

B-2轰炸机是现役最强的战略轰炸机之一。

B-2是一种飞行翼飞机,这意味着它没有机身和尾翼。它具有隐身性,比以前的轰炸机具有显著的优势,并具有高空气动力效率和大有效载荷的技术。在较低的视场范围内,B-2具有更大的视野范围和更高的观测能力。据美国空军报告,其航程约为11000公里,一次空中加油航程可超过19000公里,由于美军的军事基地遍地全球,B-2的超远航程几乎可以覆盖整个地球。B-2能够胜任所有高空攻击任务,最高可达1.5万米。

每架B-2只需两名机组人员,一名飞行员坐在左侧座位,任务指挥官在右侧,如果需要,还可以为搭载第三名机组人员提供服务。相比之下,B-1B有四名机组人员,B-52有五名机组人员。B-2高度自动化,与大多数双座飞机不同的是,在机组人员监视飞行动态的同时,其他机组人员可以轮流休息。

在研发B-2的冷战情景设想中,B-2将执行深穿透核打击任务,利用其隐身能力,避免在整个任务中被发现和拦截。它有两个内部炸弹仓,弹药储存在旋转发射器或两个炸弹架上。武器内置式挂载与外部挂载相比,内置式挂载的雷达能见度更低。B-2能够携带1.8万千克的弹药。核弹药包括B61和B83核弹,AGM-129 ACM巡航导弹也计划用于B-2平台。

B-2装备了一个先进的GPS辅助瞄准系统(GATS),在部署GPS辅助炸弹(GAM)之前,使用飞机的APQ-181合成孔径雷达来定位目标,后来被联合直接攻击弹药(JDAM)取代。在B-2的原始配置中,最多可以部署16个GAM或JDAM。2004年的一个升级计划将最大可携带容量提高到80个JDAM。

B-2在其武器库中有各种常规武器,能够装备马克82和马克84炸弹、CBU-87联合效应弹药、GATOR地雷系统和CBU-97传感器引信武器。2009年7月,诺斯罗普·格鲁曼公司报告说,B-2与挂载14000千克的钻地弹MOP所需的设备兼容,其目的是攻击加强型掩体。在B-2的炸弹舱中最多可装备两个MOP,每个弹仓一个。B-2是截至2012年与MOP兼容的唯一平台,美军曾多次将挂载MOP钻地弹的B-2派到波斯湾,以作为打击伊朗地下核设施的王牌武器。

(B-2试射钻地弹)

为了使B-2比以前的轰炸机更有效,许多先进和现代的航空电子系统被集成到它的设计中;这些系统在转向常规作战任务后得到了改进和改进。其中一个系统是低截获概率AN/APQ-181多模雷达,它是一个与地形跟踪雷达和全球定位系统(GPS)制导相结合的全数字导航系统。B-2的NAS-26导航系统和防御管理系统(DMS),用于通知机组人员可能存在的威胁。机载DMS能够自动评估已识别威胁和指示目标的探测能力。DMS将到2021年升级,以检测来自防空系统的雷达辐射,允许在飞行中更改自动路由器的任务规划信息,以便快速接收新的数据,从而规划出一条尽可能减少危险的航线。出于安全和故障检测的目的,机载测试系统与B-2上的大多数航空电子设备相连,以持续监控数千个部件和消耗品的性能和状态,它还能为地勤人员提供任务后维修指导。

除了定期升级软件和引入新的雷达吸收剂材料外,B-2还对其航空电子设备和作战系统进行了几次重大升级。在战场通信方面,安装了Link-16和一个高频卫星链路,与各种新型弹药兼容,AN/APQ-181雷达的工作频率改变,以避免干扰其他操作员的设备。升级后的雷达功能阵列完全将AN/APQ-181替换为有源电子扫描阵列(AESA)雷达。由于B-2的复合结构,它需要远离雷暴64公里,以避免静电放电和雷击。

为了解决飞翼飞机固有的飞行不稳定性问题,B-2采用复杂的四联计算机控制的电传飞行控制系统,可以在没有飞行员直接输入的情况下自动操纵飞行表面和设置,以保持飞机的稳定性。飞行计算机接收外部条件的信息,如飞机当前的空速和攻角通过皮托管静态传感器,而若使用传统的皮托管会削弱飞机的隐身能力。飞行驱动系统包括液压和电气伺服驱动组件,其设计具有高水平的冗余和故障诊断能力。

诺斯罗普公司已经为B-2研究了几种应用方向控制的方法,这些方法将尽可能少地增加其雷达剖面,最终确定了分离刹车方向舵和差速推力的组合。发动机推力在早期就成为B-2气动设计过程的关键要素,推力不仅影响阻力外,还有升力、俯仰和滚转运动。四对控制面位于机翼后缘。虽然大多数操纵面用于飞机的飞行包线,但内部升降舵通常只在低速飞行时使用,如着陆。以避免起飞时可能的接触损伤,并提供机头向下俯仰的姿态,所有的尾翼在起飞时保持下垂状态,直到达到足够高的空速。B-2的引擎被埋入机翼内,以隐藏引擎的风扇,并尽量减少它们的排气信号。

B-2的隐身技术结合了声学、红外、视觉和雷达信号(多光谱伪装),以避开各种可用于探测和直接攻击飞机的探测系统。B-2的隐身能力可以减少提供空中掩护、压制敌方防空系统和电子对抗所需的支援飞机,使轰炸机能力几何倍增。

为了降低白天飞行时的光学可见度,B-2被涂上了一层防反射涂料。因为它在1.5万米高空飞行,深灰色的涂层很好地融入了天空。据推测,它有一个向上的光传感器,它可以提醒飞行员增加或降低高度,以适应不断变化的天空照度。B-2最初设计有一个油箱,用于存放一种抑制轨迹的化学物质,但在生产飞机上,被一种能在机组人员改变高度时发出警报的轨迹传感器所取代。

B-2并不总是隐身飞行,当它接近防空系统时,飞行员才会启动“隐身”,除了它炸弹舱室打开时会短暂增加被发现的几率。B-2平整、低阻力的飞翼结构不仅提供了超乎寻常的航程,而且有助于降低其雷达外形。飞翼的扁平化设计是完美的隐形外形,因为它没有反射角度后向雷达波。没有垂直表面,无法横向反射雷达,侧视雷达横截面也会减小。在较低频率段(S或L波段)工作的雷达能够探测和跟踪某些具有多个控制面的隐形飞机,如鸭翼飞机或垂直安定面,其中频率波长可能超过某个阈值并产生共振效应。20世纪80年代的计算技术进步使得在更复杂的曲面上模拟雷达回波成为可能。B-2由许多弯曲和圆形的表面组成,穿过暴露的机身,以使雷达波束偏转。这种被称为连续曲率的技术,是由于计算流体力学的进步而成为可能。

(B-2基本雷达反射角示意图)

红外搜索和跟踪系统(IRST)可以发现隐形飞机的行踪,因为任何飞机表面由于空气摩擦而升温,而双频道的IRST系统通过比较低频道和高频道之间的差异,可以检测到CO2(吸收最大值为4.3µm)。

将发动机深埋在机身内部也可最大限度地降低排气的热能见度或红外信号。在发动机进气口,来自主进气口下方边界层的冷空气进入机身,并与热排气混合在喷口之前。根据斯特藩-玻尔兹曼定律,这会导致释放的能量(红外光谱中的热辐射)减少,从而减少热信号。由此产生的较冷空气在由耐热碳纤维增强聚合物和钛合金元素组成的表面上传导,这些元素横向分散空气,以加速冷却。B-2没有加力燃烧室,因为热排气会增加红外信号,打破声屏障会产生明显的音爆以及飞机蒙皮的气动加热,这也会增加红外信号。

(进气口下方的间隙用于吸入冷空气)

根据惠更斯-菲涅耳原理,即使是非常平坦的平板也能反射雷达波,尽管信号比以直角反射时要小得多。通过使用各种雷达吸收材料吸收和中和雷达波束,可以进一步降低其雷达信号。B-2的大部分是由碳-石墨复合材料制成的,这种材料比钢更坚固,比铝轻,并且吸收了大量的雷达能量。

B-2的装配异常严格,以避免产生误差而可能增加其雷达信号。它还采用了交变高频材料(AHFM)和自动化材料应用方法等创新技术,以改善飞机的雷达吸收性能并减少维护要求2004年初,诺斯罗普·格鲁曼公司开始将新开发的AHFM应用于B-2战机。为保护其先进的雷达吸收剂材料和涂层的操作完整性,每架B-2都被存放在一个气温控制的机库内,该机库足够容纳52米的翼展。每个机库造价约为500万美元。

B-2的首次实战是在1999年科索沃战争期间。在美国参战的前8周,它摧毁了33%的塞尔维亚轰炸目标。6架B-2战机从密苏里州的军事基地直飞南斯拉夫,总共30个小时。尽管B-2轰炸机在北约3.4万架次的总架次中只占了50架次,但它们却投下了11%的炸弹。

B-2也是第一架在科索沃战斗中部署GPS卫星制导JDAM“智能炸弹”的飞机。使用JDAM和精确制导弹药有效地取代了有争议的地毯式轰炸战术,这曾遭到严厉批评,因为它在以前的冲突中造成平民伤亡,例如1991年海湾战争。1999年5月7日,一架B-2向中国驻南联盟大使馆投下5枚JDAM,造成数名工作人员死亡。当时,B-2已在南斯拉夫投下500枚炸弹,不存在误炸的可能。

在伊拉克战争期间,B-2进行了27架次的飞行,从前方作战地点发射了22架次,释放了超过68万千克的弹药,包括2003年的583枚JDAM“智能炸弹”。2011年3月,在利比亚的“奥德赛黎明行动”中,B-2是第一架投入行动的美国战机。3架B-2轰炸机在利比亚机场投下40枚炸弹。B-2可以直接从美国本土飞越大西洋飞抵利比亚,在每次往返任务中,一架B-2由加油机加油四次,平均每6小时需要加油一次续航。

很多人可能会诟病B-2轰炸机的最高飞行时速只有0.95马赫,不具备快速突防和灵活回撤的能力。但是B-2轰炸机作为现役唯一的隐性轰炸机,用于穿透对方密集的防空防御系统。而B-2的雷达反射面积为0.1平方米,远高于雷达的探测极限,理论上现役的雷达可以发现它。但实际上想要击落任何一款隐形飞机需要运气,1999年F-117A被南联盟击落确实是点背,南联盟的导弹实际上并没有正面击中F-117A,但其中一枚碰巧在附近爆炸,而被周围的形成的杀伤效果所波及。因此B-2的隐身能力是可以弥补其无法超音速飞行的短板,不然美军也不会在研发之初,用其替代具有2马赫能力的B-1A轰炸机。

作为战略轰炸机的B-2,每次出动不是以杀伤对方多少军事目标为考量,而是以扭转战场格局为主要目的。从这个角度看,B-2轰炸机具有核常打击能力,可以搭载80枚230公斤的Mk 82 JDAM全球定位系统制导炸弹,或16枚1100公斤B83核弹。即使B-2被对方雷达发现了,对方战机也无法立刻升空拦截,陆基和海基导弹也无法立刻将其击落,在这个缓冲时间里,如果被B-2先发制人,那么即使B-2在投弹后被击落,美军损失的也只是一架24亿美元的B-2和最多3名机组成员,换到的却是毁灭对方一切军事目标甚至灭国级的战略目的,从而实现以小博大。战略轰炸机的意义不是纸面上冰冷的参数,而是可以直接实施降维打击,目前只有中美俄三国拥有战略轰炸机,B-2作为金字塔顶端的王者从起跑线上就已经和其他武器甩开了差距。

而由于B-2在研发之初处于上世纪80年代末,很多技术已经落伍,技术升级也就势在必行。2008年7月,B-2的机载计算架构进行了大范围的重新设计。它现在包含了一个新的集成处理单元(IPU),该单元通过一个新安装的光纤网络与整个飞机上的系统进行通信。而且还开发了新版本的作战飞行程序软件,编程旧代码由JOVIAL语言转换为C语言,另外也对B-2的武器控制系统进行了更新,以便能够打击移动的地空军事目标。而当B-2无法可靠地穿透敌方防御系统时,美军的F-35可能会携带B61核弹作为战术轰炸机,执行其打击或拦截任务。

2008年12月29日,美国空军向诺斯罗普·格鲁曼公司授予了一份价值4.68亿美元的合同,以使B-2机队的雷达现代化。由于美国商务部在2009年7月将无线电频谱卖给了另一家运营商,因此为了军事保密,需要改变雷达频率。2010年,美国空军研究实验室已经开发出一种新材料,用于取代B-2机翼后缘受发动机排气影响的部分。

2013年,美国空军签订了防御管理系统现代化项目的合同,以更换天线系统和其他电子设备,以提高B-2的频率感知能力。通用甚低频接收器升级将允许B-2使用与俄亥俄级潜艇相同的甚低频传输,以便继续在移动用户目标系统部署前的核任务中。2014年美国空军概述了一系列升级,包括核作战、新的综合处理单元、携带巡航导弹的能力的改进。

尽管美国空军此前计划将B-2服役至2058年,但其2019财年预算将其退役时间提前至“不迟于2032年”。之所以决定提前让B-2退役,是因为B-2的使用成本太高,保养费高昂,而且B-2在20世纪80年代的隐形技术将使其在未来有争议的空域中的生存能力下降。

2021-11-19

2021-11-19