美国空军B2隐身战略轰炸机项目.docx
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美国空军B2隐身战略轰炸机项目
美国空军B-2隐身战略轰炸机项目
美国空军B-2A隐形战略轰炸机机群
毫无疑问,在美国国内洛克希德公司绝对是隐身技术的先行者.并且在这方面拥有最强的实力。
然而一直到20世纪90年代初,该公司的研究成果也仅仅停留在为美国空军提供了~种轻型的战术攻击机即F-117,与其庞大的研制资金投入相比,洛克希德公司的隐身飞机在商业上是不成功的。
所以,在研制F-117的同时。
洛克希德公司也开展了大型隐身飞机的研制,但是由于两个计划之间相互抢占资源,最终大型隐身飞机的研制计划没有取得成功。
倒是诺斯罗普公司在大型隐身飞机方面取得了成功,不但成功研制出了隐身战略轰炸机,还取得了良好的商业效益。
在“导弹制胜论”的阴影中
从美国、苏联等世界空中大国的装备发展来看,各国对轰炸机重要性的认识上的“复苏”,是一次典型的大转折。
这直接影响了几个主要国家的空军武器研制计划。
时间回溯到1957年4月,当时的英国政府和皇家空军参谋部都一致认为,在未来的空军装备中,战斗机和轰炸机等作战飞机都将是无用的和过时的,只有发展导弹才是硬道理,导弹才是未来空军的主流装备。
这种“导弹制胜论”(或者叫导弹至上论)在当时的西方世界甚至苏联国内都十分盛行,英国政府的做法只是当时大背景下的一个缩影。
在这种理论的主导下,20世纪60年代到70年代,几乎所有的国家都认为大型战略轰炸机是毫无前途的,它们的角色完全可以由洲际弹道导弹和潜射弹道导弹(SLBM)所取代。
当时,苏联国内为远程航空兵研制的大型远程轰炸机计划也被取消了,而空军中许多现役的大型轰炸机也被转交给了海军航空兵,改作海上巡逻机和侦察机使用。
当然这种情况在美国也有发生,1964年美国国防部就叫停了B一70轰炸机计划,之后不久,洛克希德的A一12侦察/轰炸机计划也被放弃,1977年6月,下一代B一1战略轰炸机计划同样被取消,由此来看,美国人的做法甚至比苏联还彻底,先后取消了三个战略、战术轰炸机发展计划。
然而尽管如此,在这种风潮的影响下,苏联还先后制造了近500架“逆火”轰炸机和100架“海盗旗”战略轰炸机,而美国至今还保留有100架B一1B战略轰炸机。
而美国国内开始隐身轰炸机的研制时,“导弹制胜论”已经进入低潮,相信即使不是如此,美国也会继续研制隐身轰炸机的,因为美国空军对隐身技术的热爱近乎痴迷.直到今天。
1977年,卡特政府在要求取消B一1轰炸机研制计划时,给出了这样一个理由:
在可以预见的将来,远程巡航导弹将使老而笨的B一52轻松完成对敌方纵深区域的攻击,这在机载巡航导弹出现之前是不可能的,即使携带短距巡航导弹(例如当时的AGM一69A巡航导弹)也能执行火力压制任务。
言外之意如果B一1轰炸机也被设计来执行同样的任务,显然没有这个必要。
然而,里根政府上台后,却要求制造至少100架B一1轰炸机,并要求这种轰炸机能够执行核打击与常规打击任务,所以尽管B一1轰炸机在研制之初遭受了挫折,但是在里根政府之后该机真正成为美国空军战略打击力量的支柱。
这种采用变后掠翼设计,涂着阴森的黑色涂装的新型轰炸机,在装备之后不久就被编入了美国战略空军司令部,美国空军甚至乐观地认为,如果使用得当,该机可以一直使用到21世纪,之后美国将不需要再研制新的战略轰炸机。
然而到了20世纪80年代中期.苏联开始换装更为先进的远程防空雷达和防空导弹系统,以及性能更为出色的战斗截击机,这一切都对美国的B一1轰炸机形成了实实在在的威胁,美国空军开始寻找新的突破口。
美国空军ATB计划目标是超越B一1
美国空军ATB计划目标是超越B-1战略轰炸机
洛克-希德公司研制的F-117A隐形攻击机
为了应对苏联远程防空系统带来的挑战,美国国内又发出了研制新型战略轰炸机的声音,并且要求新的战略轰炸机要全面超过B—1,最初并没有引起太多的关注。
因为在美国空军看来要打击敌方的目标,可以用远程巡航导弹和弹道导弹完成此类任务,而B一1轰炸机设计之初就考虑到任务多样性,能够同时执行核打击常规打击任务,除此之外,该机的通信系统和雷达系统在当时都是非常先进的.因此只要对其进行改进,该机足以胜任打击陆地和水面移动目标的能力。
正是出于这种考虑.美国空军认为只要为B一1研制更为先进的机载巡航导弹,提高导弹的射程和打击精度.使该机具有防区外攻击能力该轰炸机足以应对苏联防空系统的威胁。
然而在美苏之间矛与盾的竞争中.苏联的装备速度远远超过了美国人的思想,由性能更为出色的防空雷达、SA一10,SA一12A/B防空导弹,以及米格29苏一27、米格一31系列战斗机组成的多层次防空系统,使苏联的整个空域都变成了美国轰炸机的恶梦。
而在美国这边,尽管为了增强B一1轰炸机的突防能力,承包商将B一1A升级到了B一1B的水平,前者的战场角色是高空高速轰炸机,最大速度达到马赫数2,希望以此躲过苏联的防空导弹,而后者则可以在150米高度以马赫数09的速度进行突防,以降低被防空雷达探测到的几率。
然而即使如此,B-1B毕竟不是隐身轰炸机,其被防空雷达探测到的几率仍很大,尽管其整机攻击能力在当时美国战略轰炸机中是最强的。
所以,按照美国战略空军司令部当时提出的发展计划,第100架B一1B轰炸机制造完成后,就标志着这项研制计划已经胜利结束,而下一阶段的目标就是编制新的预算,发展较B一1B小的先进技术轰炸机(ATB)。
而促使美国战略空军司令部要求发展新型轰炸机的另一个重要原因,就是当时苏联最新服役的SS一24和SS一25战略导弹都采用机动发射模式,根本不用担心美国使用同类导弹对其攻击。
然而,当美国空军提出要研制一种适应未来作战需要的先进技术轰炸机时,奇怪的是美国国r*J的诸多飞机生产商竟然很少响应。
也许此前的许多年里,美国国防部在轰炸机和导弹之间的反复徘徊让这些企业无法明白军方的真实意图,毕竟四年前美国总统刚刚叫停了B一1轰炸机计划,其他的生产商也担心自己的研制计划遭此中途厄运,所以对空军提出的要求都持慎重对待,除了诺斯罗普公司表现得比较积极。
果然,1981年10月,美国国防部宣布授予诺斯罗普公司一份价值73亿美元的研制合同,由该公司作为主承包商,开始ATB轰炸机的第一阶段研制工作。
拿到了ATB研制合同之后,诺斯罗普公司先后吸引窗体底端
波音公司军用飞机分部(BMAC),位于达拉斯的沃特飞机公司,以及通用电气公司等多家企业参与该计划的研制,让这些企业发挥自身特长参与飞机子系统的研制。
比如让波音公司负责机载航电系统的开发和整合,波音公司此前负责了B一1B轰炸机的机载航电系统的开发和整合,其中还包括主动电子战系统。
而沃特公司在当时美国航空企业中以制造和装配机身结构而出名,所以在这个团队中该公司就担负机身结构的制造和机身分段的装配,而通用电气则负责为新的轰炸机研制和提供窗体底端
发动机系统,因为按照诺斯罗普公司的计划,新的轰炸机希望能装备4台通用电气公司生产的F101涡扇发动机,当时的B一1B轰炸机就使用了这种发动机,只不过是无加力型。
在和国防部签订了研制合同后不久,诺斯罗普就开始了ATB轰炸机的实际研制工作,当然此前该公司已经进行过相关的研究,为了验证新飞机的气动性能。
该公司还制造了一个有人驾驶的三分之一缩比模型。
据当时的简氏报道,这个三分之一缩比模型装备了4台加勒特TFE731型涡扇发动机,照此推测的话,这个模型应该是一个全比例模型,而不是一个缩比模型,也许当时的人们都认为未来的新轰炸机应该是个巨无霸,所以才会这么想。
还是简氏的记载,1982年,ATB的概念验证机正式开始了飞行测试。
在当时的冷战高峰时期,ATB研制计划的时间非常紧.所以不可能像其他研制计划那样耗费大量时间进行概念验证,技术论证等,所以在技术方面有所冒险是难免的。
所以到1985年初,ATB概念验证阶段的所有工作便宣告完成,而此时关于该机的细节设计工作才刚刚开始。
确切地说,军方给予的第一阶段的73亿美元研制资金中,除了包括所有的研制费用外,还包括制造两架原型机的所需资金,一架用于静态载荷/疲劳试验.一架用作飞行测试。
而按照时间表.首架用作飞行测试的原型机必须在1987年下半年完成首飞,但是由于一些技术问题一直没有按时解决,该机的首飞时间一直推迟到1988年春季。
尽管如此,诺斯罗普还对此心存抱怨.“由于物价的上涨和研制过程中的超支现象,使得公司的利润下降了20%”。
飞翼归来
ATB计划开始后不久,嗅觉敏感的美国媒体就屡屡发出“未来的轰炸机将采用飞翼设计”等诸如此类的报道,甚至一些媒体还假借官方的口气来对这种神秘的新型轰炸机进行报道,仍然称其为“全新的飞翼”轰炸机。
后来的事实证明当时媒体的猜测是完全正确的,也许是诺斯罗普公司一直对飞翼设计情有独钟,所以媒体轻松就猜到了他们的新轰炸机肯定是一种飞翼设计,从这方面来说,ATB研制计划虽然是当时美国军方的第一保密研制计划,但是其保密工作显然做得不到家。
诺斯罗普公司可以说是世界上飞翼技术的最早探索者和先行者,该公司的创始人约翰·诺斯罗普从20世纪20年代就开始了飞翼技术的研究,他在1928年就制造了一架双座型的飞翼飞机,装备一台90马力发动机。
后来随着发动机技术的发展,特别是活塞发动机技术的日益完善以及后来喷气发动机的出现,该公司在1943年到1949年之间,先后完成了XB-35(装备4台R-4360型发动机)和YB-49(在xB一35基础改进来的,装备8台J35喷气发动机)的研制工作。
其中YB一49战略轰炸机的翼展达到了5243米,在携带13.6吨炸弹的情况下,最大速度能够达到837千米每小时,这种情况下的航程为6440千米。
该机即使放到现在也是非常出色非常经典的飞翼设计,全机外形轮廓及曲线过渡非常平滑,上机身只有驾驶舱这一凸出部分,而机身后缘也只有发动机喷口破坏了曲线的平滑过渡,但这是不可避免的。
在当时,这样出色的飞翼设计可以说是一项令人难以置信的成就.然而当该机出现之后,很多人将其看作妖魔鬼怪,并对其大加贬斥,而飞翼设计在隐身性能上的巨大潜力,更是无人看得到。
同洛克希德公司的“海弗蓝”计划一样,诺斯罗普公司主导的ATB轰炸机计划在受到世界关注的同时,也引起航空爱好者的诸多猜测。
按照原定的计划,ATB轰炸机将装备4台无加力的F101涡扇发动机,发动机单台推力达到100千牛,从而可以保证飞机在低空飞行时的速度达到马赫数0.85即约1040千米每小时,然而当ATB飞机开始飞行测试时,却装备了4台F118涡扇发动机,当然该发动机仍由通用电气公司提供。
现在看来,也许出于保密的需要.诺斯罗普公司故意放出假消息,让人对该飞机的真实情况无从猜测。
而在机身外形设计上,诺斯罗普公司在AT8轰炸机上还使用了自己的“分裂式减速副翼”专利技术,这种技术在该公司早期的飞翼飞机上就曾经使用过,这种减速副翼通常安装在翼尖位置,飞机在着陆时原本闭合的两片副翼会向上向下张开,起到减速的作用,而闭合时则充当副翼。
不过,与此前飞翼飞机所使用的减速副翼不同的是,ATB采用的是全新的数字电传操纵系统,所以对副翼的操纵更为简便,灵敏度也更高。
在ATB的研制过程中,诺斯罗普充分继承了之前在飞翼设计上的优势,新飞机的外翼段采用了大展弦比设计。
从而使整个飞机具有很好的升力特性以及出色的续航能力,整个飞机从两侧外翼段向中间逐渐增厚.所以机身的中段可以用来携带更多的燃油和安装发动机。
1985年的时候,美国国内曾有一个爱好者根据自己的想象绘出了一幅ATB效果图,当时曾将让美国国防部惊出一身冷汗.因为该图与诺斯罗普的设计相似度非常高,只有一些细节的不同。
在诺斯罗普公司接手ATB计划后,很多人都将图中下面的那个飞翼设计看作是该公司的设计图,而除此之外,关于ATB计划还流传着另一个版本,那就是图中上面那个翼身融合设计,能够进行超声速巡航的轰炸机。
ATB计划开始不久,这张图就传遍了美国各大媒体。
隐身魔咒
出于隐身性能的考虑,ATB轰炸机的发动机呈对称分布在机身两侧,而发动机的进气道则位于机翼上方,整个进气管从进气道臼开始呈S形向后延伸到发动机位置,这样可以让入射进来的雷达波经过多次反射后自然衰减和无法发射回去,从而提高了飞机的隐身性能。
发动机的喷嘴则深埋在机翼之内。
摒弃了最初提出的矩形设计,而采用了蜂巢状尾喷口.喷嘴呈宽扁状,使人在飞机后方无法看到喷口,也使雷达波无法进入。
此外,为了降低发动机的红外特征,通用电气在对发动机进行改进的同时,在发动机内部安装了气流混合器,它可以将经过机翼表面的冷空气导入发动机中,持续不断地降低发动机舱外层温度。
除了对飞机的外形进行优化,以保证飞机具有良好的隐身性能外,ATB轰炸机在机身材料选择方面也充分考虑到了隐身设计。
早在1980年该计划开始之前,诺斯罗普就开始了环氧石墨复合材料的研制,并实验将其用作机身蒙皮,而在机身的内部结构中,ATB大量应用了钛合金材料。
除此之外,ATB飞翼前后缘采用碳纤维与玻璃纤维混合织物,采用六角形蜂窝夹心结构,其内填有耗散型雷达吸波材料,电磁波耗散能力从外向内逐渐递增.外层为吸波纹板。
机翼前后缘是用复合材料制成的透波整形蒙皮。
蒙皮采用了蜂窝形结构应用性雷达吸波材料。
最外层又涂覆一种含少量镍钴铁氧体的隐性涂层,可间接衰减电磁波。
当雷达波照射到飞机表面时,首先会被吸波蒙皮部分吸收,剩余的信号进入六角形蜂窝夹心内被吸收,大大提高了ATB的隐身性能。
在冷战中。
美国苏联双方在军事优势上的争夺近乎于疯狂,在当时的情况下几乎所有的先进技术都是最先使用在军事上,在ATB研制过程中,美国的这种做法尤为明显。
在飞机的航电系统方面,诺斯罗普公司为ATB轰炸机配备了先进的综合导航系统,该系统整合了自备惯性导航系统.地形匹配数据系统和GPS全球定位系统,其导航定位精度可以精确到米级范围。
作为具有在全球范围内执行任务能力的“未来型”轰炸机,ATB上的目视瞄准系统采用的也是GPS辅助瞄准,其显示模式可以根据需要最大放大四倍,从而保证了攻击精度。
按照美国国防部最初的要求,该机必须能够携带SRAMII巡航导弹执行任务,特别是能够对防空火力密集的敌方“特殊”区域进行攻击.但是随着机载巡航导弹的发展,美国空军后来要求该机的主要机载武器应该是AGM一129A先进巡航导弹,在该机的内部弹舱中,两个旋转弹架可以携带16枚该型巡航导弹。
除了可以携带巡航导弹,ATB轰炸机还能够携带普通常规炸弹和核弹,它的内部弹舱可以携带80枚MK82炸弹或者是16枚MK84普通炸弹,而诺斯罗普公司在研制过程中还提出了为该机开发的的亚稳氢燃料炸弹(MSH),这种炸弹的能量“相当于普通硝酸甘油炸弹100倍”。
仍然是出于提高飞机的隐身性能考虑,ATB轰炸机的所有武器都采用弹舱内部挂载,更特殊的是为了保证飞机在投弹时不会因弹舱门打开而被防空雷达发现,诺斯罗普专门为飞机设计了一个能够360度旋转的弹架,在弹架的一个滚转周期内,飞机就能够完成全套投弹动作,时间大约为两秒钟。
在很多人看来,YB-49曾经是诺斯罗普公司最为成功和经典的设计(当然是在B一2出现之前),所以在该公司新的设计上,肯定会大量采用YB一49飞机的成功技术,而为了保证在较短的时间内完成设计制造任务,甚至有人认为新的ATB就是在YB一49的机身上装备了4台新型涡扇窗体底端
发动机,然后采用一些新材料而己。
因此.当时很多人都认为ATB外形规模包括翼展、机长等数据与YB-49的差别不会很大,但是其最大起飞重量有可能突破180吨,按照当时轰炸机的正常栽弹比重,它能携带相当于自身重量十分之一的武器即约18吨,飞机的航程将在9200千米左右,当然,具备空中加油能力是美国当时在研飞机的一项必备性能。
B-2现形
ATB轰炸机研制计划在当时是美国国内保密程度最高的军事计划,与“曼哈顿”工程一个级别,该计划的内部绝密代号“老CJ”,据说是为了纪念一直主管隐身飞机设计的当时美国空军副司令C.J.凯利,在该计划开始之前,他不幸死于癌症。
1982年4月.诺斯罗普公司在洛杉矶效区匹克里夫拉(PicoRivera)购置了一处闲置厂房,并将其改成了一个秘密工厂,ATB的所有研制工作都是在这里进行的。
而为了防止苏联海军在海上对其进行侦察和监听,整个厂房连一个窗户都没有,并且房子外面安装了电磁屏蔽装置,另外为了防止无孔不入的苏联间谍,在美国国会中知道ATB研制计划的人数被严格了限制,而访问洛杉矶匹克里夫拉地区的所有军方人员必须着便装进入该地区,以免引起苏联间谍的注意。
在严格的保密程序下,从1981年10月ATB计划开始到1988年,关于该计划的一张图片都没有流到社会上。
在美国人看来,该机所具备的强大隐身性能,是其能够在严密的防空系统监视下执行任务的关键所在,也是当时美国攻击苏联本土的希望所在,甚至美国空军还考虑该机服役之后,可以将其改进为战略侦察机。
根据诺斯罗普当时提出的设计标准,该机在苏联上空执行高空任务时,被发现的几率几乎为零,执行低空任务时,它可以沿着苏联的铁路线追踪SS-24弹道导弹发射列车,更不会被防空雷达发现。
1988年4月下旬,美国空军首次对外展示了一幅很不准确的ATB轰炸机彩图,7个月之后,编号为AV一1的ATB原型机终于解开了神秘面纱,该机亮枉后引起的轰动不亚于美国在长岛投下的那颗原子弹,世界各国都对这个“黑色的蝙蝠形的怪物’产生了兴趣,特别是苏联,此后不久,美国正式k$T该机的编号,即B一2。
其实这时亮相的B一2原型机已经和诺斯罗普在80年代初时拿出的设计大有不同.因为在1982年之后美国空军多次要求对该机的设计进行更改,该机的角色也从高空突防轰炸机变成了低空突防轰炸机。
既求B一2,何需B一1
在ATB计划进行期间,关于该计划能否成功的质疑在美国国内一直没停止。
所以在完成了100架B一1轰炸机的生产任务之后,罗克韦尔公司又向美国空军提出了一份新的报告,报告中表示愿以1.95亿美元的单价再向美国空军提供48架B一1B轰炸机。
而此前加上研制费用和生产费用,空军订购的100架B-1轰炸机的单价已经达到了2.4亿美元,由此可见罗克韦尔公司给出的新报价还是极具诱惑力的.而美国空军也对该公司如此低的报价动了心,决定再采购一批B一1B轰炸机。
然而,ATB轰炸机计划的顺利进展让罗克韦尔的算盘落空了.美国空军权衡再三之后还是取消了新的B一1B采购合同,一方面美国空军认为该轰炸机在整体作战性能上无法与新的隐身轰炸机相比,再继续购买已没有意义,二是因为当时美国空军已经同诺斯罗普方面签订了采购132架B-2轰炸机的初步协议,合同总额超过了366亿美元,美国空军已经无法同时应付购买两种轰炸机的庞大开支。
其实早在1986年,诺斯罗普公司位于匹克里夫拉的先进系统分部就已经完成TATB全比例工程样机的所有试验,而第一架原型机的制造工作也已经展开。
与此同时,一个专门用于ATB制造的总装线已经在帕尔姆达尔附近的制造厂初具规模,该地区是美国多个航空制造公司的秘密工厂所在地,包括洛克希德、罗克韦尔等多家公司的总装线都建在这里。
据媒体推测,ATB原型机的首飞也是在该地区附近的一处机场完成的,时间有可能是1987年初。
根据美国国防部的命令,位于密苏里州的的怀特空军基地是为诺斯罗普新型轰炸指定的第一个基地,该基地还是一个“民兵”洲际导弹联队的司令部所在地,1989到1991年,为了迎接新轰炸机的到来,该基地还进行了大量的基础设施建设。
在1990年度的财政预算中,美国国防部还增加了对该基地的基建拨款,整体基地修建完毕后于1991年6月30日转交给了美国战术空军司令部(TAC),对外宣称则是要在此部属FB一111A战斗轰炸机,该机在当时的主要任务也是高速突防。
事实上美国国防部并没有撒谎,怀特曼基地完成修正后确实迎来了一批FB一111A轰炸机,然而没多久这批轰炸机就离开了该基地,只剩下四架在外面进行展示。
在这之后不久,首批两架B一2隐身轰炸机就在一天晚上悄悄飞抵该基地,此时已经是1993年的6月,在B一2达到后不久,剩余的四架FB一111A最终也离开了怀特曼基地,·怀特曼基地也就成了B-2轰炸机的第一个驻地,不过此时的两架B-2仍然是用于实验,还没有达到服役状态。
“导弹制胜论”的蔓延带来的一个直接结果就是飞机无用论,而从ATB计划上马到B-2轰炸机服役前后共经历了12年,美国人的空军装备思想来了一个180度大转弯,从迷恋导弹到迷恋上B一1隐身轰炸机。
1993年12月,美国空军终于成功接收了第一架作战型B-2A轰炸机,1997年首批B-2A隐身轰炸机正式宣布形成完全作战能力,这种诺斯罗普公司的大飞翼,在此后的10年里,用自己的实际行动迎接着人们的礼赞。
也正因为其出色的隐身性能,使得近年来美国参加的每次作战中都会看到它那幽灵般的身影,B-2轰炸机的服役,使得诺斯罗普公司持续了几十年的飞翼飞机研究终于修成了正果.而同洛克希德公司只重技术,不重效益的行为相比.B一2轰炸机每架超过20亿美元的造价,让诺斯罗普公司名利双收。