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B-2轟炸機有何出眾之處?飛翼布局只為絕對隱身

諾思羅普公司在和洛克希德竟標 F-117 失敗之後,轉攻隱身要求更高的隱身轟炸機。B-2 設計之初是按全向寬頻帶隱身、高空、遠程設計的,要求可在開戰之初穿越完好的蘇聯防空體系攻擊核目標並安全返航;具有和 U-2 相仿的巡航高度,以超過幾乎所有戰鬥機的實用升限,並且增加武器投放的距離;可不用空中加油就從美國本土出發攻擊蘇聯境內的縱深目標。雷達吸波材料的有效頻段有限,F-117 那樣的多面體隱身技術達不到全向隱身的要求。


在諾思羅普公司為這個全向隱身焦頭爛額的時候,諾思羅普的電磁學怪才 Fred Oshira 帶一家人到迪斯尼樂園遊玩。隨身帶著一團橡皮泥,坐在板凳上看孩子興高采烈地轉「轉轉茶杯」時,隨手捏出一個上圓下平、像二戰時期英國的鍋蓋式鋼盔一樣的形狀,圓滑的上表面向周邊展沿開來,一直到尖銳的周邊。這樣,入射的電磁能量的散射大量減少,而是變成表面波,沿弧面向周邊「流散」。儘管最終遇到邊緣還是要遠路返回,但如此勞師遠征,來回一跑,在流動的過程中一路按指數規律衰減,形成回波的時候也是強弩之末了。這個隱身原理比 F-117 的多面體要先進很多,既達成全向隱身,又減少對氣動設計的影響。這決定了 B-2 的基本形狀:上圓下平。B-2 時代更為先進的計算能力使連續可變曲率的複雜大弧面成為可能,在隱身和氣動性能之間達到完美兼顧。



B-2轟炸機有何出眾之處?飛翼布局只為絕對隱身


諾思羅普為研究全向隱身而研製的 Tacit Blue 研究機,被戲稱為「鯨魚」,像不像?別看樣子奇奇怪怪的,這一條邊可是作用大大的,把電磁波的能量像水銀瀉地一樣地化為無形



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B-2 也遵循 Tacit Blue 上開發出來的設計原理,上圓下平


隱身要求外觀尺寸最小,高空飛行要求展弦比、翼展、翼面積最大,遠程突防要求機內載油量最大。自然,如果所有的機身結構都用來產生升力和用來裝載人員、燃油和有效載荷,就可以省卻既不產生升力、又產生阻力的傳統的筒形機身,這就是飛翼了。飛翼最大的問題是尾翼(或等效的控制面)和機身重心之間的距離減小,控制力矩減小,飛行控制難度大大增加。諾思羅普在 40 年代就開始研究飛翼,就是因為飛控過不了關而放棄,直到 80 年代線控增穩的出現,才成功地實現了實用的飛翼。飛翼和一般概念上的飛機的形象差別實在太大了,B-2 通體烏黑,又喜歡在若暗不明的夜空出沒,孤陋寡聞的人看到 B-2 在的黑暗的天空中悄無聲息地滑過時,一定以為見到鬼了。飛翼的結構效率是顯著的,B-2 的翼展和波音 707 差不多,長度只比 F-15 稍長,但是載彈量和航程和 B-52 相當。



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比較 B-2 和 KC-10 加油機的尺寸差別


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早期 B-2 的方案模型,上為有雙垂尾的方案,中為雙垂尾向外移動並減小,配以翼尖控制噴嘴的方案,下為最終方案,噴口後為氣動控制面



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但注意和 B-2 的差別:在風洞研究中發現,氣動控制面的控制力矩實在太小,結果把控制面後移,B-2 的後半部形成了獨特的雙 W 形


B-2 的另一個重要特徵是無垂尾。B-2 沒有用矢量推力,但它的副翼其實是上下兩片,可以分別向上下打開。需要時,將一側的副翼上下同時打開(以避免不需要的橫滾力矩),而另一側保持關閉,就形成不對稱的阻力,達成偏航控制。兩邊同時打開時,就作為減速板使用。一面打開上面的一半,另一面打開下面的一半,就達成橫滾控制。據說在「戰鬥狀態」時,為了最大限度地減小雷達特徵,B-2 改用兩側發動機的差動推力來控制偏航。無垂尾布局對於隱身的重要性不言而喻,已有多種未來隱身飛機的方案採用無尾飛翼的布局。



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B-2 風擋前的壓力感測器


B-2 也將發動機深深地埋入機體(機翼)內,從外界入射的雷達波不可能從任一方向直接照射到壓氣機的葉片,進氣口前緣也作了鋸齒處理,角度和機翼前後緣都是對齊的。座艙風擋前可以看到一排排的圓東西,這是測量空速用的壓力感測器,用上下左右不同壓力感測器的差壓,測量空速和航向、姿態的變化。一般飛機都用一根尖尖的伸出來的探針一樣的空速管,B-2 為了隱身,在這麼小的細節上也不放過。


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