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更便宜性能更強悍,美軍新戰略轟炸機對中國威脅遠比B2大得多


更便宜性能更強悍,美軍新戰略轟炸機對中國威脅遠比B2大得多



圖:美國下一代戰略轟炸機編號已經公布,命名為B-21

一:B-21為何高度繼承B-2的總體布局設計?


2月26日,美國空軍協會公布了新一代隱身戰略轟炸機的概念設計和編號,這種被稱為B-21的飛機看起來與現有的B-2轟炸機極為近似。形成這種現象有兩個方面的根本原因,第一是B-2目前的氣動布局設計所帶來的各方面基本性能(包括航程、載荷、隱身能力)優勢,仍然足以滿足未來的作戰需求;第二則是要獲得進一步的大幅度性能突破,其成本和技術風險都難以滿足美國空軍所要求的採購價格和2025年初步服役的時間節點。



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圖:注意B-2進氣、排氣都在機翼上表面


B-2轟炸機採用無垂直尾翼的純飛翼布局外形,採用背負式進氣道和扁平噴口設計。這一方面使飛機的構型極為「乾淨」,在儘可能保持機體表面光滑、連續的同時,將無法避免的開口、凹陷/凸起和縫隙台階都放到了難以被探測到的機身上方;另一方面又有效藉助了發動機的吸氣和排氣作用,大大減小了飛行阻力並提高了飛機的總體升力表現。


由於兼具隱身、大航程、大載彈量、精確攻擊能力;B-2在執行攻擊任務的過程中,從來不需要與其它飛機、尤其是不能與非隱身飛機編隊作戰。在理論極限上,2架B-2的編隊就可以執行原來需要49架飛機組成的大型混合攻擊編隊才能執行的任務。包括16架攻擊機(攜帶精確制導炸彈,打擊地面/海上目標),16架戰鬥機(為攻擊機護航),4架專業電子戰飛機(壓制和干擾對方的雷達探測、通信指揮),8架防空壓制飛機(攜帶反輻射導彈搜索並攻擊地面雷達),7架大型空中加油機。



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圖:按現在主流的防空理論觀點,非隱身飛機要具備很高的突防能力,需要達到5倍音速以上飛行速度。然而現在人類還沒有開發實用性5倍音速戰略轟炸機的能力。


而如果要在B-2基礎上進一步顯著提升隱身轟炸機的突防能力,下一代型號就必須在隱身能力不降低的情況下,實現持續性的高速飛行能力。然而飛翼布局在超音速飛行上存在著很強的短板——它的舵面很難提供足夠的控制能力,而且高速必然帶來高耗油率、飛機截面積必須大幅度縮減從而導致內部空間狹小、航程和載彈量大幅縮水、結構難以設計等一系列問題,其設計和製造成本的失控將會是完全無法避免的。



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圖:B-2極為優越的航程載荷能力,同時來自於兩方面:它機翼/機身的大厚度翼型,在亞音速下有非常好的氣動效率;足夠的結構高度又帶來了優越的油箱和彈倉容積以及極佳的結構壽命。如果要做超音速飛翼,這些優點將全面喪失——直到今天,超音速和亞音速性能取值仍然是飛行器設計中不可能完美兼顧的矛盾。

說穿了,美軍真正的想法就是現在的B-2太少了,規模上不足以應對中國和俄羅斯軍事力量的崛起。在B-2已經停產多年而且價格極為高昂的情況下,他們需要一種廉價的新款B-2來擴充隱身戰略轟炸機的裝備規模;性能設計上要更適合未來的信息化戰爭,採購和使用成本上更低,可靠性和出勤率、以及部署靈活性上更高。


二:以美國現階段的技術水平來說,B-2哪些技術和性能已經落伍?


雖然基本的總體設計上,B-2至今沒有過時;但是航空和各領域的工程始終在不斷進步,用今天的眼光來看,B-2上不可避免有大量的技術和設備都到了技術壽命的後期。一方面,現在的技術可以做出更好的產品;另一方面,美軍要在未來長期保持對於中國和俄羅斯防空體系的壓制優勢,也必須再次提升隱身轟炸機各方面的作戰水平。


在B-21方案中,最先需要改進的就是B-2的航空電子設備。B-2服役於上世紀90年代,採用的電子設備應用技術實際上只能更老——而近30年間人類電子工業水平是在以怎樣的速度發展,每個人只要看看手機和電腦都能切身體會到。


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圖:B-2使用的AN/APQ-181相控陣雷達


雖然在2012年時,B-2花了接近12億美元更換雷達火控和座艙顯示設備、通信系統,但並沒有對B-2的航電系統設備進行全面的升級換代。這一階段的改進使B-2通過新的衛星天線,能夠隨時全球任意地點的美軍指揮官和其它戰機進行聯繫;並且攜帶SDB-II型精確制導炸彈,能夠搜索並打擊運動中的目標,然而這樣的戰鬥力升級還不足以滿足美軍未來的作戰需求。



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圖:維護表面塗料、尤其是密封條,是B-2使用中最麻煩的事情


其次B-2的隱身材料體系也必須完全更換掉。B-2作為突破性的產物,它的隱身設計在當年是難以兼顧維護性等其它方面要求的,這種缺陷在早期非常突出。B-2的複合隱身塗層達到5層以上,並不耐氣流沖蝕和雨點的撞擊,這使它每一次飛行之後都會因為塗料的剝離和裂紋而導致隱身性能下降,必須在地面進行仔細的檢測和噴塗維護。


尤其是在最初批次的B-2上,用於掩蓋蒙皮接縫和艙蓋的密封條可靠性相當低,在潮濕條件下特別容易出問題(失去粘性、裂紋、剝落)。一些重點部位往往又必須採用多層密封,而只要一層出現問題,常常必須鏟掉全部密封材料完全重來,以至於有些地方的密封條一旦失效需要數天的時間。直到後續批次更換塗層材料以後,才將維護時間壓縮到幾十個小時以內。



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圖:注意每側有兩台發動機,進氣道經歷一個很大很急劇的S型彎曲後才連接到發動機前端。4台發動機帶來了更高的採購和維護成本。


最後一點來說,B-2使用的F118發動機(F110發動機的無加力燃燒室版本)只能代表美國上世紀80年代的技術水平,其推力大小和燃油效率放在今天已經不能令人感到滿意。實際上B-2選擇F118的主要原因,是為了不破壞飛翼布局的整體外形,只能選擇體積緊湊,發動機直徑和長度都很小的型號;而相對於高速飛行性能的F100發動機,F110發動機在亞音速時的推力和油耗表現都更好。


三:B-21在將會採用哪些新的技術?性能方面有哪些變化?


B-2為了滿足搜索地面、海上目標,以及控制飛機超低空跟隨地形起伏突防的需要,它的雷達有很強的探測和掃描成像能力;但是在對未知地面威脅的感知等防禦電子系統方面,美國空軍對B-2的性能並不滿意——而在進攻性的電子戰能力,B-2更是並不具備。



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圖:B-21的電子戰能力將遠比F18G咆哮者強大


新一代的B-21將會大幅強化B-2原有的對地/對海探測和掃描功能,形成完整的情報監視偵察能力;並安裝大量電子戰系統,形成遠比F-18G和F35更強的電子戰能力——B-21本身是隱身飛機,而且可以容納的天線尺寸、設備數量和功率等級都遠比戰鬥機要大的多。這使B-21不僅難以探測,而且還能對對手的防空、指揮通信網路形成強有力的壓制、干擾、欺騙,能極大的提高自身的生存和進攻能力。


而新一代的表面隱身材料(比如做成聚合物薄膜的形式)除了隱身效果進一步加強外,將會是B-21在維護性和部署靈活性上的關鍵突破口。由於需要恆溫恆濕的機庫和大量的專業地面技術人員維護,目前B-2隻能部署於非常少的幾個特定基地(主基地是本土的懷特曼基地,另外有關島、英國費爾福德、迪戈加西亞島三個前進基地);這大大降低了B-2的使用靈活性,尤其是航線的高度固定和重複是相當大的安全隱患。



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圖:F-35上已經開始採用新的高可維護性隱身塗料,B-21上採用的將會是在F-35基礎上進一步完善進化的產品


在新一代抗氣流沖蝕、雨水高速撞擊的長壽命隱身材料和密封材料投入應用以後,B-21不僅出動能力將遠高於現在的B-2轟炸機,而且在擺脫對於特定基地的依賴方面,很有可能做到能對F35進行維護的基地就能維護B-21轟炸機,這將使很多原來針對B-2的預案完全失效。


不過在機體尺寸和載彈量上,B-21很有可能要小於B-2。B-2在研製時,精確制導武器遠不如現在發達,因此它的載彈量設計是針對投放無制導炸彈展開的。隨著精確制導武器的廣泛普及,轟炸機只用更少的炸彈數量,就能一次性攻擊比以前更多的目標。



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圖:不排除B-21採用F-135發動機基礎上的改型


在合理的削減一部分載彈量以後(關鍵作戰性能不受影響,比如彈倉容積仍然足以攜帶超重型武器),B-21可以做的更輕、尺寸更小,並且只需要使用兩台新型發動機;無論是結構製造費用、發動機採購和維護費用、飛行燃油消耗,B-21的成本都會相對於B-2出現顯著的下降。


目前尚不清楚B-21的發動機選擇,但至少不會是美國正在研發的變循環發動機——那對亞音速飛機沒有意義。目前來看,既有可能會採用F135發動機(裝備F35)的無加力版本,也有可能採用以核心機尺寸合適的新一代商業發動機(給客機、貨運機用)為基礎開發的新型號

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