隐形轰炸机是如何“隐身”的?

诺斯罗普的设计是纯飞翼,没有垂尾和方向舵。从顶部看,B-2就像一个大规模的回旋镖。B-2的平面轮廓由12条平行线组成,机翼前缘与机翼后缘和另一侧翼尖平行。飞机的中间部分凸出来,以容纳驾驶舱、炸弹舱和电子设备。中央机身两侧的凸起为发动机舱,飞翼背部设有锯齿状进气口。每个发动机舱内安装两台加力涡扇发动机。翼尖不平行于气流方向,而是被截断成平行于另一个机翼的前缘。除翼尖外,整个外翼段无锥度,为等弦长机翼。机身尾部后缘呈W型,边缘也与两侧机翼前缘平行。B-2的机翼前缘后掠角为33度,这是为高亚音速而优化的。由于飞翼的机翼前缘在机身前方,为了使气动中心接近重心,需要对机翼进行后掠。B-2的中机身需要足够深,以容纳驾驶舱和弹舱,但长度应尽可能缩短,以避免在高亚音速时阻力过大。中央机身外翼弦长由发动机舱、隐身进气口和尾喷管决定。当B-2以高亚音速飞行时,厚的超临界翼型将机翼上表面的气流速度加速到超音速。

B节-2A

B-2A的大部分表面覆盖着一种特殊的弹性材料,使表面保持均匀的导电性,以减少接缝或节理处的雷达波反射。在设计上,外观看不到的部分(比如进气口)会涂上雷达吸波材料(RAM),其成分仍然高度保密。RAM是一种多层喷涂涂层,其中含有能将雷达波能量转化为热能的成分。整机镀上适当厚度的涂层后,特定波长的雷达波照射在涂层上后,涂层两面反射的雷达波会相互干涉,从而相互抵消。类似的概念还有光学镜片的镀膜,可以消除不必要的光线。

2A被喷上吸收材料。

除了尾喷管后面的区域,B-2飞翼的后缘有9个大的操纵面。最后面的“海狸尾”是一个整体可移动的操纵面,用来抵消低空飞行时垂直阵风带来的颠簸。最外侧是一对被称为“减速板-方向舵”的分离式翼型。剩下的六个副翼面用于俯仰和滚转控制,最外面的一对也用作低速时的副翼。B-2原本在后机身下设计了一对分离式襟翼,但风洞试验表明飞机根本不需要襟翼,所以首飞试验原型机上的襟翼就被铆死了。但生产型B-2还是留下了襟翼的痕迹。飞机的机翼面积足够大,起降时不需要襟翼。

B-2尾部的“海狸尾”可用于俯仰控制。注意在进气口上方打开的辅助进气阀。

“海狸尾巴”细节照片

B-2A腹部后沿留下的拍打痕迹

B-2没有垂尾,与传统飞机不同。飞机偏航中性,即B-2左转或右转时,不会产生定心的气动力。B-2由诺斯罗普公司的专利速度制动舵在外翼后缘控制。减速板——方向舵可以上下开裂,和减速板同时开裂,不对称开裂时可以当方向舵用。由于飞翼表面有边界层,减速板-方向舵至少要开裂5度才能工作。所以在正常飞行中,两侧的减速板-方向舵都处于5度的开启位置,需要操控时可以立即工作,这也是为什么我们看到的B-2飞行照片中的减速板-方向舵都是开启的。而打开的减速板方向舵会影响飞机的隐身效果(尤其是向后的方向),所以当B-2到达战区时,减速板方向舵会完全关闭。据说B-2在完全隐身模式下,依靠发动机推力差进行偏航控制。

在正常飞行中,B-2两侧的减速板方向舵处于5度的打开位置。

B-2本来就是静态不稳定的,它依靠四余度的有线传输系统来实现稳定飞行。通用电气公司开发了这种飞机的飞行控制计算机单元。B-2的机翼后缘安装了8个作动器远程终端,通过四余度数字数据总线接收ge飞控计算机的指令。远程终端将数字命令转换成模拟信号,使致动器控制机翼偏转到相应的角度。远程终端还负责控制所有必要的反馈回路。在B-2风挡前的机翼前缘安装6组大气数据传感器,向有线传输系统提供大气数据,有线传输系统根据气压值确定飞机的迎角和侧滑角。

B-2A机头上方有三组大气数据传感器(每组4个),下方也有三组。

B-2A机头上方有三组大气数据传感器(白色圆圈内每组四个),传感器旁边是一个/APQ-181雷达罩。

B-2A中央机身两侧的发动机舱内安装了四台GE f 118-GE-110无加力涡扇发动机,每台额定静推力为8618kg。F118是在F101-X的基础上发展起来的,是B-1轰炸机F101发动机的战斗机型号。与F101相比,F101-X具有更小的低压外旁通缸,使旁通比从2: 1降低到0.87: 1。低涵道比的发动机只需要较小的进排气系统,所以被B-2选中。

f 118-GE-110无加力涡扇发动机

发动机进气口远离机翼前缘,以避免受到下方雷达波的照射。B-2由于采用了较厚的飞翼结构,可以将发动机深埋在飞翼中,飞翼上表面的扁平进气口和弯曲进气口可以保证机载雷达无法从上方直接照射到发动机正面,更不用说从下方了。这样B-2就可以采用更简单的进气口,只需要修改带有尖齿的唇口就没有问题。但是,机翼上的进气口还有一个问题。气流要流经飞翼上表面一定距离才能进入进气口,加剧了边界层的问题。所以亚音速B-2的进气道也是采用常规的分隔板去掉缺口,和进气道的唇口一样,也进行了偷偷的改装。

详细照片的B-2A进气口,你可以看到锯齿状的嘴唇和边界层吸力缺口。

初始风洞试验表明,大弧度进气道存在一定的气流分离,导致低速时推力损失。为了解决这个问题,在进气口上方两侧安装了四个钻石发动机辅助进气门。

从这个角度来看,B-2的排气管也是S型的。

B-2进气道边界层分离板分离出的边界层气流混入尾喷管,降低排气温度和红外辐射。穿过隔板的气流也膨胀并被引导至各种内部气流管道,统称为二次气流系统。这包括安装在发动机机体上的附件变速器和发动机舱的通风、环控系统热交换器的冲压冷却气流和旁通回路的气流。在地面上低速工作时,发动机的空气流量通过四个菱形发动机辅助进气门增加,这四个进气门位于进气罩的顶部和每个发动机进气口的前面。辅助进气阀打开时的操作降低了主进气口的质量流量比和相应的锐唇转动损失。提高了发动机的总压恢复,同时降低了进气道的压力畸变水平,从而改善了低空飞行状态,尤其是起飞时的性能。

B-2发动机和进/排气管系统,可以看出,为了降低排气温度,用进气道的边界层吸收槽口引入了大量的冷空气。

发动机尾喷管系统的设计也是一大挑战。B-2A的尾喷管需要将红外信号特性降到最低,导致敌方红外探测系统很难发现飞机。一些战斗机的远程红外搜索跟踪系统和红外制导导弹的制导头可以探测到发动机散发的热气和水蒸气的热辐射,B-2需要相当多的措施来降低红外特性。其中之一是尽可能快速有效地降低排气温度。B-2飞机的发动机尾喷管位于机翼后缘三个锯齿状突起之间的缺口处,在一定距离内被机翼下表面覆盖,从而降低发动机喷管的热量,减少被敌方红外探测装置发现的机会。发动机喷口深入机翼内部,呈蜂窝状,雷达波可进不出。此外,发动机组件还装有气流混合器,可将流经翼面的冷空气导入发动机,持续降低发动机外层温度。喷口又宽又平,让人看不到飞机尾部的喷口。特别是喷嘴温度调节技术,大大降低了喷嘴的红外曝光信号。此外,由于喷流与通过机翼上表面的气流相互作用,尾喷管两侧可形成旋涡,进一步降低排气温度。

当B-2以高亚音速飞行时,机翼上表面的气流已经达到超音速。

四轮台车式主起落架安装在发动机舱两侧,并向前收进机翼。巨大的锯齿状边缘起落架舱门可以在起飞和降落时起到垂直稳定器的作用。双轮前起落架在机头下向后收起。

B-2的厚前起落架

油箱占据了外翼部分内部的大部分空间。两个大型炸弹舱并排布置在发动机舱之间的机身下方。每个弹舱可以安装一个由波音公司研制的先进旋转挂架,8枚908kg弹药,还可以安装两个弹架组件挂载常规弹药。

由波音公司制造的后部中央机身包含两个大型炸弹舱。

波音公司开发的先进旋转挂架

B-2可挂载武器

在修复B-2隐身涂层的过程中,涂层有毒。B-2的日常涂层维护相当复杂。