野马T耗与动力性能之间的关系?,

B-2的发展设计历史,其实就是驯服空中野马的过程

很多人觉得B-2“幽灵”隐身轰炸机是一个外星人的科技,以地球人的科技水平是根本造不出来的。从玄幻的角度可以这样想这个问题,但是如果实事求是的说,在二战就已经有了飞机布局的概念。

当然,由于二战期间对雷达的认识不足,飞翼布局从根本上也并不是为了满足隐身需求而设计的,其主要的设计目的则是为了“增加航程”。

要想弄明白这个问题,就得从二战德国的科技来刨根问底了。在1943年,德国研制出了第一架可以实用的喷气式战斗机Me 262。

这架飞机大家应该比较了解的是“世界上第一架喷气战斗机”,除此之外大家对这架战斗机应该知之甚少。

这架飞机使用了两台容克斯生产的jumo 004喷气引擎。虽然二战的科技水平和现在不可同日而语,但这两台引擎已经具备了现代喷射引擎的所有主要特征。现代喷射发动机的主要特性之一其实就是油耗大了。虽然以现在的眼光来看jumo 004发动机只有8.8千牛的最大推力,但是它的耗油量依然是巨大无比的,燃料消耗率直接达到了1.39 N/(N·hr)。

1.39N/N·hr的具体数值很多人是没有概念的,实际上是指发动机产生一牛的推力一小时要消耗多重的燃油。作为对比,我们可以看一下F-15所使用的F100发动机,F100发动机在不开后燃器的状态下推力为79千牛,几乎是Jumo 004 发动机的9倍,而F100的耗油量仅仅为7.7 N/(N·h)也仅仅是Jumo 004的5.57倍。

这样比较一下不难发现早期的ME262 是一架相当耗费燃料的飞机。虽然在ME262的标柱最大航程为1080公里,但基本上这架重量只有3.8吨重的战机则需要载重至少两吨半的燃油才能飞行1080公里。

对于相对比较小型的Me262如果希望扩大航程则是完全不可能的事情了。

战斗机还好说,对于二战德国喷射引擎性能的吸引力更大的则是使用喷射引擎的轰炸机上,这样就可以以最高速度飞向盟军的城市开始大规模轰炸。

看一下Me262的机身设计我们不难发现,这架飞机内部大部分空间都被油箱所占据:

在战斗机上还好,毕竟,二战战斗机上并不需要负载机枪之外的武器,而对于轰炸机来说,这样的设计就完全不能携带足够的炸弹进行轰炸任务了。

于是德国便开始设计了Ho 229。

从战机血统的方向来说,Ho229 和Me 262有着相同的血统,而多出来的宽大机翼的设计则是为了给机身中部能够承载更多炸弹进行的让路妥协方案。

从未完成的Ho 229机体结构上我们可以看到这架 飞机的机身中部已经掏空为弹舱。

所以,对于二战德国来说,飞翼布局仅仅是为了利用宽大的机翼增加载油量的设计而已,和隐身飞机基本上是不沾边的。

对于这样的设计,在德国失败后,诺斯罗普也有了相当的传承。

最初诺斯罗普所推出的XB-35也一样秉承着二战德国的思路,利用加大的机翼空间作为大容量的油箱储存燃油。

XB-35上安装了四台普惠的R-4360活塞式引擎。每台引擎的功率大约有3500马力。这型引擎也安装在美军的C-97运输机上。这里就得特别注意的一点就是C-97的航程了。

在常规布局的C-97上,四台R-4360引擎可以驱动C-97达到6920公里的最大航程。

然而在使用飞翼布局的XB-35上,由于机翼内有更大的载油量,XB-35的最大航程就直接飙升到了13100公里,这就几乎是C-97的两倍。

同时,在XB-35(YB-35)的项目研究过程结束后,真正使用喷射引擎的YB-49就正式进入到了原型机研制阶段。

这架飞机如果从上部看起来和B-2的外形就十分接近了,但是要注意的一点是这架飞机依旧不是以隐身为目的研制的轰炸机。而是飞翼布局向后演进的一个“项目产物”。

XB-35到YB-49S的演进过程

诺斯罗普有一张比较珍贵的照片,是将XB-35到YB-49S的所有样机放在一起拍摄出来的,这是“诺记”飞翼布局的演进路线。再往前则可以放一架B-2了。当然现在还没有轮到B-2.

如果要从其他角度去看这架YB-49也是可以看到其根本没有考虑隐身特性的证据:

8台发动机分两组位于飞翼的两侧,同时飞翼的前沿也开出了巨大的进气道。这样的设计实际上是完全不考虑雷达隐身的设计。

依旧是依靠宽大的机翼超大容量的载油能力,这架YB-49最出色的性能就是“航程”,达到了16057公里

在YB-49有着16000公里以上的航程表现的状态下,已经是符合了美军超远程轰炸机的航程标准,但这个型号的轰炸机一共只做了三架原型机和几个未完成的机体就草草的落幕,并没有真正的投入生产和服役。

其主要的一个原因在于一次YB-49的空难事件。

1948年6月5日,YB-49的第二架原型机坠毁,导致5名参与试飞的机组成员全部死亡。原型机在飞行过程中完全失控,大角度俯冲导致机身结构崩坏、机翼脱落分离。

这件事的最基本原因在于,飞翼布局实际上是一种“静态不稳定布局”在1950年代并没有任何计算机辅助驾驶的设备,仅仅依靠简单的电路设计和人力“握紧操纵杆”的方式进行飞机的姿态控制。这样的结果导致美国空军认为“飞翼设计是完全不可行的”。

从而美国空军开始转向了另外一条发展道路,利用巨大翼展来获得“额外的”载油空间,并紧贴着常规布局的路子发展大型轰炸机。这就是我们现在还能看到的老爷轰炸机B-52了。

从B-52的设计来看,这架翼展超过50米的大型轰炸机依然具了一个超大无比的机翼,相对于机翼来说机身则瘦得只剩下一根杆了。

而从实用角度上来说,B-52其实就是飞翼加上了一个可以充分稳定飞行方向的机身结构。

如果还是不理解这样的气动布局那么完全可以参考下玩具飞机的设计。

在此时,机身的作用就只是将气动控制面“放置”在合理的位置上,水平尾翼和垂直尾翼通过一根杆子放在合适的位置,这时气动控制对于整体机身的控制是符合杠杆原理的,效率就可以达到最大化。

YB-49的项目也并非一无是处,它额外的让美军发现了飞翼布局的另一个优点——雷达反射截面相对很小。

所以说,飞翼布局不仅仅是载油量大这么一个优点,还有一个优点就是——飞翼布局是天然的隐身飞机布局。

在美军的轰炸机计划中,为了突破苏联防控体系在一段时间内尝试使用了各种不同的脑洞大开的方式。

美国空军通过了北美洛克威尔公司研制了一型B-1A高空高速轰炸机。

B-1A

这架飞机很多人如果不注意机徽的话会直接说是Tu-160。但要注意一点,B-1A和Tu-160的差异在于这型飞机是带有一个小鸭翼的。

当年美国的构想和苏联同出一辙,希望利用高空高速的重型轰炸机突破对方防空导弹和战斗机的封锁,进入敌方腹地进行战略轰炸任务。

但是,由于防空导弹、雷达系统的发展要远快于轰炸机的发展,因此这条路从本质上已经被堵死。

当然,B-1A行不通后美国还有对B-1B的尝试,利用低空高速突防的形式进入对方领空。

在加装了地形跟踪雷达后,稍微改进气动设计的B-1B可以在30-50米的高度以1.6马赫的速度高速突进到对方领空,由于飞的低,雷达很难在远距离发现低空入侵的轰炸机。

但过低的飞行高度以及实际上战场中高低不平的地形很难让B-1B有合适的飞行环境。因此对于美国来说B-1B实质上也是一个失败的作品。

这时,美军就开始考虑隐身飞机了。

现在咱们归纳一下美军的思考路经

B-52——能够飞的到对方领空的轰炸机

B-1A——能飞到敌方导弹无法攻击高度的轰炸机

B-1B——能尽量让敌人无法察觉到的轰炸机

B-2——隐身轰炸机

B-2的项目几乎是被钦点到诺斯罗普,理由也很简单,目前没有任何大型飞机的结构能够像飞翼布局的飞机拥有巨大航程之外还有很小的雷达截面积。

说是钦点给诺斯罗普其实还是有点夸张的,在B-2的原始计划ATB(The Advanced Technology Bomber,先进技术轰炸机)中波音,麦道,洛克希德马丁等公司实际上也是拿出了自己的设计方案。

洛克希德ATB方案

麦道ATB方案

波音 ATB方案

但几乎无一例外的都是飞翼布局方案。这当然就是给诺斯罗普送人头了,毕竟,这家公司在之前已经设计了大量飞翼布局的大型飞机,技术上更加成熟。

而对于诺斯罗普本质上需要解决的问题也只有一个——如何控制好“飞翼”这种空中的脱缰野马。好在计算机技术在80年代已经得以突破性发展。对于飞翼布局的控制是有借助于计算机辅助控制大环境前提了。

最终B-2轰炸机在四部飞行控制电脑的协助下可以安全飞行。这些电脑在每秒钟会扫描B-2的各种飞行传感器80次,在百分之1.2秒内对飞机的姿态进行修正。

如果说B-2隐形飞机可以飞到天上,“隐形”也并不是一个特别重要的因素,更重要的核心则是“飞”。

同样借助于电脑控制远超过人类机能的响应速度前提下,B-2上各种实际上“不符合”飞行原理的设计才可能得以实施。

看一下B-2的细节图片:

为了隐身的设计需求,B-2的飞翼前缘部分设计上是有一条直线的。这条直线贯穿了整个机翼前缘。如果从空气动力学角度来说,机翼前缘的切面线条会带来空气气流的紊乱,而紊乱的气流则直接冲上了驾驶舱和进气道,这样就带来了更大的不确定性。

这种现象在较低的速度下也会形成机翼整体上部的低压区。“低压区”对于战斗机来说是一个不可或缺的至宝,但对于大型轰炸机来说则是一个可能带来坠毁的隐患。

B-2则可以借助计算机和传感器在百分之一秒的级别上修正这些低压区带来的偏航和滚转。这样的设计也就是B-2最终能被设计成隐形飞机的第一保障了。

至于隐身飞机的“涂料”,在B-2上其实还真没有太多的秘密。

这是一种聚氨酯和金属颗粒混合的粘性涂料,当不同频率的无线电波射入涂料层后,不同大小的金属颗粒之间的电容作用会隔离无线电波,使之逐渐的转化为热能发散掉。

在30年前,这种涂料还是一种神奇的东西,但是现在我们自己其实也能生产出来性能相同的产品。类似于歼-20上面的涂料其实和B-2是一种东西,只不过目前的技术更加先进,涂料的抗剥离特性更强些罢了。

所以,如果我们仔细讲B-2隐身飞的设计历史,那么我们会发现B-2“隐身”的因素反而是在其次,其更重要的内容是如何利用计算机辅助控制飞行的传感器和计算技术。毕竟,一只空中的脱缰野马如果飞不稳,隐身效果再好也没有意义。

2024-03-29

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