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浅析:美军B-2隐形轰炸机的具体设计

时间:2020-11-30 14:07来源:温哥华的鱼 作者:中国航空

 

  在总体布局确定之后,B-2开始进入工程设计阶段,首要任务就是将各类研发风险归零。第一个难题来自复合材料,B-2的翼展达到52.4米,机翼表面积非常大,采用常规的钢、铝、钛材都会过于沉重而失去实用价值。

  和很多文章上的说法有些许差别,B-2的翼展和XB-35/YB-49并不完全相同,而是短了152毫米,采用这一长度的翼展只是工程上的巧合而并没有多少技术方面的继承。


 



> 上图的模型尺寸也不完全准确,不过很好地展现了3种飞翼轰炸机的异同

  当时复合材料已经在航空工业中得到广泛运用,空客A320率先采用复材主翼,但机翼主体结构还是铝合金的,而B-2的机翼完全由碳-石墨复材构成,这么大的尺度还从未遇到过。

  诺斯罗普和空军共同投资开发了很多新型制造技术:LTV公司负责研究在复材中安装紧固件和喷水切割复材的工艺;波音负责拉挤成形、巨型高压釜、复材结构超声波探伤技术以及最核心的大面积复合材料编织成型技术,包括机翼主体部分。这些大型构件制成后又被拆解进行全面分析,以确认它们能够承载设计的结构载荷。


 



> B-2的“首飞”是在C-5A的机腹里完成的,其复合材料的机翼和弹舱总成从西雅图波音军机工厂空运至加州帕姆代尔

  空军一度打算让波音另行研制一款全铝制机翼,以便在复材不过关时作为替代方案,不过诺斯罗普团队最终证明他们可以设计制造出合格的大尺寸复材结构件,诺斯罗普通过B-2项目获得了全球航空工业中最强大的高压釜产能。B-2的研制推动着整个美国航空制造业向前迈出了一大步,为今后在波音777、787上大规模应用复合材料以及集成式全数字化设计铺平了道路。

  B-2是航空史上最复杂的飞机之一,其复杂程度超过F-117的5-6倍。初代隐身机F-117被赋予的任务相当简单,就是作为“银子弹”穿透东欧前线在目标区投掷2枚激光制导炸弹然后回家;而对B-2的要求则要全面得多,从核威慑值班到常规战术轰炸都有涉及。这也反映在两种飞机的航电系统上,F-117作为战术攻击机隐身性就是它的一切,飞机上甚至没有安装雷达;B-2被塞进了全套的电子对抗和轰炸雷达系统,在机体表面集成了众多小型天线阵列,这些高增益天线本身都是强烈的散射源,如何让它们相互兼容并且具备低探测性充满了挑战。座舱显示系统和数据处理也远比今天困难得多,80年代初最快的军用计算机处理器只有512K字节,处理速度慢就只能增加并行运算的处理器数量。


 



> 总装线上的B-2,机身上分布了很多嵌入式传感器

  在消灭所有设计风险后,下一关是如何从图纸过渡到制造。诺斯罗普必须在最严格的安全保密措施下迅速建立起B-2的生产线。冻结状态后,半个美国航空工业都为B-2运转起来:在西雅图,波音公司为B-2的复合材料机翼制造了世界上最大的高压釜和超声波探伤设备;在德州,LTV正在琢磨如何为巨大的S型发动机进气道开发模具;诺斯罗普买下了福特位于大洛杉矶Pico Rivera的工厂并将它彻底推平,按B-2的生产和保密要求重建了整个厂区,B-2的各个分系统都在这里生产组装。


 



> 注意Pico Rivera工厂园区右下角小公园的形状

  最后的总装由位于加州帕姆代尔的空军42号工厂完成,该绝密工厂隶属于空军装备司令部航空系统中心,由爱德华兹空军基地负责管理。


 



> C-5A机组“偷拍”的B-2总装厂房

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