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B-2“幽灵”隐身轰炸机的诞生

时间：2021-05-15 04:45:27

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B-2“幽灵”隐身轰炸机的诞生

（-08-17）

历史

1977 年 6 月美国总统吉米·卡特取消了B-1A 轰炸机项目，该机当时正遭受许多批评。B-1A 被取消的原因之一就是美国需要集中有限的资金研制空射巡航导弹，其实当时没有透露的另一个原因是美国正在研制新一代隐身轰炸机，后者难以被敌雷达发现，更易穿透敌复杂防空网。

1975 年 8 月美国国防部先进研究项目局（DARPA）邀请洛克希德、波音和诺斯罗普提供一种低可探测性飞机的初步工程数据。洛克希德赢得这次竞标，研制了“海弗兰”飞行演示机并最终发展成为。

1978 年卡特政府秘密授权启动隐身轰炸机项目，命名为先进技术轰炸机（ATB）。旨在研制可以取代 B-1A 的轰炸机，另外该机还需取代已经服役近 25 年的。ATB 是按冷战思维提出的——采用隐身技术以满载核武器渗透苏联境内上千千米而不被发现。

波音在 1979 年提出的 ATB 方案，全机为三角形飞翼布局

在 ATB 计划的早期研究阶段，诺斯罗普仍延续了 40 年代 XB-35/YB-49 的飞翼方案，在 1979 年夏正式向空军提交了新一代的飞翼方案。

诺斯罗普提交的早期方案，虽然还残留有垂尾，但整个机身是明显的飞翼布局

诺斯罗普的 YB-49，因无法解决的安定性问题而被终止研发

1980 年 9 月美国空军颁布了 ATB 的方案征询书（RFP），由于该项目在成本和技术方面存在着严峻的挑战，所以空军鼓励航空航天企业间进行合作。于是出现了两大竞争阵营——洛克希德和罗克韦尔团队，诺斯罗普、波音和凌-特姆科-沃特（LTV）团队。

1981 年 1 月 20 日里根总统当选后情况发生了变化。里根政府加大了国防投入，足以支持包括新型战略轰炸机在内的几个军事研究项目。1981 年 10 月 2 日里根总统宣布开始战略现代化项目（SMP），购买 100 架 B-1B。而 ATB 也作为 SMP 的一部分展开秘密研制，当时预计总需求量多至 132 架。只有少数内部人士才知道当时美国空军正在同时进行两种战略轰炸机的研制。

“高级钻石”方案的演进，从小垂尾—翼尖垂尾—无垂尾的变化

诺斯罗普的方案代号是“高级钻石”（Senior Ice，密语无特定含义），洛克希德的方案代号“高级钉”（Senior Peg）。“高级钻石”由诺斯罗普先进计划高级副总裁维尔科·E·加西奇主持，计划指导是哈尔·马尔卡良。洛克希德/罗克韦尔的“高级钉”方案的资料披露不多，但鉴于当时洛克希德在隐身技术上的成就以及罗克韦尔在 B-1 项目上的经验，人们普遍认为该队会赢得竞争。但 1981 年 10 月 20 日美国空军宣布诺斯罗普成为 ATB 合同的赢家，飞机编号 B-2，并签订了 6 架试飞用机和两架静态测试机的初始合同，外加 127 架生产型轰炸机的意向订货，计划在 1987 年达成初始作战能力（IOC）。

洛克希德的“高级钉”方案，有明显的 F-117 痕迹

“高级钻石”与“高级钉”各自的演进历程

在三家公司的分工中，诺斯罗普负责制造前中央机身和座舱，飞机前后缘以及控制翼面，另外还负责最后的总装和计划的整体协调。波音负责制造后中央机身和弹舱，以及外翼段和起落架。LTV 负责制造包括发动机舱在内的机翼中段和尾喷口（LTV 后被诺斯罗普·格鲁曼并购）。总装在加州帕姆代尔美国空军 42 号工厂 4 号场地进行。

B-2 机翼锯齿后缘的演进

两架 B-2 的静力测试机

结构

诺斯罗普的设计是一个纯粹的飞翼，没有垂尾或方向舵，从正上方看 B-2 就像一个大尺寸的飞去来器。B-2 的平面图轮廓由 12 根互相平行的直线组成，机翼前缘与机翼后缘和另一侧的翼尖平行。飞机的中间部位隆起以容纳座舱、弹舱和电子设备。中央机身两侧的隆起是发动机舱，锯齿状进气口布置在飞翼背部，每个发动机舱内安装两台无加力涡扇发动机。翼尖并不是平行于气流方向，而是进行了切尖以平行于另侧机翼前缘，除了翼尖外，整个外翼段没有锥度，都为等弦长机翼。机身尾部后缘为 W 形锯齿状，边缘也与两侧机翼前缘平行。B-2 的机翼前缘后掠角 33 度，为高亚音速进行了优化，由于飞翼的机翼前缘在机身之前，为了使气动中心靠近重心，也需要将机翼后掠。B-2 中央机身的深度需要足以容纳座舱和弹舱，但长度却要尽量缩短以避免在高亚音速时产生过多的阻力。中央机身外侧机翼的弦长由发动机舱以及隐身进气口和尾喷口来决定。B-2 在高亚音速飞行时，厚厚的超临界翼型将机翼上表面的气流速度加速至超音速。

B-2A 剖视图

B-2A 的大部分表面都被一层特殊的弹性材料覆盖，使表面保持均匀的电导率以减少来自接头或接缝处的雷达波反射。而在设计中不能依靠外形进行隐身的部位（如进气口）就要涂上雷达吸波材料（RAM）了，其组成成分至今仍是高度机密。RAM 是可多层喷涂的涂料，内含可将雷达波能量转换成热能的成分。全机涂上厚度适当的涂层后，特定波长的雷达波在照射到涂层后，涂层两面反射的雷达波会发生干涉，从而相互抵消。类似的概念就是光学镜头的镀膜，可以消除不必要的光线。

正在喷涂吸波材料的 B-2A

除了尾喷口后的区域外，B-2 整个飞翼后缘布置有 9 块大型的操纵翼面。最后方的“海狸尾”是一整块可动控制面，用于在低空飞行时抵消因垂直阵风引起的颠簸。最外侧是一对被称为“减速板-方向舵”的开裂式翼面。剩下 6 副翼面是用于俯仰和滚转操纵的舵面，最外侧一对在低速时也兼做副翼。B-2 原本在后机身下方设计了一对开裂式襟翼，但是风洞试验显示该机根本不需要襟翼，于是第一架试飞原型机上的襟翼被铆死。但生产型 B-2 上还是留下了襟翼的痕迹，该机的翼面积足够大，起降时完全不需要襟翼。

B-2 尾部的“海狸尾”可用于俯仰操纵。注意进气道上方打开的辅助进气门

“海狸尾”细节照片

B-2A 机腹后缘遗留的襟翼痕迹

B-2 没有垂尾，与传统飞机不同。该机呈偏航中性，也就是说当 B-2 向左或向右转弯时，不会产生回中的气动力。B-2 由机翼外段后缘的诺斯罗普专利减速板-方向舵负责偏航控制，减速板-方向舵可向上下两侧开裂，同时开裂作为减速板，不对称开裂时作为方向舵使用。由于飞翼表面的附面层的存在，减速板-方向舵至少要开裂 5 度以上才能起到作用。所以在正常飞行中，两侧的减速板-方向舵都处于 5 度的张开位置，当需要进行控制时就立即可以起作用，这也是为什么我们看到的 B-2 飞行照片中减速板-方向舵都是张开的原因。但是张开的减速板-方向舵会影响飞机的隐身效果（特别是后向），所以 B-2 在抵达战区时，减速板-方向舵会完全闭合。据说在 B-2 处于完全隐身模式时，依靠发动机推力差进行偏航控制。

在正常飞行时，B-2 两侧的减速板-方向舵都处于 5 度的张开位置

B-2 是先天静不稳定设计，依靠四余度线传系统实现稳定飞行。GE 研制了该机的飞行控制计算机单元。B-2 的机翼后缘安装了 8 个动作器远程终端，通过四余度数字式数据总线接收 GE 飞行控制计算机的指令。远程终端将数字指令翻译成模拟信号，使动作器控制翼面偏转到相应角度，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有 6 组大气数据传感器，向线传系统提供大气数据，该系统根据气压数值来确定飞机的迎角和侧滑量。

B-2A 机头上方的三组大气数据传感器（每组 4 个），下方还有三组

B-2A 机头上方的三组大气数据传感器（白色圆圈内，每组 4 个），传感器旁边是AN/APQ-181 雷达天线罩

B-2A 中央机身两侧的发动机舱内安装了 4 台 GE F118-GE-110 非加力涡扇发动机，每台额定静推力 8,618 千克。F118 是在 F101-X 的基础上研制，后者是 B-1 轰炸机 F101 发动机的战斗机型号。与 F101 相比，F101-X 有较小的低压外涵机匣，将旁通比从 2：1 降到 0.87：1。低旁通比的发动机只需较小的进气和排气系统，所以被 B-2 选中。

F118-GE-110 非加力涡扇发动机

发动机进气口远离机翼前缘，以避免被来自下方的雷达波照射到。由于肥厚的飞翼结构，B-2 可以把发动机深深地埋在飞翼内，飞翼的上表面的扁平的进气口和弯曲的进气道可以保证机载雷达无法从上方直接照射到发动机的正面，从下方就更不可能了。这样 B-2 可以采用较简单的进气口，只需要在唇部作尖齿修形就没有问题了。但是翼上进气口存在另一个问题，气流要流经飞翼的上表面一段距离才能进入进气口，加剧了边界附面层的问题，所以亚音速的 B-2 的进气口也采用了常规的分离板吸除槽口，和进气口唇部一样，也做了尖齿状的隐身修形。

B-2A 进气口细节照片，可以看到锯齿状唇口与附面层吸除槽口

初期风洞测试显示在高度弯曲的进气道内出现了一定量的气流分离，导致低速时推力的损失。为了解决此问题在进气道上方两侧加装了四个菱形发动机辅助进气门。

从这个角度看，B-2 的排气管也是 S 形的

B-2 进气口边界层分离板分理出附面层气流再被混合进尾喷口以降低排气温度，减少红外辐射。通过分离板的气流还被扩压并导向被集中称之为二次气流系统的各种内部气流管路。这包括机体上安装的附件传动装置及发动机舱的通风，环境控制系统换热器的冲压冷却气流和旁路回路的气流。在低速及地面工作时，通过位于进气道外罩顶部和每台发动机进口正前方的四个菱形发动机辅助进气门来增大供给发动机的空气流量。辅助进气门打开下的运转，降低了主进气道的质量流量比以及相应的尖唇口的转弯损失。到发动机的总压恢复提高，而进气道的压力畸变水平则降低，所以改善了低 M 数飞行状态，特别是起飞时的性能。

B-2 的发动机与进/排气管系统，可以看到为了降低排气温度，用进气口的附面层吸除槽口引入了大量冷空气

发动机尾喷口系统在设计上也是一项重大挑战。B-2A 的尾喷口需要将红外信号特征降到最低，使敌红外探测系统难以发现飞机。一些战斗机的远程红外搜索与跟踪系统和红外制导导弹的引导头可探测到发动机排放的热气和水蒸汽的热辐射，B-2 在降低红外特征上才需了相当多的措施。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翼后缘三个锯齿状突出部分之间的切口处，而且离后缘有一段距离，被机翼下表面遮蔽，从而降低了发动机喷口的热量，减少了被敌方红外探测装置发现的机会。发动机喷管则深置于机翼之内，呈蜂巢状，使雷达波能进不能出。此外，发动机构件内还装有气流混合器，它能将流经机翼表面的冷空气导入发动机中，持续降低发动机室外层的温度。喷管呈宽扁状，使人在飞机的后方无法看到喷口。特别是由于采用了喷管温度调节技术，喷管部分的红外暴露信号大为减少。另外由于喷流和流经机翼上表面的气流之间相互作用，可在尾喷口两侧边缘形成涡流，进一步降低了排气温度。

B-2 在高亚音速飞行时，机翼上表面的气流已经达到了超音速

四轮小车式主起落架安装在发动机舱两侧，向前收入机翼内，巨大的锯齿边缘起落架舱门在起降时可起到垂直安定面的作用。双轮前起落架向后收入机鼻下方。

B-2 粗壮的前起落架

外翼段内部的大多数空间被油箱占据，发动机舱之间的机身下方并列布置了两个大型弹舱，每个弹舱可挂载波音研制的先进旋转式挂架，可挂载 8 枚 908 千克级弹药，也可安装两个炸弹挂架组件以挂载常规弹药。、

波音制造的后中央机身，包含有两个大型弹舱

波音研制的先进旋转式挂架

B-2 可挂载的武器

电子系统

B-2A 的乘员编制两名，并列坐在 ACEII 弹射座椅上，飞行员在左侧，任务指挥官在右侧。座舱前方和两侧有 4 片大型风挡玻璃，乘员通过机腹舱门进出座舱，在紧急情况时，弹射座椅通过座舱顶部的易碎舱门弹射。任务指挥官负责导航和武器投放，但两名乘员都可以单独完成整个任务。每个乘员面前都有 4 个彩色 CRT 显示器，右侧有一个数据输入面板，左侧是一组油门。座舱后方还有第三名乘员的位置，但很少使用。该座位也有弹射座椅，顶部有易碎舱盖。

B-2A 的座舱布局

B-2A Block 30 的座舱仪表

B-2A 的导航系统最初由两套统组成，每套都可以单独导航，但一起工作时精度会更高。一个是 Kearfott 惯性测量单元，另一个是诺斯罗普 NAS-26 天文惯性单元。NAS-26 原本是为“鬼魅”远程巡航导弹研制的，是一个带稳定基座的光电望远镜系统，甚至可在阴天锁定预先选定的星星。该系统的观察窗口就在风挡左侧。

NAS-26 天文惯性单元观察窗口

近距离红外系统可探测到 B-2 蒙皮的热辐射，这些红外辐射可以是反射阳光产生的，也可是蒙皮和空气摩擦产生的。为此 B-2 采用了可吸收红外线的涂料来吸收阳光中的红外线，避免产生反射，这也是 B-2 全机灰色的原因。涂料吸收不了气动摩擦产生的热量，但是涂料可改变表面的反射率，将红外辐射改为大气可强烈吸收的波段，从而降低被近距离红外系统发现的几率。

B-2A 可进行中高度空中加油，加油口在座舱后上方，加油时可收放底托升出高于机背，以避免加油机探杆划伤机身。

加油时可收放底托升出高于机背，以避免加油机探杆划伤机身。注意前机身上方的 3 个白色虚线标出的弹射舱门

B-2A 安装了 GM-休斯 AN/APQ-181 雷达，如何在隐形飞机上安装雷达也是一门学问。B-2A 采用了特殊设计以达到雷达的低截获概率（LPI）目标，雷达在探测和跟踪目标时使用最低限度的能量，并且对信号进行编码使敌人难以从随机噪音中辨别出 B-2 的雷达信号。该雷达有两个独立的电扫描天线，安装在座舱两侧机翼前缘的下方。雷达具有 20 种模式，其中包括合成孔径、地形跟踪和地形回避模式，还有地面移动目标指示模式，可探测地面的车辆，以及用于空中加油的空空模式，许多关于该雷达的参数至今保密。

AN/APQ-181 雷达的电扫描天线

AN/APQ-181 雷达的安装位置

B-2A 没有任何自卫武器，取而代之的是一套自卫管理系统（DMS）。该系统由洛克希德·马丁、雷声和霍尼韦尔公司研制，具体细节是绝密。据说该系统的主要组件是洛马的 AN/APR-50（有时也被称为 ZSR-63）。APR-50 用于探测、分类、识别和定位任何发出射频辐射的敌系统。该系统从遍布机身的天线获得数据，并进行自动处理和分析，向机组提供实时更新。

服役

1988 年 11 月 22 日 B-2 首次公开露面，AV-1（82-1066）在帕姆代尔进行了揭幕仪式。此时 B-2 还未准备好首飞。由于没有披露生产和服役计划，让媒体猜测项目进度远远落后于计划，事实上也的确如此。在 AV-1 首飞推迟后媒体向更坏处猜想，同时国会坚持在首飞一切顺利之前不同意该机的任何生产计划。

1988 年 11 月 22 日 B-2 首次公开露面

1989 年 7 月10日 AV-1 进行了滑跑测试，1989 年7月 17 日在帕姆代尔首飞，试飞员是布鲁斯·J·汉兹和理查德·寇驰上校。首飞持续了 112 分钟，飞机降落在爱德华兹空军基地。随后展开了初始试飞，AV-1 被用于雷达截面积测试。1993 年初AV-1开始长期封存等待升级至服役标准后加入美国空军。

B-2 的官方草图

媒体根据美国空军发布的模糊图片猜测的 B-2 外形

媒体在这一时期普遍对 B-2 持悲观态度，众多的报刊和电视“曝光”该机存在安全性问题，并且单机价格相当高会使联邦财政破产。1990 年 10 月 19 日第二架试飞机 AV-2 82-1067 在帕姆代尔首飞，同样在爱德华兹降落。该机安装了沉重的仪器用于负载试飞。

AV-2 82-1067

1991 年 6 月 18 日 AV-3 82-1068 首飞，这是第一架雷达和导航系统测试机。

试飞中的 AV-3

1992 年 4 月 17 日 AV-4 82-1069 首飞，1992 年 10 月 5 日是 AV-5 82-1070。这两架飞机用于航电和武器试飞。1992 年 9 月 12 日 AV-4 投掷了一枚 907 千克的 Mk 84 炸弹，进行了 B-2 的首次武器试验。

AV-4 82-1069

AV-5 82-1070“火与冰”现已退役，这个绰号的由来是因为该机进行了低温和高温测试

1993 年 2 月 2 日最后一架试飞用机 AV-6 82-1071 首飞，该机用于技术指令验证和进一步的武器和航电试飞。到 1995 年 1 月这六架 FSD B-2 已进行了超过 2,300 小时的飞行，飞行超过 490 架次，其中大多数是由爱德华兹 AFB 的第 420 试飞中队完成的。

AV-6 82-1071

1993 年 12 月首架生产型 B-2（AV-7 88-0328）交付惠特曼 AFB。此时该机的生产数量已明确远低于计划的 132 架。国防部长切尼发起的一项军事复审宣布 B-2 的总数量将削减至 75 架，到 90 年代中期生产速度仅为每年 12 架。随着 1991 年 10 月苏联和华约的瓦解，国会冻结了 B-2 的生产计划，仅批准 16 架。1992 年 1 月布什总统宣布政府将寻求生产另外 5 架 B-2 的资金，将总数提高到 21 架，其中包括 6 架试飞机。

AV-7 88-0328

1994 年诺斯罗普并购格鲁曼，形成诺格公司。

1994 年 11 月共和党出人意外地获得国会两院的控制权，国防预算有望增加，这也意味着可能购买更多的 B-2。诺格建议再生产 20 架 B-2，但是克林顿政府不支持在 B-2 和空军身上花更多的钱，仅为将 AV-1 升级至作战状态预留了资金。

B-2A 三面图

1996 年 9 月 AV-4 进行了地形跟踪资格试飞。到 1997 年 1 月 B-2 具备了有限的作战能力。1993 年 12 月~1995 年末首批 10 架 B-2（AV-1007~AV-1016）作为 Block 10 批次交付。Block 10 主要用于飞行员和地勤的训练，起飞重量都限制在 138,350 千克以下，没有地形跟踪雷达并且不能投放任何精确制导武器。

1996 年交付了 3 架 Block 20 批次的飞机（1017~1019）。Blcok 20 的起飞重量提高到 152,600 千克，并且具有地形跟踪能力，DMS 可在 1~3 波段运行。Block 20 升级还包括带适形天线的 GPS 接收机系统，取代了日常飞行所使用的天文-惯性导航系统，但天文-惯性仍作为不被干扰的备份系统保留下来。此外还改进了环境控制系统。Block 20 飞机可挂载 B61 核弹、集束炸弹和某些型号的精确制导武器。从 1996 年中期开始 5 架较新的 Block 10 飞机（1012~1016）也开始了升级至 Block 20 的项目。

第 509 轰炸机大队的 B-2 Block 30“宾夕法尼亚幽灵”号

Block 30 是具有最终作战能力的批次。Block 30 改进包括拆卸和替换飞机所有的边缘，包括前缘和控制翼面。改用改进型 RAM 涂层。改进航电软件使 B-2 具备最低高度 60 米的地形跟踪飞行能力。DMS 增加了波段 4。允许机组在飞行中重新规划任务。Block 30 还集成了空军任务支持系统（AFMSS），可使 B-2 在世界各地的美军基地起飞作战，该系统取代了原先的战略任务制定和规划系统（SMDPS），后者只能用于核任务并且只能用于 B-2 的本土主要基地。最后两架 B-2 按 Block 30 标准制造，1997 年 8 月首架 Block 30 B-2A 交付，到 2000 年末所有 21 架 B-2 都升级至 Block 30 标准。

B-2 Block 30 投掷 JDAM 炸弹

密苏里州怀特曼 AFB 的第 509 轰炸联队是首个接收 B-2 的联队。该联队在 1993 年 4 月 1 日重新组建来接收 B-2。第 509 联队的历史可追溯到第 509 混编大队，在二战中向日本投下了原子弹。第 509 联队之前在新罕布什尔州皮斯 AFB 操作 FB-111A，1988 年皮斯基地关闭时被解散。第 509 联队下辖第 393 轰炸中队和第 394 战斗训练中队。1993 年 12 月 17 日该联队接收首架 B-2，1995 年 1 月 24 日该联队的一架 B-2 参加了内利斯基地的“红旗”演习，投掷了两枚 Mk 84 炸弹，从此 B-2 定期参加“红旗”演习。1997 年 1 月 1 日美国空军宣布第 509 联队达到有限作战能力，可投掷常规武器。同年 4 月 1 日美国空军宣布第 509 联队可同时执行常规和核任务。1998 年 1 月 8 日第 325 轰炸联队并入第 509 联队。

第 509 轰炸联队徽章

1996 年 5 月 B-2 机队因其中一架飞机发现尾喷管固定件裂纹而停飞 8 天，期间检查了所有飞机的尾喷管固定件，出现问题的统统更换。1997 年 4 月因一架飞机在飞行中发动机传动轴破损而又一次停飞，调查发现传动轴总成壳体上有检测不到的裂纹，该机在 4 月中旬重返蓝天。

1999 年 3 月 24 日第 509 联队的两架 B-2A 参加了北约轰炸科索沃的“盟军”行动，B-2 从怀特曼 AFB 起飞后飞行 31 小时轰炸了科索沃的目标，这也是 GBU-29/30 JDAM 的首次实战。

B-2 的隐身涂层修复过程，涂料具有毒性。日常 B-2 的涂层维护工作相当繁琐

B-2 清单

82-1066/1071 B-2A Block 10（AV-1/AV-6，c/n 1001/1006）

1066”致命美女“，2000 年升级成 Block 30，现名”美国幽灵“。

1067”亚利桑那幽灵“，1997 年升级成 Block 30。

1068”Shady Lady“/”鬼魂“，1999 年升级成 Block 30，现名”纽约幽灵“。

1069”印第安纳幽灵“，2000 年升级成 Block 30。

1070”火与冰“，1999 年升级成 Block 30，现名”俄亥俄幽灵“。

1071”黑寡妇“，升级成 Block 30，现名”密西西比幽灵“。