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揭秘将催生下一代隐身技术的B-21远程轰炸机

2017-1-4 08:22| 发布者: admin| 查看: 53| 评论: 0

摘要: 引言美国Scout综合体育新闻网日前刊发文章,对美国空军的新型远程轰炸机B-21的有关情况进行了分析介绍,并指出B-21的隐身技术将能够躲避当前世界上最先进的防空系统。那么这是否代表着B-21将催生下一代隐身技术呢?文 ...
引言
美国Scout综合体育新闻网日前刊发文章,对美国空军的新型远程轰炸机B-21的有关情况进行了分析介绍,并指出B-21的隐身技术将能够躲避当前世界上最先进的防空系统。那么这是否代表着B-21将催生下一代隐身技术呢?文章给出了一些评论性看法。


根据美国空军部长德博拉·詹姆斯的观点,B-21新型远程隐身轰炸机所采用的隐身技术能够使其躲避世界上现有最先进的防空系统。詹姆斯表示,当空军首度公开B-21轰炸机时,该轰炸机躲避最先进、最尖端的敌人防空系统的工程设计计划就已经开始。但是俄罗斯媒体近期报道声称,B-21的隐身技术对其防空系统是无用的。俄罗斯制造的S-300以及S-400防空系统被认为是世界上最好的。此外,美国“国家利益”网站称,俄罗斯正在开发S-500防空系统,它能够摧毁200公里以外的隐身目标。而一些观察家则认为,美国空军关于B-21构型的早期声明表明轰炸机的尾喷管是不可见的,这可能意味着美国空军已经发现了新型轰炸机释放烟气或减少热信号的新方法。


关键词:B-21的隐身技术相关情况


关于其隐身技术,还没有太多可用的公开信息。但是工业界已经表示,新型轰炸机将可以躲避世界上最先进的雷达系统。例如,低频监视雷达可以发现在防空系统附近活动的飞机,而高频交战雷达可以让综合防空系统锁定快速移动的飞机。而新轰炸机的下一代隐身构型概念是要能够让轰炸机躲避所有的监视和交战雷达。这种轰炸机的设计理念是实现轰炸机在世界上任何一个地方飞行、操作和打击的能力,同时又不让敌人发现飞机的位置。实际上,这种意图原本是B-2轰炸机所要实现的目标,但是防空技术的进步最终使得它很难实现这种目标。而新型轰炸机的探测躲避能力要能适应更快的处理器、数字网络和传感器在更广、更长的范围内探测的挑战,这包括UHF、VHF和X频带。


隐身技术是通过对飞机的外部轮廓和热信号进行设计,来躲避敌人雷达系统的探测。同时,防空技术的进步也越来越使开发商将隐身构型仅当做隐身技术的一种分支,特别是在未来战斗机的应用开发方面。新的隐身飞机也将可以通过速度、远程传感器和机动能力作为躲避敌人防空系统的附加战术,因为,随着技术的不断进步,隐身构型将越来越受到挑战。尽管B-21的构型与现有B-2轰炸机非常相似,但隐身技术将使得新型轰炸机的隐身能力远远超过B-2。同时,B-2也正利用一种称为“防御管理系统”的新技术进行改进,该系统技术可以使得B-2更好的识别地方防空系统的位置。


关键词:B-21的相关数据


B-21是美国第五代全球精确打击平台,它可以让美国拥有网络化感应射杀能力,从而可以让美国以其对手从未见过的方式打击世界上任何一个地方的目标。


新型轰炸机B-21通过正式的命名竞选过程已经定名为“突袭者”(这是被普遍认为最贴切的一种译法),其命名竞选参与者包括空军成员及其家属和其他人员。B-21已经被定义为下一代隐身轰炸机,将采用新的隐身技术,并最终取代现役的B-2轰炸机。B-21将能够从美国大陆起飞,通过长途飞行提供一种远程到达能力,并且不用担心途中会被瞄准攻击的威胁。


美国空军已经将新型轰炸机的生产合同授予诺格公司。美国空军计划到2020年代中期将B-21投入使用,并计划采购80-100架该新型轰炸机,其中每架轰炸机的单价按2010年美元币值计算约合5.5亿美元。


在授予诺格公司生产合同之前,美国空军已经同大量的国防公司开展了该项目的秘密技术研发。目前美国空军已经在新型轰炸机技术研发上投入了10亿美元。新型轰炸机的技术要求已经被设定并固化,以便采用成熟技术来满足其任务需求。


新型远程轰炸机项目将建立在美国空军所谓的“开放式系统架构”基础之上,这种架构概念是一种工程技术,它可以一种更快速的方式将新出现的技术向平台集成。


该新型轰炸机有可能采用无人及有人驾驶并存的方式。


揭开新一代隐形轰炸机B-21的神秘面纱


2016年初,美国空军部长德博拉·詹姆斯透露,美国空军新一代轰炸机将被命名为B-21,在未来作战中正式取代现役的B-2轰炸机成为下一代美军轰炸机主战力量,一石激起千层浪,作为美军在亚太的主要对手中国,该如何看待这种新世纪的作战利器,本文将试图给出一些答案。



B-21的官方概念图和美军的B-2轰炸机极为相似,有人认为B-21就是B-2的袖珍版,虽然B-21的具体数据尚在保密状态,但结合嗅觉灵敏的记者们透露的信息和智库报告,B-21可能的性能有:

作战半径在4600km以内,最大航程在9300km以内。

使用两台航空发动机。

拥有更好的隐身能力。

计划生产80-100架,预计出厂价5.2亿美元。

载弹量在9-18吨范围内。

使用小直径炸弹SDB-Ⅱ作为主战武器。

集侦察/通信/打击/指挥/电子战为一体,是一个综合作战平台。

是一款有人驾驶轰炸机。


本文假定这些信息都为真实的,在此基础上,就可以以B-2为模板对B-21的设计和可能拥有的作战性能做出一些合理的推断。

飞行性能的推断


飞行性能主要包括飞机的飞行速度性能和机动性能。


B-2使用了4台通用电气的F118-GE-100涡轮风扇发动机,这种发动机是上世纪80年代研制,较为古老。而根据概念图和已有的消息,B-21则使用了两台发动机,其最有可能直接使用F-35上装配的F-135发动机,两种发动机的性能对比如下:


长度

直径

干重

最大推力

推重比

F-118

2.55m

1.18m

1452kg

17,300  lbf

5.9

F-135

5.59m

1.16m

1701kg

43,000  lbf

11.4


也就是说,B-2发动机的最大推力为4×17,300 lbf=69200 lbf,而B-21则为2×43,000lbf=86,000lbf(考虑到进气道进气对不同发动机的影响以及发动机直接互相干扰等因素,真实值要稍小一些)。


于是B-21就比B-2多出了16800lbs的推力,但B-21因为整体要比B-2小,而且在航电、飞控上采取了现代技术,其重量也应该要比B-2小一些。



从概念图上看,B-21基本延续了B-2气动构型,因为本身更小,所以整体的阻力也不可能超过B-2。


这几点总结起来就是,B-21在飞机整体推力大于B-2的情况下,重量和阻力特性都要小于B-2。根据牛顿定律ma=T-f(T为推力,f为阻力,m为质量,a为加速度),B-21就拥有比B-2更好的加速性能。


飞机飞行在某一飞行速度时,其阻力和速度的平方成正比,待发动机推力和阻力相等时,飞机就开始做匀速运动,这就是飞机的最大速度,于是发动机推力越大,能够达到的速度越高。


众所周知,B-2的巡航速度为0.85马赫,最高速度0.95马赫,偶尔可以达到超音速大但不符合战术原则,主要是因为隐身涂层在超音速飞行状态下易损坏影响飞机作战性能,但发动机推力不足以维持长时间的超音速飞行也是重要原因。


实际上,B-2的构型本身就是流线型,翼身融合非常好,其整机的常规阻力不大的,而这种没有垂尾的飞机,相对于有垂尾的飞机阻力一般都可以减少30%,音速飞行时激波阻力降低更多,B-21比B-2更小,阻力自然更小,因此B-21突破音速飞行完全是有可能的。


一般飞机都会通过对外形的修改,使得飞机的临界马赫数提高,而B-2和B-21的外形设计,本身是具备这种潜质,从垂直方向看,两种飞机都很薄,因此迎风面积并不大,从水平方向上看,后掠式倾斜的机翼设计,可以将一部分气流阻力分流,后掠角越大,分流效果越好,能够达到的速度也就越高。如果B-21再使用比B-2角度更大的机翼后掠角,并且将机翼变得更薄的话,就有可能达到超音速巡航状态。



实际上,如果B-21不具备超音速巡航能力,其只能相当于一个缩小版的B-2,除了航电先进一点没有其他太明显的优势,不过一旦具备超音速巡航能力,B-21就可以更快赶往目标所在区域进行打击,遇到威胁时能够快速逃离战场,大大提高其生存率。一般的超音速巡航指的是在1.5马赫速度以上进行30分钟不开加力的飞行,如果B-21可以达到这个指标,三代机即使开加力也追不上B-21(三代机加力只能维持很短时间)。


B-2使用的隐身涂层主要是铁氧化物,超音速飞行产生的热量会破坏隐身效果,导致B-2战术准则里一般不要求超音速飞行,但现在的F-22和F-35使用的新型隐身材料已经完全攻克了这一弱点,因此可以放心的飞行在超音速状态,因此未来的B-21很可能是世界上第一种具备超音速巡航能力的隐形轰炸机。


在机动性方面,B-21延续了B-2无垂尾的气动构型,这就意味着,所有的姿态调整都必须依靠机翼W型尾翼上的副翼和襟翼完成完成,特别是横向机动有可能仍然会沿用B-2的方法,但也不排除使用机翼上表面对称放置两个扰流板等其他方法增加横向机动性,但无论采取哪种办法,B-21平台本社都不会具备很好的机动性能。


结论


B-21很可能是一种具有超音速巡航能力的新型隐身轰炸机,至少可以进行超音速飞行。



航电性能的推断


航电一般包含雷达设备、红外设备、导航设备、通信设备、计算机设备和数据总线、电子战设备等部分。


B-2使用的AN/APQ-181无源相控阵雷达是雷声公司在上世纪80-90年代研制,1999年正式装配,每架B-2配备两部,每部具有82个收发组件,天线安装在飞机头部机翼前缘下方的两个侧壁上,以保证B-2的雷达系统的余度和可靠性。AN/APQ-181雷达采取二维电扫描体制,工作于Ku波段,具有地形跟踪和地形回避、导航系统修正、目标搜索/定位/截获/空中加油/武器投放等21种工作方式,并且具备了低截获概率(LPI)的特征。


20多年过去了,雷达的发展已经日新月异,AN/APQ-181雷达的无源相控阵体制已经不适合时代的发展,以往两部雷达分别统一馈电的方式,现在完全可以用一部主动相控阵雷达两套电源的设计替代,雷达组件数量也大大增加,以目前F-22的AN/APG-77雷达为例,其就拥有2000个T/R组件,即使一部分损坏,对整体雷达的性能造不成太大影响,因为组件多,可以任意分配一组收发组件给某一目标,因此其多目标任务能力要大大超越AN/APQ-181,所以B-21很可能以后就是一部主动相控阵雷达,而这部主动相控阵雷达因为合成孔径模式对地侦测时要保持高分辨率,还是会停留在ku波段。


此外,B-21上新雷达的带宽也会大大超过AN/APQ-181,这种带宽的拓展意味着雷达会在发射电磁波时将能量分散在一个较宽的频谱内,在接收反射波时再进行窄带合成处理,这就让雷达信号更难被对手截获和干扰,其LPI能力大大增强。



B-21的一个重要的作战任务是深入敌国内部寻找弹道导弹发射架,使用合成孔径雷达雷达和光学设备的搜索范围太小,也无法和真假目标区分开,所以B-21应当装配两种设备。


第一是可以和NMD系统互相连通的卫星通信电台设备,以随时接受天基红外卫星和国防支援卫星侦测到的弹道导弹发射信息。B-21因为要执行远程打击任务,特别是战略核打击任务,所以B-21驾驶员要随时保持和美军最高层之间的紧密联系,防止失误攻击,因此也需要卫星通信系统。


第二是在大气层底部飞行时,自身也应当具备红外感应系统主动侦测弹道导弹尾焰信号,这项技术集成到飞机并非没有先例,例如美军在YAL-1A激光拦截飞机上就曾经使用IRST设备侦察上升阶段的弹道导弹尾焰为激光炮塔打击目标提供早期预警。在雷达容易受到大量地杂波、伪装物干扰时,红外传感器和激光指示器配合起来就可以很好地对地面伪装物进行识别和打击,因此B-21也必然会装配这两种航电系统。


拥有ku波段相控阵雷达的B-21当然在携带雷达的尺寸上要超过F-22这种战斗机不少,并且ku波段的雷达其波束非常窄,想要截获很难,干扰难度大大超过x波段雷达。考虑到B-21使用的ku波段有源雷达是有源相控阵体制的,诸如F-22的AN/APG-77与F-35的AN/APG-81相控阵雷达都具有转换为对地合成孔径模式能力,因此B-21的ku波段有源相控阵雷达,也完全可以转换为对空作战体制,让B-21拥有一定的对空作战能力。IRST还可以对一些隐形机进行早期发现,特别是在B-21本身隐形性能极佳,无法被对手利用雷达远程发现,B-21如果IRST设备较为先进,甚至可以首先发现隐形飞机,从而对其首先发起攻击或者选择规避。B-21飞机平台本身的机动性弱点可以靠空空导弹的机动性弥补,以B-21的载弹量在弹仓中预留一些空空导弹挂架是非常容易的。



B-21可能不会携带专门的电子干扰吊舱,这是因为有源相控阵雷达本身就可以作为电子干扰发射机,但因为要时刻接收检测周围的电磁信号,以判断自身所处的电磁环境,因此B-21会在机身周围安装足够的雷达告警侧向设备。


此外,B-2采取的1553B数据总线在B-21出现时也一定会被现今的光纤为介质的高速数据总线所替代,机载计算机的计算能力也将更为强大,可以同时攻击的目标数量增多。


与其他作战单元互联互通的数据链也应该是标配,B-21使用的数据链系统也一定是具备低可探测度和高指向性两种特征,可以有效的防止信号外溢,造成飞机任务和飞机本身暴露给敌人。在网络中心战时代,B-21应该可以良好的和其他作战飞机交换数据,成为一个网络节点,从而使其融入整个作战体系,在防空压制、空中进攻等战役行动中发挥更大作用,也就是说B-21因为拥有更好的网络态势共享能力,脱离了以往B-2那种一般只能执行战略轰炸任务的窠臼,可以更加灵活的参与战役和战术行动,从这个要求来看,B-2的造价太高、数量太少,体积太大,网络化能力弱的弱点导致其本身不符合这种作战要求。


对轰炸机来说,为了能够一次性进入目标区域进行轰炸,高精度的导航系统至关重要,因此抗干扰的GPS设备和高精度惯导系统也必然要装配与B-21之上,除此以外,B-21的电脑中也必然会预先存储任务区域的数字地图,配合机载雷达本身的地形测绘功能,B-21可以在GPS受到干扰,长时间飞行惯导发生漂移时仍然通过测绘飞机下方的标志性地形特征与数字地图对比,有效纠正惯导的误差。




结论


B-21会大量使用先进的航电系统,很可能使用一部有源相控阵雷达作为轰炸雷达,同时使用红外感应的IRST系统和激光指示器作为精确打击目标的辅助手段,B-21很可能拥有一定的空战能力和反隐形机能力。B-21运用网络化手段可以很好的和作战体系融合在一起执行战役和战术任务。


隐身性能推断


B-2的隐身效果极佳,据台湾国立大学物理学博士杨政卫估计,B-2的隐身性能甚至比F-22还要优秀,能够达到0.0001㎡。一般来说,飞机的雷达反射的来源有:边缘绕射、天线罩、进气道、光电窗口、其他传感器和表明缝隙以及镜面反射七种,飞机在各个角度的隐身效果是不同的,例如F-22在正面隐身效果要远远弱于侧后方,这是因为其垂直尾翼本身是一个强镜面反射源。而B-2采取了无尾翼模式,从任何角度都无法找到镜面反射的源头,因此无法使用多基地雷达系统对其进行探测。B-2还将进气道置于机背,让进气道也无法被雷达波照射到,因此B-2几乎只有雷达天线罩和边缘绕射。新的B-21因为减少了一部雷达,所以雷达天线造成的电磁波反射也要缩小不少,更小的机体无疑也会拥有更小的边缘绕射。


在涂层方面,B-21必然要采取更加先进的雷达波隐身涂层,而


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