“地狱犬”临空——从B-21首飞看其设计细节

B站影视 港台电影 2025-09-02 07:00 1

摘要:本文原载于《兵器》杂志2024年1月刊,转载时重新进行了二次内容完善及编辑、补充部分插图,以与同好共同分享。个人认为《兵器》是一本专业、客观的军事杂志,推荐持续订阅,丰富自身的军事及政治知识。将家中杂志数字化保存同时进行转载的文章,虽多年份较久,但一是已经足够

本文原载于《兵器》杂志2024年1月刊,转载时重新进行了二次内容完善及编辑、补充部分插图,以与同好共同分享。个人认为《兵器》是一本专业、客观的军事杂志,推荐持续订阅,丰富自身的军事及政治知识。将家中杂志数字化保存同时进行转载的文章,虽多年份较久,但一是已经足够为普通网友提供专业的军事基础知识,二是想让读者以另一种比较独特的视角审视曾经的事物和观点。

经历了多次的延期,美国空军最新一代隐身战略轰炸机B-21在继2022年12月2日首次亮相以来第343天,于2023年11月10日在美国加利福尼亚州帕姆代尔空军基地飞上了天。B-21原型机在一架F-16战斗机的伴随下,飞往同位于加利福尼亚的爱德华兹空军基地。

如无意外的话,这次首飞的机组应该是曾在B-21揭幕仪式上亮相过的美国空军中校克利夫顿·贝尔和诺斯罗普-格鲁曼公司(以下简称诺-格公司)试飞员克里斯·莫斯二人。在首飞过程中,外界也确认了之前涂到B-21原型机上的“三头恶犬”标志,这或许暗示了B-21即将启用的“地狱犬”绰号。

美国空军中校克利夫顿·贝尔和诺斯罗普·格鲁曼公司试飞员克里斯·莫斯成为B-21“突袭者”的首飞机组,

图示:首飞B-21起落架舱盖上喷涂了“Cerberus”的字样,这个意思是古希腊神话中的冥府看门狗刻耳柏诺斯。在希腊神话中,这是一只三个头、带有龙尾巴的猛犬,负责把守冥府大门避免亡灵离开。

得益于美国空军基地旁较为开放的环境,B-21的这次“半公开”首飞是在基地周围居民和专程前往的航空爱好者的“围观”中进行的。现场的各国航空爱好者们拍下了很多B-21的清晰照片,为我们进一步理解B-21的设计提供了参考机会。

B-21在公开前夕主要以正面剪影示人,这个角度比较难以判断飞机的翼型。

B-2轰炸机,进入21世纪第三个十年以来,诺斯罗普公司于冷战末期生产的B-2机队已经进入机身寿命的末期。

涂装细节

2023年9月13日,诺-格公司官方曾发布过几张B-21首架原型机的照片。虽然拍摄角度基本还都是从正前或正侧,但即便如此读者依然能看出准备首飞中的B-21的一些细节。

首先从机体的涂装上来看,最明显的莫过于主起落架舱盖上巨大的“ED”标识。这正是爱德华兹空军基地的名称缩写,这也显示了B-21首飞的目的地。同时,驾驶舱后方的三个盾形标识也十分明显。经过辨认,由驾驶舱从前至后分别是美国空军装备司令部、美国空军第412测试联队和美国空军全球打击司令部的标识。这从侧面预示了这架B-21未来的隶属去向。

B-21首飞时机头特写

图示:首飞当日航空迷抓拍的B-21原型机机腹,可见机头有红色的临时空速管,起落架舱盖板有大大的“ED”字样,机翼末端有诺格公司品牌标志。

美国空军装备司令部属于美空军当前九个一级司令部之一,负责对空军装备及系统进行研究、开发、测试和评估、并提供采办管理服务和后勤保障。美国空军第412测试联队正是隶属于该单位下属的空军测试中心,负责对美国空军即将或已经装备的有人和无人飞机以及相关航空电子设备、飞行控制、弹药和武器系统进行开发和测试评估。其驻地正是爱德华兹空军基地。

美国空军装备司令部标识

在2019年10月该联队下属的第420飞行测试中队进行了重建,准备承担B-21的试飞测试任务,而这也将是这架B-21未来很长一段时间内的服役单位。值得一提的是,B-21首飞时伴飞的F-16应也是隶属于同联队下属的第416飞行测试中队。

至于美国空军全球打击司令部,其同样属于美空军九个一级司令部之一。从其名字不难看出其全面负责美国空军的核轰炸机和洲际弹道导弹部队,而这也将是B-21正式入列后的服役单位。

图示:美国空军全球打击司令部标识,其前身战略空中司令部于1992年解散,重组后以强化全球作战能力为目标,依托关岛等前沿基地实施威慑。

在三个标识对应的机身顶部位置,可以隐约看到黑白间隔的条带涂装,而这种涂装正是硬管加油时方便加油操作员对准加油口的识别条带。同时该识别条带还是F-22及F-35采用的黑白间隔条纹形式,而非早期的“王”字形线条形式。由此也可以基本判断出B-21的受油口位置,推测其应该也采用了和B-2相同的翻转式可隐藏受油口结构。

B-2轰炸机的翻转式可隐藏受油口结构

识别条带前方则还有一个三角形的标识,而这就要与驾驶舱顶部由虚线围成的多边形区域一起看了。其中虚线围成的区域位于前方风挡和侧边风挡向上延伸的交汇区,此处下方应该就是飞行员弹射座椅和弹射滑轨。虚线对应弹射舱盖的轮廓,正中的小字则应该是“No step”即“禁止踩踏”。

至于三角形标识,根据美国空军的涂装习惯,应用于警示弹射座椅、发动机进气口等易造成人员意外伤害的部位。考虑到该标识所处的位置,推测其应该是用于警示弹射座椅,因此其正中的小字推测应为“弹射座椅”。

B-21的发动机布局与B-2类似,但进气道以及侧面风挡的位置都发生了变化,整个驾驶舱也比B-2显得“后迁”。

相较于2023年9月公布的照片,B-21首飞时涂装方面最大的变化要数前起落架舱盖处。原本其只涂有“0001”的字样,而首飞时数字前由增加了一个图案和下方的一个单词。经过辨认单词应为“Cerberus”。这个词是希腊神话中冥王哈迪斯派驻看守地狱大门的三头恶犬,可翻译为“地狱犬”。这应该就是此架B-21的代号了。此处标识上方的图案也能看出确实是一只长着三个头、高翘尾巴蓄势待发的恶犬。该图案和单词的出现,也暗示了B-21不会像B-2那样被冠以美国某个州名加“幽灵”的代号。

2008年2月编号89-0127在美军关岛安德森空军基地起飞时坠毁的B-2轰炸机代号为“堪萨斯幽灵”。

在前起落架舱正前方,可以看到一个有点像个小燕子的标志。这其实是诺一格公司一套独特的标志,其不同于公司日常采用的巨大“NG”标识,而是将原本诺斯洛普公司和格鲁曼公司各自原本的鸟形标识进行了整合,最终形成了这一略显抽象的样子。

而机头标识其实还算是简化版本,完整版本还要再加上N和G两个字母。仔细观察的话,这一完整版标志在B-21的左侧机翼下部靠近翼梢处也能看到。该标志还曾喷涂在X-47B无人验证机的右侧机翼上部和左侧机翼下部,因而可合理推测B-21的右侧机翼上部可能也涂有一个。

公开仪式上的B-21原型机,它的风挡设计完全不同与B-2,其视野显然不太连贯,请注意机头下方小燕子的标志。

除了上述的各种较为明显的涂装以及右侧机翼下部的美国空军标志外,整个B-21的下部涂有很多小的线段和折线。这些线段和折线大多成组分布,有的靠近机翼前缘或后缘,有的位于机身中部周围。笔者推测其中部分应该是用于标注舵机、液压管路等设备的检修舱口位置。其余部分则可能是标注了雷达、电子战设备等的安装位置,都是出于地勤保障便捷性和安全性的目的。

首飞时,B-21机身后方似乎牵有一条绳索装置,这很可能是试飞时采用的空速及风压测试传感器系绳。

机体结构

◎机腹

考虑到当年B-2最初使用的起落架就是由波音767客机的起落架改进的,B-21也很有可能先借用成熟客机的起落架进行改装。几年前就有美国智库称B-21采用了波音737客机的起落架结构进行改进的说法。从承载能力上来说,波音737客机现如今其MAX系列最大起飞重量已接近90吨,其起落架理论上足以应付B-21。从B-21的机轮数量、排布方式乃至轮毂外形都能看出一些波音737MAX系列的影子。

B-21的机腹特写照片,起落架结构清晰可见。

从画面看,诺一格公司还是在起落架上做了不小的调整,原本向前收起的前起落架被改为了向后收起,而且还将原本在液压杆后侧的减摆器支臂改到了前侧。至于主起落架则同样是将原本的向内侧收起改为了向前收起,同时得益于B-21的首飞并未收起起落架,从流出的照片可以看出其主起落架机轮及里侧的刹车和支臂结构与波音737MAX客机的非常相似。据此也可以推算出B-21的长度约为16.5米至17米左右。

B-21的起落架舱盖与B-2相比也是既有继承也有改变。继承之处在于B-21的大尺寸主起落架舱盖也是向外侧打开,其在飞机起降阶段可以提供一定的横侧向稳定性。这可能也是B-21首飞不收回起落架的主要原因。

改变之处则在于B-21的前起落架舱盖,其虽然也是被分为了两部分,但均为向右侧打开,而非像B-2那样前部舱盖与前起落架联动向前打开。笔者分析这可能主要还是和B-21的前起落架并不像B-2那样靠近机鼻所导致的必然调整,同时这种设计也有助于降低前起落架高度,减少飞行时的死重。

B-2轰炸机起落架舱盖特写。

在前起落架后部舱盖的左侧,存在一个非常隐蔽的舱盖结构。这是B-21的飞行员登机口,而且从布置位置到舱盖样式基本都继承了B-2的设计。考虑到B-21的前起落架舱和上部的驾驶舱都较B-2有一定程度后移,登机口伴随后移也较为合理。参照B-2的飞行员登机口形式,B-21很可能也是向外侧开启下腹部的登机舱盖,然后从机体内伸出一段折叠的登机梯,沿着登机梯往上就到达另一个舱口。也就是内登机门同时也是驾驶舱地板的一部分,向上推开内登机门就可以进入到驾驶舱后部区域。

B-2轰炸机登机口

仔细观察B-21的腹部,可以看到它的登机口位于起落架舱后侧。

◎任务舱

作为一款隐身战略轰炸机,B-21最受关注的就是弹舱。这也是飞机在地面停放状态最难观察到的结构之一。随着B-21的首飞,弹舱谜团终于被揭开。

首先可以确定的是B-21采用了单弹舱的结构,这是美国空军之前已经公布过的消息。该弹舱位于机身正中,采用了左右双开门设计,舱门前后缘根据隐身设计原理进行了锯齿修型。从整体来看该弹舱的长度接近了机身长度的40%,可谓相当可观。这也一定程度上造就了B-21明显突起、但中心较为扁平的下腹部结构。

根据前文对B-21长度的推测,其弹舱尺寸的长度大概为6.3米至6.5米,这也能与美国空军声称的B-21可以携带长达6.24米的GBU-57超级钻地炸弹相印证。其宽度则约为2.5米至2.6米,比B-2单个弹舱2.4米的宽度略大。这也就意味着B-21的弹舱理论上兼容美国空军现有各型武器弹药。

B-21的任务舱布局与B-2基本形同,但拥有较大的副载荷舱。

根据B-21研制之初就提出要重点强化的战术攻击能力的说法,其未来应该具备携带诸如AGM-158B型JASSM-ER隐身空射巡航导弹、AGM-158C型LRASM隐身反舰导弹以及全新型号的高超音速导弹等在内新型武器弹药的能力,在这一方面B-21将实现对B-2的全面性超越。

由主弹舱结构向左右两侧,出现了两个用途不明的舱室及舱盖。这两个舱盖的前后缘也进行了隐身处理,且在舱盖中部似乎都有一条斜向的分割线。分割线前部的口盖都较为简单,后部的舱盖上一侧多了个正六边形结构、另一侧则在对应位置多了个长条六边形,似乎被进一步沿纵向进行了分割。

这一部分结构在B-2轰炸机上并没有。B-21在前期宣传中透露出其将承担起网络中心战重要作战节点的使命,可依靠自身强大的态势感知和电子系统优势,担负起战场预警指挥、电子对抗、侦察探测在内的多样化任务的能力。

B-21机腹主要设备示意图

因此笔者推测这与B-21的开放式架构可搭载全新一代的信息化、网络化任务设备有关。这两个舱室就是用于安装适应不同任务需求的模块化电子设备和任务载荷的任务舱。具备硬件模块化安装,软件开放式接入的能力。

从任务舱继续往外,与主起落架舱之间的区域,又是一个巨大的舱盖结构。从其与发动机进气口及尾喷口的相对位置不难推断出,这两个大舱盖应该是发动机的安装舱口。两侧的大舱盖上各有一个近似平行四边形的小舱盖,且没有遵照机身轴线对称,它们都处在整个大舱盖的同一位置。出现这一情况应该是两侧均安装同一型号的涡扇发动机所导致的,在安装拆卸发动机时需打开整个大舱盖,在日常维护保养时仅需打开小舱盖即可。

小舱盖与整台发动机相对固定的位置关系造就了这一不对称的设置方式。而由此处发动机舱的开口尺寸也基本可以确定,B-21应该是只安装了两台由普惠公司生产的自F135改进而来的无加力版涡扇发动机。考虑到B-21的最大起飞重量应为90吨上下,两台非加力的F135可提供最大25.4吨(约249.09千牛)的推力。B-21近0.28的推重比已经远高于四台F118-GE-100涡扇发动机驱动的B-2轰炸机0.2的推重比了。这也进一步提升了B-21采用双发的合理性。

普惠F135涡扇发动机

◎机背

从机身中线开始,由弹舱、任务舱、发动机舱和主起落架舱构成了B-21机身部分的主体,同时可能出于隐身化设计及舱盖加工难度方面考虑,以上几个舱室的舱盖部分基本平齐,因而共同造就了B-21下腹部近似菱形的凸台式结构。B-21从前方看过去,观感上比B-2“肚子更大”。而这也使得B-21的发动机相较于B-2更深埋入机身,其发动机进气道结构也深陷于机身,不但难于观测更难被雷达照射。

直观上说,B-21的上部机身不再是B-2那样由驾驶舱、两侧明显突起的进气道和发动机舱构成的“三座山峰”,而是更像一个有着“三级阶梯”的一个山峰。其中最高级是驾驶舱、次一级是微微隆起的进气道和发动机舱、最后一级则是向两侧远处延伸的机翼。

发动机进气口深陷于机身虽然能极大的改善整机外形和隐身效果,但在起降阶段还是可能造成进气困难,从而影响发动机运转。因而在相较于B-21发动机更为突出的B-2上也需要在每侧进气道上部上增设两个自动打开的辅助进气门以改善进气。

通过多个角度的照片可以发现,B-21在起飞前滑跑时就打开了一对位于机身上表面、发动机舱前部向外侧大角度打开的三角形辅助进气门,滑跑及起飞全程都处在打开状态。这使得许多人误以为B-21增加了一对“小耳朵”。

航空迷拍摄到的B-21辅助进气口开启画面。

进气门也从侧面印证了B-21采用了2台发动机。因为倘若采用4台发动机的话,每侧两台共用一个进气道还尚属合理。但辅助进气门是无法共用的,这会造成发动机抢气,进而严重威胁飞行安全。此外,参考B-2辅助进气门的开闭方式,B-21的这对辅助进气门应该也是只以飞行速度作为唯一参考量,不与起落架收放状态绑定。

B-21发动机舱中间的驾驶舱和其独特的风挡设计令人印象深刻。通过曝光的B-21起飞前滑跑时拍摄的背光照片可以看到,B-21的飞行员应该是位于侧边风挡的后半侧。由飞行员所处的位置推测,在他的视角中梯形的侧边风挡的下边缘应该正好和机身的前缘相对应,而这并不会影响他对两侧环境的观察。

图示:在实机地面公开时,已经有多位记者通过视觉“测试”了B-21的驾驶舱前下方向视野,他们认为该机的视野设计并不亚于B-2。

前方带弧线的五边形风挡,可能是考虑到驾驶舱较B-2更靠后,因此被设置的相对较高。这个风挡依然是遵循从飞行员视角看下边缘对照机身前缘的设计。结合B-21试飞员接受采访时的回答,B-21的风挡设计虽显怪异,但从使用上应该是和B-2的大号风挡不相上下的,并且还在隐身性能上有所提升。

◎机尾

B-21后部的结构长期以来一直难以得见。该机首飞后,最令笔者惊奇的一点就在于其取消了B-2上所采用的“海狸尾”,也就是可动尾椎。“海狸尾”的正式名称是阵风载荷缓解系统,用于进行阵风减缓和俯仰控制。据说其控制效果明显,在极大程度上改善了B-2的飞行稳定性,还大幅度减少了B-2内侧两对舵面的使用频率。笔者推测诺-格应该是开发出了全新的阵风减缓控制方法,进而才取消了“海狸尾”结构。

B-2轰炸机后部视角,可以看到机尾的“海狸尾”结构。

从B-21尾锥向两侧,分别是两侧发动机的尾喷口及延伸结构。从B-21起飞前地面滑跑的照片可以看出,B-21的尾喷口和B-2一样也是采用了尾喷口向前缩进机身形式。而考虑到B-21一侧的尾喷口只用对应一台发动机,并且机身后部并不存在“海狸尾”限制其横向宽度,因此B-21的尾喷口整体较B-2的更加扁平。机身后缘铺设了隔热材料的部分也明显更宽,由此可更充分的利用红外抑制措施。

从尾喷口延伸结构向外,是B-21的四对控制舵面。不同于B-2的2对在机身段、2对在外翼段布局,B-21的舵面采用了一对在机身段、三对在外翼段的设计。其最外侧的控制舵面并不是诺斯罗普拿手的开裂式阻力方向舵,这就意味着B-21并不会像B-2那样在飞行时微微张开开裂式阻力方向舵以提升航向稳定性。

B-2降落时进行方向控制的翼尖阻力方向舵,以及进行俯仰控制的海狸尾

综合B-21飞行状态的照片可以发现,开裂式阻力方向舵的职能被机翼上最外侧的第一对和第二对舵面所拆分。其中最外侧的一对舵面仅能向上偏转,而除此之外的三对则均可向下偏转。当需要提供航向稳定性时,最外侧的第一对舵面和第二对舵面分别微微的向上和向下偏转,由此实现开裂式阻力方向舵职能的拆分。

至于滚转机动,笔者推测B-21针对B-2设计在低速状态下的对应调整是使用最外侧两对舵面,而高速状态下时则应该是调整外翼段最内侧的舵面。读者不妨也可将该舵面称为高速副翼。至于机身段的那对控制舵面则应该是充当了襟翼,并且接替了被取消的“海狸尾”的部分职能,用于整机配平和阵风减缓。

图示:航空迷拍摄的B-21原型机首飞时的翼尖特写。从襟翼的运动方式以及布局不难看出,B-21没有完全照搬B-2的襟翼设计,但保留了飞翼布局飞行器襟翼兼做垂直安定面的设计思路。

至于为什么采用这种舵面布置,笔者猜测应是B-21的整体尺寸较B-2有较大幅度缩小,再加上采用了全新的翼型,导致这型轰炸机的机翼后缘更薄,因此难以再设计出有一定厚度的开裂式阻力方向舵结构。

气动设计

◎机翼

从整体外形上来看,B-21并没有继续采用B-2的双W形后缘结构,而是简化为了单W形后缘。这使得B-21机体外形更为简洁,在降低制造难度、改善隐身性能的同时,也造就了B-21以更小的机体尺寸和起飞重量指标。但它却容纳了一个不输于或等同B-2的大尺寸弹舱,更改设计可谓一举多得。

其实在B-2最初研制阶段也计划使用单W形后缘,但经过5次方案迭代,考虑到舵面应尽量远离气动中心以增大控制力矩的原则,设计团队才将机翼调整为双W形后缘。这也算是弥补了B-2设计上的一部分遗憾。

需要注意的是,后缘外形的改变同时也就意味着B-21的外翼段占整机的比例较B-2进一步加大。从翼展上来看,B-2的外翼段约占整机的45%左右,而在B-21上则被提升到了55%上下。相对更长的外翼段翼展将使得B-21的诱导阻力进一步降低,这也将进一步提升相同起飞重量下B-21的航程和续航能力。

通过微调驾驶舱以及发动机舱的位置,有效翼面积提升的B-21在飞机总尺寸缩小的前提下实现了增升增程。

前缘后掠角方面,虽然现有的照片还无法做到精确的测算,但初步分析B-21应该还是保持了B-2的35度后掠角。前缘后掠角的选取往往与飞行器的飞行速度相关。例如诺斯罗普早期的飞翼轰炸机尝试中,受限于当时的航空动力和气动设计水平,XB-35和YB-49的设计航速被设定在600千米/小时至800千米/小时,因而这两型前隐身时代的飞翼轰炸机均采用了27度的前缘后掠角。

到了B-2开始研制的上世纪80年代,随着技术的成熟,其设计航速被提升到了马赫数0.9,即1100千米/小时左右。在实际试飞中,B-2曾达到过马赫数0.95的高亚音速。考虑到B-2和B-21均是以隐身能力而非速度作为主要的突防手段,B-21极有可能也采用了马赫数0.9的指标,因而继续采用35度的前缘后掠角也较为合理。

图示:首飞时,位于航线正下方的航空迷得以看到B-21前起落架有一个“地狱犬”的绘画图案,蒙皮上深色方形的结构是飞机的空速指示器。

至于机身后缘和机翼端部的前掠角,根据隐身设计中的平行设计原则,即尽可能将飞行器的边缘投影进行平行设计使得雷达回波集中在某几个特定角度上。由此不难推断出,B-21的前掠角应该也为35度。由此也使得B-21的翼梢处由前缘后掠和机翼端部前掠实现了逐渐的收缩,进而实现了类似斜削式翼梢的效果,有助于降低飞行时的诱导阻力。

◎翼盒(翼区)

B-21是一款飞翼布局飞行器,它没有平尾和垂尾结构,因此在进行翼型设计时不仅要考虑提高飞行器的升阻特性,还需要考虑其对飞翼布局操作稳定性的贡献。这使得其选用的翼型必须具备优秀的力矩特性,而在进一步加上隐身设计需求。换句话说,飞翼布局飞行器的翼型设计是一种集合气动、控制和隐身的多学科综合优化设计。

仔细观察飞机的机腹,读者不难看到深色的飞控指示器天线在后缘翼根折线处也存在两组。

根据以往飞翼布局飞行器的设计,一般可以分为机身区、外翼区和翼梢区三部分。在B-21上还是先从机身区开始,该部分的翼型在满足装载驾驶舱、弹舱、发动机舱等舱室需求的同时,还需要具备良好的升阻特性和隐身特性,此外还需提供一定的抬头力矩,促进实现飞翼布局的纵向配平。

在此前B-2的机身区翼型设计上采用了非常明显的“鹰嘴”形前缘,即下表面前段明显内凹,该设计不但可以增大机身区前缘的升力以产生抬头力矩,还可以有效避免由于俯仰入射而产生的镜面反射,对于提升整机隐身性能也有巨大优势。该设计也被B-21所继承,但不同的是B-21的驾驶舱和弹舱都更为远离前缘。因此B-21的“鹰嘴”显得更为修长,笔者分析这主要还是出于整机总体设计的而进行的调整。

至于机身区中后部的过渡B-21和B-2一样都是采用上表面隆起、下表面较为平坦的设计,均能提供较好的升阻比特性。B-21机身上部的发动机舱和进气道结构与驾驶舱相融合,不但减小了上表面的突起,还使得B-21的横向过度更为平缓,并且降低了整机的浸润面积,这对降低整机的摩擦阻力也有一定贡献。

B-2A(左)与B-21(右)隐身轰炸机的外形比较。

外翼区一般是飞行中激波集中产生的区域,该区域的翼型需要具备良好的巡航升阻特性和阻力发散特性,同时也应尽可能减少低头力矩乃至增加抬头力矩,当然还要具备良好隐身特性。过去,诺斯罗普公司在B-2的外翼区翼型设计上采用了超临界翼型。该类翼型的特点是具有较大前缘半径,上表面中部区域有较小的曲率且在后缘附近有较大的弯度。其中较大的前缘半径可在亚音速环境下产生较大的升力并且改善机翼在不同迎角下的升力特性。

而上表面曲率的减小则可很大程度上减弱激波,进而推迟高亚音速飞行时机翼波阻急剧增大的现象,提高机翼的临界马赫数。后缘较大的弯度则可弥补翼型前部设计导致的升力损失。总之超临界翼型是一种非常适合高亚音速飞行的设计,而这也使得B-2的前缘由机头向翼梢呈现出先尖锐后圆润又变为尖锐的状态。

与B-2对比,B-21的前缘整体的更为尖锐,因此也造成了许多人感觉B-21机翼更薄。其实B-21只是将下表面前段内凹的设计贯穿了整个机翼前缘。笔者推测B-21的外翼区翼型是将超临界翼型和下表面前段内凹进行了融合,在保持了上表面外形变化不大的前提下,将原本的圆润前缘“鹰嘴”化。这种新翼型在保持了超临界翼型原本优势的同时,进一步增加了抬头力矩,并且更尖锐的前缘也使得该部分的隐身特性得以进一步提升。

至于最外侧的翼梢区,该部分翼型设计需要降低巡航阻力,提高升阻比以获得高巡航效率,同时其还需具备良好的低速升力特性和失速特性。这么做也是为了改善飞翼布局飞行器的起降特性与隐身功能。根据以往飞翼布局飞行器设计,翼梢区的翼型往往会较薄,并且随着弦长的不断减小整体不断收缩,最终达到类似斜削式翼梢的效果,这本身就有助于提升巡航效率。

在改善低速升力特性和失速特性方面,如今国际航空业界较为通行的做法就是前缘扭转,此类设计大多见于隐身战斗机中。F-22和我国的歼20主翼面就都采用了这种设计。它能明显改善整机起降特性、还能平衡机翼垂直径向的升力分布,进一步降低诱导阻力,可以说是完美契合了翼梢区的设计要求。

图示:试飞中的B-21原型机,读者不难看出它的前缘下翼面设计与B-2十分相似,带有视觉下卷曲的结构。这一结构是诺一格公司提升飞控性能的专利设计。

在舵面设计方面,B-21取消的“海狸尾”和开裂式阻力方向舵其实也有助于降低整机各部件间的干扰阻力,并且减少了整机上的缝隙和开口,这对于整机的隐身也有不小帮助。

外部设备

◎试验设备

B-21作为一款隐身战略轰炸机,其设计时就尽量避免了各种非必要的突起,因此很难判断其具体安装了什么设备。但此次由于是机型首飞,出于飞行安全及测试的需要还是增设了一些设备。这架B-21最鲜明的特点就是从前起落架左侧的某一任务载荷舱室中伸出了一个显眼的飞行测试用空速管。它由一个鲜红的锥台形支撑结构和前部的空速管本体构成,主要用于在飞行中测量飞机前方的动压和静压,进而通过换算得出飞机的真实飞行速度。

另外通过观察还可以发现在空速管的中部似乎有相互垂直的两个类似金属片的装置,笔者推测这应该是空速管上集成的迎角和侧滑角传感器,以上这些数据都会传输到与之相连的大气数据计算机,并将解算后的数据呈现给飞行员并存入飞行测试用记录设备。

B-21原型机首飞时加装了临时空速管与拖锥试验装置,这套装置可以用于获取飞机的空速以及相关信息。

早在2023年9月13日公布的照片中,B-21就已安装了这套空速管设备,但其安装角度并没有与机身平面平行,而是略微下俯。这似乎也就意味着这架B-21在进行大多数飞行测试时可能会带有一定的迎角,而这时候空速管就是正好对向气流的来流方向了。

而除了机身前方的空速管之外,通过一些清晰度较高的照片可以看到在与空速管安装舱室对应的后机身上引出了一条似乎是黑色的“丝线”。这条“丝线”还在阳光的照耀下闪闪发光,而且在其末端似乎还牵引着什么东西。

其实这是一套试飞用的拖锥装置,由塑料材质的空心拖缆和带孔的圆锥形塑料壳也就是拖锥组成,而在牵引线的最末端同时也是拖锥的最顶端就是静压传感器测量口。拖锥装置主要通过适当的拖缆长度,进而测量飞机后侧远场足够稳定的静压,并对飞机上的空速管和静压传感器进行校准,同时为飞机的试飞测试提供准确的数据支持。

拖带锥套传感器飞行的B-21原型机,请注意它已经没有了B-2上明显的“海狸尾”结构。

拖锥装置因为安装简单、测量精准而被广泛应用在各种型号飞机的飞行测试中。我国的ARJ21和C919都曾加装过拖锥进行飞行测试。在常规布局飞机的试飞中,拖锥往往被安装在垂尾顶部。因为此处的气流受机体干扰较小,拖锥只要伸出适当的距离就可以获得较为精准的数据,并且也不会和APU等设备产生冲突。

在工程实现层面,要避开ARJ21这类采用T形尾翼的飞机的水平尾翼气流干扰,拖缆长度则往往需要更长。而在B-21这种采用了飞翼布局的飞行器上,由于飞机没有垂尾,而且机身后部很长一段距离内都会受到机体的气流干扰,因而为了能测量到尽可能真实的静压数值,工程师们只能大幅的增长拖缆都的长度,最终的结果就像照片中看到的那样,拖锥拖出去了3个多身位有余。

◎飞控传感器

前述这两种设备都是试飞时临时加装的,在正式服役时肯定是会被拆除的。当然轰炸机服役后就需要B-21自身的传感设备来测量动压、静压、侧滑角以及俯仰角了。这些设备从首飞时的照片上也能看到。机鼻最前端诺-格公司标志前方对称排布有2对共四个棱形装置,而沿着机翼前缘往两侧对应的机腹突起上也可以发现每侧各有4个此类棱形装置。这些其实都是保形大气数据传感器,美国官方称其为端口换能器单元,简称PTU。这套设备以4个为一组,用于向飞控系统提供关键飞行数据。

B-21的前起落架舱两侧还有一些空间功能未明。由于位置靠中间,它大概应用于安装主动射频传感器。

参考B-2上配备了6组该类设备,也就是说除了机腹部的这3组之外,机身上表面相对应的机鼻和两侧位置应该也有对应的设备组。至于B-21为什么要采用4个为一组的设计,笔者认为这是因为B-21采用了多余度设计,每组的4个传感器分别对应4套飞控计算机。这使得每台飞控计算机同时接受6个位置上的传感器信息,由此来推断飞机此时的空速、侧滑角、俯仰角等数据。只有当4台计算机中有3台或以上的计算结果相同时,航电控制系统才会被判定数据有效,继而执行各项操作指令,这也算是保证飞翼布局的B-2和B-21安全飞行的极其重要的一道保障。

正从工厂起飞的B-21,可以看到它的机翼没有明显上反。

得益于B-21首飞时的光线,通过一长串明显的影子外界可以发现在机腹两侧发动机舱前部,出现了一个菱形状的区域。在区域的正中央则安装有一个白色的板状物体,好似是天线又好似是某种传感器。考虑到B-21作为隐身轰炸机的身份,其各类天线理应都进行了保型处理,不会如此明显的突出于机身。因此笔者推测这可能是两套侧滑角传感器。

因为对于一款没有垂尾的飞翼布局飞机来说,航向稳定性是其飞控性能天生的弱项,由此会导致其很容易发生侧滑。这也恰恰是保形大气数据传感器所难以快速检测到的。出于飞行安全性考虑额外增设两套侧滑角传感器对这一危险情况进行持续的检测和及时的预警还是很有必要的,而至于这套设备是临时安装还是作为固定设备长期存在就要等待时间的检验。

似乎除了以上几组飞控传感器外,首飞时B-21的照片再没有突出于机身表面的设备可被外界明显发觉了。不过,它的翼梢还有一个小东西,那就是可伸缩式的航行灯。航行灯是用于判断飞机飞行方向的信号灯组,一般安装在翼梢位置,采用固定的左红右绿布置。B-21和B-2一样,在靠近翼梢的上下表面均安装了可伸缩式的航标灯,日常飞行和训练时升起,在进入目标空域或需要隐蔽飞行时就会收起。这兼顾了飞行安全和作战需求。而伸缩式的航标灯口盖也为保证隐身性采用了菱形设计。

正在滑跑的B-21,厂商的安全员正驾驶汽车跟随飞机视觉确认试验设备以及零部件的正确运行。

◎其它细节

通过机体表面略微的突起和颜色变化以及某些线段和折线标识,依然可以对B-21的机载设备进行推测。例如下腹部两侧的两组保形大气数据传感器所处在的长条形区域,其涂色稍深于机体主色。此处明显有很多形状规则的凹陷、突起以及标识,同时飞行测试用空速管也是从该区域伸出,因而不难判断这两处应该是B-21的雷达舱。

参考B-2在相同的位置保型安装了AN/APQ-181无源相控阵雷达,再加上美国空军宣称将为B-21安装有源相控阵雷达,因此不难推测出此处应该就是该型雷达的安装位置。每侧的雷达舱应该不仅仅是安装一套雷达系统,考虑到未来B-21将承担起包括情报搜集与处理、空中指挥、有人机无人机协同作战等在内的各种职能,其采用的雷达或电子设备类型和数量应远超B-2。

首飞爬升中的B-21原型机,襟翼向上抬起。此时发动机的辅助进气道并未关闭,这是因为飞机的空速较低。

尚在开发过程中

总的来说,B-21的成功首飞是诺-格公司所达成的又一项重大成就,同时也为美国空军打了一剂强心针。从其各处的设计细节不难看出,诺-格公司充分借鉴了许多B-2上应用过的成熟设计,同时也注入了许多基于现阶段设计研发能力和生产制造水平的新技术、新设备、新理念。通过这种方式,诺-格应该是基本实现了对研发生产成本和整机技战术性能的平衡。

B-21的首飞只能算是对其整机设计和飞行性能的检验,而B-21的能力更多的突出在其未来战场上担当的角色和所执行的任务上。其信息化、数字化水平,开放式任务架构,基于忠诚僚机、马赛克战等技术理论充当空中的关键任务节点的能力等等均无法通过一次首飞得以窥探。

因而在B-21首飞之后,在关注其后续飞行试验的同时更应关注其子系统的开发和实验进展,以及未来其正式服役后部署的地点和编制组织架构。此外我们还应关注“远程打击”方案框架下的其他项目开发进展,要清楚的明白我们面对的可能不仅仅是B-21这一个新机型,而是美国空军整体装备及作战体系的革新与发展。

来源:憑蘩之鏴一点号

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