转载：替代B2的新一代轰炸机

周华

[这个贴子最后由周华在 2002/12/17 11:55am 编辑]

    随着反隐形技术的发展，未来攻击型飞机的生存能力可能取决于其飞行速度和高度，因此诺思罗普—格鲁曼公司设想的高超音速轰炸机速度将达5马赫。而军方则偏好亚音速方案，并要求未来的轰炸机应比B——2轰炸机具有更高的隐形特点、更大的载荷量、更远的航程。
　　美国《大众科学》月刊2月刊登史蒂夫·道格拉斯的一篇报道，题为《B—3轰炸机》，副题为《未来的轰炸机能以5马赫或者更高的速度飞行，在数小时之内对世界任何地点的目标实施打击》，摘要如下：
　　美国空军定购的21架B—2“精灵式”隐形轰炸机尚未制造完毕，研制飞机的未来学家们已在俄亥俄州赖特—帕特林空军基地忙于设计下一代轰炸机。B—2轰炸机现在可以称霸天空，但是取代它的下一代轰炸机已经出现在绘图板上。
　　诸如轰炸机之类的新型武器系统的研制通常需要几十年时间。这就是负责管理美国远程轰炸机部队的空战司令部开始研究一种未来攻击飞机（Future Strike Aircraft）的原因所在。未来攻击飞机的研究目的是使美国飞机制造行业的三家主要合同商——波音公司、洛克希德—马丁公司的诺思罗普—格鲁曼公司把目光投向2030年以及更远的未来，提出能够符合空军预期要求的未来隐形轰炸机的概念。这些概念对国会规划如何使用未来的防务经费将起到引导作用。上述三家公司将于本月向设在赖特·帕特森空军基地的航空系统中心提交包括初步概念设计在内的最后报告。但是三家竞争对手中的诺思罗普—格鲁曼公司已公布了一些设想。该公司的设计人员提出了涉及未来全部三种重型轰炸机——亚音速、超音速和高超音速轰炸机——的设计概念。诺思罗普—格鲁曼公司提出的大胆的高超音速设计概念是：飞机将在5马赫或者更高速度飞行时发射武器。
　　为何采用这种高速设计？原因是：随着反隐形技术的发展，未来攻击型飞机的生存能力可能取决于飞行速度和高度。诺思罗普—格鲁曼公司空战系统研究中心负责未来攻击型飞机研究项目的查尔斯·博卡多罗说：“我们将研制能在高亚音速范围以及在超音速巡航和高超音速范围使用的飞机。”具有超音速巡航能力的飞机能在没有加力燃烧的条件下做超音速飞行；高超音速飞机能以5至10马赫的速度飞行。
　　美国空军目前装备三种轰炸机：已服役45年的B—52同温层堡垒、已服役15年的B—1B轰炸机和新近准备投入现役的B—2轰炸机。下一代轰炸机将是拟议设计的B—3轰炸机，但是五角大楼尚未就这种轰炸机的形状或具备的能力作出决定。
　　然而军界内部人士说，下一代轰炸机很可能是在总结诺思罗普—格鲁曼公司制造的B—2轰炸机经验教训基础上采用亚音速设计概念。未来的轰炸机将比B—2轰炸机具有更高的隐形特点、更大的载荷量、更远的航程，并且可能具备发射无人驾驶小型“子”飞机的能力。虽然诺思罗普—格鲁曼公司已经公布了它设计的具有超前意识的超音速和高超音速飞机的草图，但是没有公布其亚音速飞机的任何设计概念，很可能是因为这种飞机的研制工作已进入下一阶段，因而列入了保密范围。
　　随着新型亚音速轰炸机的问世，已服役多年的B—52轰炸机可能最终退役。针对雷达、红外线和视觉等不同的波长，取代B—52的新型轰炸机必须具备隐形能力。未来的任何轰炸机都必须具备用忽隐忽现的机身外壳迷惑热寻的导弹、用色彩斑斓的伪装欺骗敌人的眼睛以及近于零的雷达波反射等重要的特点。捷克新近研制的旨在搜寻B—2和F—117等隐形飞机的双静态雷达系统构成了威胁，据说伊拉克已试图获得这种雷达系统。与此同时，其他国家也谋略研制自己的隐形飞机，这已促使五角大楼拨出资金研究反隐形雷达系统。
　　取代B—52的新型轰炸机不仅需要具备隐形特点，还必须具备类似B—52的炸弹装载能力。军事规划人员至今念念不忘B—52实施地毯式轰炸产生的心理效应。海湾战争期间，只要B—52轰炸机一出现，就足以使伊拉克军队丢弃坦克逃之夭夭。博卡多罗说：“要设计一种具有B—52神奇能力的轰炸机将是一项艰苦的任务。”
　　尽管亚音速已作为第一批未来攻击飞机设计方案的一部分来加以考虑，但是也将考虑超音速和高超音速的设计方案。诺思罗普—格鲁曼公司提出的可以取代B—1B的超音速轰炸机的设计方案是一种三角翼飞机，能像F—22“猛禽”一样达到超音速巡航速度。
　　取代B—1B的新型轰炸机预计将是核武器的主要运载工具，使五角大楼拥有一种既快速又能收回的核武器投掷手段，从而对诸如印度、朝鲜、巴基斯坦等核俱乐部新成员具有强大的遏制能力。高超音速轰炸机对军事规划人员也具有吸引力，因为这种轰炸机具备洲际弹道导弹不具备的可以收回、重新瞄准目标、重复使用的特点。据博卡多罗说：“空军历来倾向于建立一支由轰炸机和洲际弹道导弹组成的力量。高超音速轰炸机将使空军具备一种它目前尚不具备的能力，拥有一支可以安全地驻扎在美国本土的快速反应部队，能够用核武器或常规武器对世界任何地点实施打击。那将是一种强大的威慑手段。”
　　五角大楼规划人员希望到2037年能在武器库中增添一种高超音速轰炸机，但是在这种轰炸机研制出来之前，包括目前尚未出现的技术在内的许多技术需要得到完善。由于没有可供借鉴的经验，军用飞机合同商和五角大楼的智囊人员将不得不对制造飞机的材料、推进系统以及未来20年仍未出现的武器的发展情况加以推测。如同前些年研制的SR—71“黑鸟” 侦察机一样，制造高超音速轰炸机的大部分材料将需要从头研制，没有任何现在的硬件或软件可以利用。
　　设计和制造一种高超音速攻击飞机将是一项繁重的任务，但是并非做不到。美国航天局对高超音速飞行技术的研究已经取得了进展。
　　诺思罗普—格鲁曼公司提出的高超音速轰炸机概念是一种能以5马赫或者更高的速度飞行的空气助燃式设计。这样的高速轰炸机将使空军能在数小时之内对世界任何地点的目标实施打击。花费大量资金把轰炸机、作战人员和武器运送到外国基地将成为历史。
　　诺思罗普—格鲁曼公司设计的轰炸机看上去像一个倒置的巨型冲浪板，因而被列入“乘波飞机”类设计概念。“乘波飞机”名称的含义是：它能沿着超音速状态下产生的冲击波飞行。诺思罗普—格鲁曼公司设计的轰炸机能够产生从机翼前缘向下散发的冲击波，在飞机的下方形成高压。通过控制机翼下方的冲击波，飞机可以沿着冲击波飞行，这种飞行方式可以使飞机达到较高的升阻比。
　　波翼飞机将由冲压式喷气发动机或超音速燃烧冲压式喷气发动机驱动。冲压式喷气发动机的工作原理是通过飞机自身在前进过程中产生的压缩空气燃烧（普通喷气式发动机是由风扇叶片压缩空气）。冲压式喷气发动机的推进速度约在2至5马赫。超音速燃烧冲压式喷气发动的推进速度约在5至10马赫，其工作原理是空气流以超音速通过冲压式喷气发动机。
　　上述任何一种发动机必须在高超音速轰炸机达到适当的飞行速度和高度以后才能开始工作。这种轰炸机很可能先用常规发动机达到适当的飞行速度和高度，然后再由冲压式喷气发动机或超音速燃烧冲压式喷气发动机驱动。
　　像先前研制的高速飞行的SR—71和XB—70一样，乘波轰炸机将在热控制方面遇到许多难题。飞机在以5马赫或者更高的速度飞行时产生的高温大气将使机体温度上升到数千华氏度。推进和制导系统、武器系统、液压系统、燃料系统以及生命支持系统都必须能在如此高的温度条件下正常运行。
　　一种具有热汇特点的高闪点燃料的问世使设计SR—71“黑鸟”的工程师部分解决了热控制问题。“黑鸟”表面的瓦楞形设计使机体具有伸缩性，从而解决了热膨胀问题。工程师们还研制成功一种润滑油，这种润滑油既能保障飞机的某些部件在高速巡航飞行时产生的600华氏度高温条件下正常运行，也能在40华氏度的低温条件下不凝固。
　　要解决高超音速轰炸机的热控制问题，必须采用能够冷却到零下数千华氏度的新型高热值燃料——例如液态氢或甲烷 ——作为飞机的燃料。高超音速轰炸机的外表还必须覆盖一层抗热和有弹性的保护层——很可能采用航天飞机和“探险之星” 飞船使用的高热值陶瓷合成材料。由于飞行员座舱的大舷窗将使热量散射进座舱，诺思罗普—格鲁曼公司提出的波翼设计概念采用的是只供飞行员在起降时看清地面目标的小舷窗。高超音速轰炸机飞行员将依靠与外部感应器连接的视频系统操纵飞机。
　　设计方面的另一个主要难题是制造一种能以高超音速投掷炸弹的武器系统。常规炸弹舱将不起作用，因为乘波飞机的机腹将用作升力面。诺思罗普—格鲁曼公司的设计人员设想把武器投掷系统放在飞机尾部，让炸弹或导弹沿着拖在机尾的轨道弹出，很像海军舰船从尾部投掷深水炸弹。
　　波翼飞机携带的武器必须非常“聪明”，其智能化程度甚至比当今所谓的“智能”炸弹更高。博卡多罗说：“武器必须能以极高速度自行瞄准目标和更新目标。还必须研制能在飞机以高超音速飞行时打击移动目标的新型瞄准系统。”
　　任何未来轰炸机的研制费用无疑将十分昂贵，美国能承受超音速轰炸机的高昂研制费用吗？由于国会扬言要砍掉每架耗费纳税人1亿多美元的F—22“猛禽”和B—2轰炸机项目，要实施高超音速轰炸机研制项目，对于军事规划人员来说可能无异于白日做梦。
　　研究人员还考虑采取一些低成本的临时措施。例如，有人重新提出了把波音747改装成巡航导弹运载工具，作为建造更多轰炸机的有效的替代办法。
　　五角大楼规划人员希望于本月开始的未来攻击飞机的研制工作将有助于他们确定新型轰炸机的整体形状。
　　未来的一些轰炸机甚至有可能不需要飞行员驾驶。诺思罗普—格鲁曼公司提出的一种设计方案是四架被称为无人驾驶环球攻击飞机的无人架驶亚音速轰炸机由轰炸机母机上的人员遥控。根据这种设想，这种遥控轰炸机可以一波又一波地向敌方防卫火力强大的腹地实施打击而无需让飞行员冒险。这个设计方案对于目前缺乏飞行员的空军以及对战争中的人员伤亡越来越敏感的美国公众尤其具有吸引力。
　　本站注：本文摘自中新社，转载中改正了原文中一些错误翻译的术语。另外，从国外网站消息看到，美国还有可能研制一种介于B-52与F-22之间的“中等尺寸”的高超音速轰炸机作为提高经济性的设计方案。

周华

[这个贴子最后由周华在 2002/12/17 12:21pm 编辑]

    美国航空航天局的高超音速-X （Hyper-X）计划正着力研究的部分技术将使高超音速轰炸机在由构想走向现实的道路上再向前迈进几步。
　　工程技术人员已经在风洞中对超音速燃烧冲压式喷气发动机进行了试验，另外还有3架实验型飞机计划于五月开始试飞。 三架实验型飞机中的第一架X-43A，已经运抵位于加利福尼亚州爱德华兹的美国航空航天局德赖登飞行研究中心。3.6米长、无人驾驶的X-43A将搭乘在“飞马座（Pegasus ）”助推火箭的顶端，由该中心的B-52轰炸机运至空中进行发射。当X-43A与火箭分离之后，它将在7马赫的高速下进行空气动力学和推进系统实验，然后坠入太平洋。晚些时候还将以7马赫和10马赫进行另外两次飞行实验。
　　X-43A将是世界上第一架不完全靠火箭发动机助推达到5马赫以上的高超音速飞机。目前世界上最快的吸气式飞机是美国航空航天局的SR-71，其速度能达到略高于3马赫。如果高超音速-X实验取得成功，那必将为制造装备有更大发动机的可重复使用飞行器（包括高超音速轰炸机、可重复使用空间发射系统）提供宝贵的数据资料。

yuxin

[这个贴子最后由周华在 2002/12/17 12:17pm 编辑]

相关图片：
http://www.dfrc.nasa.gov/gallery/photo/X-43A/Medium/index.html
http://www.dfrc.nasa.gov/gallery/photo/X-43A/Large/index.html
http://www.dfrc.nasa.gov/gallery/photo/X-43A/Small/index.html
http://www.dfrc.nasa.gov/gallery/photo/X-43A/HTML/index.html

周华

X-43绕流计算结果（感谢于欣提供图片来源：）

周华

[这个贴子最后由周华在 2002/12/17 01:14pm 编辑]

Hyper-X项目简介：
Hyper-X项目是美国在NASP计划被取消后开展的又一个高超音速研究项目，这个项目的目标是要解决航空工程中最具有挑战性的问题之一——采用空气吸入式发动机进行高超音速飞行。项目将持续数年（NASA没有明确说明具体年限）时间。到目前为止，该项目已经进行了大量的研究工作，包括大量的技术回顾、风洞试验和其他类型的试验，并已完成第一次自由飞试验。目前针对第二次飞行中可能出现的问题已经进行了很多研究工作，如果进展顺利，2003年夏天将进行第二次试飞。
这个研究项目中的主角是X-43A飞行器，这个飞行器的飞行速度将超过现在所有具有超音速飞行能力的飞机，达到7-10个马赫数。目前飞得最快的飞机是美国的SR-71，其飞行速度略高于3个马赫数，用火箭推动的X-15在1965年是达到的最大速度是6.7马赫数。由X-43A展示出来的革命性技术将主要用于提高未来的高超音速飞机的载重能力和经济性。
X-43A主体部分由位于田纳西州的MicroCraft公司制作，其发射装置由亚利桑那州的轨道科学公司的发射分部制作。上述合同是在1997年3月24日签定的。在第一次试飞中，X-43A安装在飞马座助推火箭顶端，二者安装在试验用的NB-52右翼下方内段。试验过程中，X-43A及其助推火箭先从飞机上释放，然后点火加速达到高超音速，最后坠落到太平洋中（详情请参考楼上于欣提供的网址）。
项目管理为Dryden中心和Langley中心，管理层希望这个项目中得到的技术可以用于超音速飞机和可重复使用航天器的设计工作。