B－2轟炸機的隱身之謎

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送交者: 隱身 於 April 09, 2001 01:19:31:

去年7月14日，美國諾斯羅普·格魯門飛機公司向美空軍交付了第21架即最後一架B－2A隱身轟炸機。有關B－2的一些技術之謎也開始逐漸揭開。

　　自從1988年11月22日這種隱身戰略轟炸機向公眾亮相之日起，有關它的謠傳就從未停止過，當時的美空軍發言人向世人表示，先進的技術已使美國的航空工業發生了重大的變革，但在媒體就有關B－2的技術秘密公開報道之前，這位發言人的話並未引起人們的注意。

　　據悉，與F－117的隱身靠特殊的多面體形狀以及採用吸收雷達波入射的電磁波材料的方式相反，B－2轟炸機應用的是以電空氣動力學為基礎的"主動"隱身技術。其方法是在飛機前緣充以正電荷，而在尾噴管出口處的氣流中充以負電荷，前後兩種電荷間的電位差達到1500萬伏，因此有人把B－2稱作飛行的電容器，前緣為陽極，尾噴管為陰極，在陽極與陰極之間嵌入了吸收電磁能量的介電蒙皮材料。

　　靜電學與空氣動力學的結合

　　所謂電空氣動力學（Electroaerodynamics）是靜電學與空氣動力學的結合。結合的結果產生了一些奇特現象。當在飛機前緣充以正電時，前緣周圍的空氣產生電離，由於空氣變得更“稀薄”，它的阻力變小了。在推力不變的條件下，飛行器的性能（速度、活動半徑、載重量）得到提高。與此同時，音障的出現推遲，聲音的特徵變得十分弱小。同時，這種飛行器可在“超音速”下巡航並在“虛擬的”亞音速條件下作機動飛行。這就是為什麼B－2的確切速度及重量參數從未透露過，美國空軍只是用了含糊其詞的“高亞音速”表達方式。

　　另外，由於電空氣動力學的應用，飛行器結構周圍的空氣電離，電離空氣的運動得以加速，從而改善推進器系統的性能。因B－2A的重量為170噸，4台84千牛的F118－GE－100發動機按理說是不足以保證其飛行性能的，這裡顯然得益於電空氣動力學的應用，使其具有獨特的推進系統。

　　最後，可以對飛機結構周圍的空氣的運動進行選擇性的操縱，同時也可以對前緣的空氣的電離進行選擇性控制。總之，飛機的一些氣動力表面都要受到"虛擬的"電磁表面的作用。因此，要求採用特殊的概念設計。這至少部分地可以解釋B－2的前緣（其結構從未透露過）為什麼設計成若幹個段。例如休斯AN/APQ 81雷達就是安裝在前緣中的一個軸線與進氣道軸線相同的一段中。這個區域要求特別注意以免影響雷達及發動機的功能，這一點至關重要。

　　電磁隱身

　　等離子體的應用對飛機的隱身極其有用。空氣的電離使電磁隱身（electromagnetic cloaking）成為可能，可以有效地防止雷達探測。因為將飛機罩在一個“等離子體套”中（等離子鞘或等離子掩體中），會干擾電離空氣的電磁性能。對某些類型的輻射，要根據意願擴展“電磁窗”的頻譜範圍。為此，可以對電離密度進行調節。這一技術雖不能消除雷達訊號的返回，但可以使返回的信號失去其特性，從而無法分辨其信息內容。這樣對方的雷達操作人員無法評估目標的大小、來襲速度以及相對距離等。從物理學來看，目前對電離介面上的電磁場的疊加以及能量交換的機理已有充分的認識。電磁隱身同時還能防護飛行器不受微波武器的襲擊。

　　值得一提的是：上述問題由美國田納西州的諾克什維爾大學及明尼蘇達州的明尼阿波利斯大學根據美空軍的合同進行了長達15年的研究，約翰洛斯教授在這方面獲得多項專利。他精確顯示了機翼在等離子體中的情況。

　　電磁隱身的學說後來還用來解決了B－2的設計師在研製“耐用的”吸波蒙皮上碰到的一些問題。在80年代，日本人研究了帶電質點在與塑料接觸時的腐蝕作用（特別是在雨季）。這個問題在B－2上也碰到了，但不久即得到解決。

　　紅外隱身

　　同樣值得一提的是B－2的紅外特徵的減弱。首先減少飛機紅外特徵的方法之一是使飛機溫度與背景溫度相等。在80年代格魯門飛機公司就開發了一種所謂的“背景匹配”系統，通過靜電場來加熱或冷卻飛行器的表面，但諾斯羅普·格魯門飛機公司對這種方法未加以應用。

　　該公司採用消除飛行器“熱”部件紅外特徵的方法。B－2碳碳複合材料尾噴管的特殊性一直促使專家用靜電場的方法來降低從燃燒室排出來的燃氣對尾噴管的氣動加熱，這種靜電磁場在這裡起着“虛擬噴管”作用，可使帶有電荷的燃氣流產生偏轉。這項技術實際上在1969年取得多項專利。

　　紅外特徵的另一來源是來自尾噴流中的CO2、NO及水蒸氣的紅外輻射。採用電離的碳氫化合物基的氣溶膠可以減少CO2及NO的紅外特徵。這種氣溶膠強烈稀釋時也能抑止水蒸氣冰晶的形成。帶有靜電的水滴實際上有可能產生爆裂而得到抑止。

　　對B－2的紅外特徵特別是水蒸氣凝結物的抑止，美空軍一直保持緘默。

　　靜電發生器

　　要使B－2一方面處於等離子體罩中，同時又要抑制水蒸氣凝結物的紅外輻射，必須有一台使用簡單的高壓靜電發生器。要使探測雷達失效，電壓差要求超過20萬伏。因此要求靜電發生器比范德格拉弗式發生器更先進。後者在90年代曾在F－16改型機上進行過試飛，裝在機翼端的兩台發生器可對機體結構充正電荷而接地線（通向自由空氣的導線）可獲得電子。這是一種靠對橡皮帶摩擦產生電荷的機械裝置。

　　B－2則用的是一種帶有適當裝置的噴氣發動機，其中的秘訣在於在燃氣流中摻入負離子以干擾火焰的靜電平衡，並同時向前緣充以正電荷。在尾噴管出口處安裝電荷收集器時還可同時回收一部分注入燃氣流中的電子。結果得到兩方面的效益。一是在燃氣流中加入負離子可以降低氣動力加熱，一是回收的電子可以重新注入燃氣流。這一系統由一名美國物理學家湯姆斯.T.布朗在1957年取得專利。這位物理學家是“反重力場”的一名關鍵性人物。