B－2轰炸机的隐身之谜

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送交者: 隐身 于 April 09, 2001 01:19:31:

去年7月14日，美国诺斯罗普·格鲁门飞机公司向美空军交付了第21架即最后一架B－2A隐身轰炸机。有关B－2的一些技术之谜也开始逐渐揭开。

　　自从1988年11月22日这种隐身战略轰炸机向公众亮相之日起，有关它的谣传就从未停止过，当时的美空军发言人向世人表示，先进的技术已使美国的航空工业发生了重大的变革，但在媒体就有关B－2的技术秘密公开报道之前，这位发言人的话并未引起人们的注意。

　　据悉，与F－117的隐身靠特殊的多面体形状以及采用吸收雷达波入射的电磁波材料的方式相反，B－2轰炸机应用的是以电空气动力学为基础的"主动"隐身技术。其方法是在飞机前缘充以正电荷，而在尾喷管出口处的气流中充以负电荷，前后两种电荷间的电位差达到1500万伏，因此有人把B－2称作飞行的电容器，前缘为阳极，尾喷管为阴极，在阳极与阴极之间嵌入了吸收电磁能量的介电蒙皮材料。

　　静电学与空气动力学的结合

　　所谓电空气动力学（Electroaerodynamics）是静电学与空气动力学的结合。结合的结果产生了一些奇特现象。当在飞机前缘充以正电时，前缘周围的空气产生电离，由于空气变得更“稀薄”，它的阻力变小了。在推力不变的条件下，飞行器的性能（速度、活动半径、载重量）得到提高。与此同时，音障的出现推迟，声音的特征变得十分弱小。同时，这种飞行器可在“超音速”下巡航并在“虚拟的”亚音速条件下作机动飞行。这就是为什么B－2的确切速度及重量参数从未透露过，美国空军只是用了含糊其词的“高亚音速”表达方式。

　　另外，由于电空气动力学的应用，飞行器结构周围的空气电离，电离空气的运动得以加速，从而改善推进器系统的性能。因B－2A的重量为170吨，4台84千牛的F118－GE－100发动机按理说是不足以保证其飞行性能的，这里显然得益于电空气动力学的应用，使其具有独特的推进系统。

　　最后，可以对飞机结构周围的空气的运动进行选择性的操纵，同时也可以对前缘的空气的电离进行选择性控制。总之，飞机的一些气动力表面都要受到"虚拟的"电磁表面的作用。因此，要求采用特殊的概念设计。这至少部分地可以解释B－2的前缘（其结构从未透露过）为什么设计成若干个段。例如休斯AN/APQ 81雷达就是安装在前缘中的一个轴线与进气道轴线相同的一段中。这个区域要求特别注意以免影响雷达及发动机的功能，这一点至关重要。

　　电磁隐身

　　等离子体的应用对飞机的隐身极其有用。空气的电离使电磁隐身（electromagnetic cloaking）成为可能，可以有效地防止雷达探测。因为将飞机罩在一个“等离子体套”中（等离子鞘或等离子掩体中），会干扰电离空气的电磁性能。对某些类型的辐射，要根据意愿扩展“电磁窗”的频谱范围。为此，可以对电离密度进行调节。这一技术虽不能消除雷达讯号的返回，但可以使返回的信号失去其特性，从而无法分辨其信息内容。这样对方的雷达操作人员无法评估目标的大小、来袭速度以及相对距离等。从物理学来看，目前对电离介面上的电磁场的叠加以及能量交换的机理已有充分的认识。电磁隐身同时还能防护飞行器不受微波武器的袭击。

　　值得一提的是：上述问题由美国田纳西州的诺克什维尔大学及明尼苏达州的明尼阿波利斯大学根据美空军的合同进行了长达15年的研究，约翰洛斯教授在这方面获得多项专利。他精确显示了机翼在等离子体中的情况。

　　电磁隐身的学说后来还用来解决了B－2的设计师在研制“耐用的”吸波蒙皮上碰到的一些问题。在80年代，日本人研究了带电质点在与塑料接触时的腐蚀作用（特别是在雨季）。这个问题在B－2上也碰到了，但不久即得到解决。

　　红外隐身

　　同样值得一提的是B－2的红外特征的减弱。首先减少飞机红外特征的方法之一是使飞机温度与背景温度相等。在80年代格鲁门飞机公司就开发了一种所谓的“背景匹配”系统，通过静电场来加热或冷却飞行器的表面，但诺斯罗普·格鲁门飞机公司对这种方法未加以应用。

　　该公司采用消除飞行器“热”部件红外特征的方法。B－2碳碳复合材料尾喷管的特殊性一直促使专家用静电场的方法来降低从燃烧室排出来的燃气对尾喷管的气动加热，这种静电磁场在这里起着“虚拟喷管”作用，可使带有电荷的燃气流产生偏转。这项技术实际上在1969年取得多项专利。

　　红外特征的另一来源是来自尾喷流中的CO2、NO及水蒸气的红外辐射。采用电离的碳氢化合物基的气溶胶可以减少CO2及NO的红外特征。这种气溶胶强烈稀释时也能抑止水蒸气冰晶的形成。带有静电的水滴实际上有可能产生爆裂而得到抑止。

　　对B－2的红外特征特别是水蒸气凝结物的抑止，美空军一直保持缄默。

　　静电发生器

　　要使B－2一方面处于等离子体罩中，同时又要抑制水蒸气凝结物的红外辐射，必须有一台使用简单的高压静电发生器。要使探测雷达失效，电压差要求超过20万伏。因此要求静电发生器比范德格拉弗式发生器更先进。后者在90年代曾在F－16改型机上进行过试飞，装在机翼端的两台发生器可对机体结构充正电荷而接地线（通向自由空气的导线）可获得电子。这是一种靠对橡皮带摩擦产生电荷的机械装置。

　　B－2则用的是一种带有适当装置的喷气发动机，其中的秘诀在于在燃气流中掺入负离子以干扰火焰的静电平衡，并同时向前缘充以正电荷。在尾喷管出口处安装电荷收集器时还可同时回收一部分注入燃气流中的电子。结果得到两方面的效益。一是在燃气流中加入负离子可以降低气动力加热，一是回收的电子可以重新注入燃气流。这一系统由一名美国物理学家汤姆斯.T.布朗在1957年取得专利。这位物理学家是“反重力场”的一名关键性人物。