技术派丨王者之翼——各国飞翼布局研发的过去与未来（中）

20世纪七十年代，冷战正酣，东欧前线的装备朝着有利于苏联的方向发展。苏联发展了“以陆制空”的防空理论，并在东欧构筑了人类历史上最密集的防空网；空中有数量庞大，性能极佳的截击机群；地面上更有几万辆坦克，十几万辆装甲车。而美国在欧洲大陆上所能依靠的唯有傲视天下的空中力量，美国空军不仅担任着战术支援的任务，还必须能够穿透密集的雷达探测网并摧毁苏联纵深的关键节点。

美国已经在如何撕开苏军防空网的问题上思考了许久，得出的结论是，尽管利用电子干扰能够压制住一部分的防空系统，但只要苏军在后方的核心节点依旧能够运作，那么美国终究无法击败苏联的防空系统，更何况苏联还有一大批优秀的战机。因此，美国必须在苏联无法探测到的前提下渗透至苏联后方实施打击——这个解决方案就是隐身。

美国从五十年代开始就持续对隐身理论、电传飞控和飞控计算机进行投资。1973年洛克希德公司就开展了F-117“夜鹰”隐身攻击机的研制，不光验证了隐身理论，还在飞控和隐身涂料上开创了先河。

不过，F-117尽管隐身，但仍属于战术飞机，难以满足打击苏联战略目标的需求，并且由于是第一代隐身战机，仍然有着一系列不完善之处，隐身效果并未磨合到最佳。在F-117上小试牛刀后，美国航空工业对隐身的研究更加系统化了，他们已经具备了设计隐身战略轰炸机的先决条件。

对于诺斯罗普公司来说，他们已经准备了半个世纪，但是它还有最后一个对手需要打败。

美国空军在1980年9月提出了“先进技术轰炸机”（ATB）的征询书，其中将低可探测性（雷达隐身）列为了重中之重。由于此项目技术风险极大，航空巨头们纷纷“抱团”。最后的竞争是来自于洛克希德和罗克韦尔公司的“高级钉”方案和来自诺斯罗普、波音和LTV公司的“高级钻石”方案，而“高级钻石”方案就是XB-35与YB-49的发展，也就是B-2的前身。

洛克希德的方案非常类似于F-117的放大版，相对而言是一个比较稳妥的方案，可以看成是飞翼布局再加上粗长的尾椎和两片巨大垂尾（而B-2方案则用一片“海狸尾”就代替了）这一设计保留了一定常规布局的优势，但在隐身性方面则比完全是飞翼布局的“高级钻石”差了一个档次。相比于F-117，“高级钉”并不是一款革命性的作品。

1981年10月20日，美国空军宣布诺斯罗普团队成为了ATB项目的赢家。此时此刻，飞翼布局的探索者杰克已经是耄耋老人了，当他在1981年离世前看到B-2轰炸机的模型，他感叹道：我明白了上帝为何让我多活25年。

“幽灵”现身

B-2的研制工作在极度秘密的情况下开始了，美国严禁任何外国国籍人士参与此项计划，大部分供货商都不知道自己是为什么项目供货，美军甚至强行让一位工程师的加拿大妻子入了美国籍。就连总装工作，也放在了美军自己在加州帕姆代尔的42号工厂，如此谨慎的保密工作让民众在“幽灵”出世后三年才得知它的存在。

B-2战略轰炸机长度为21.0米，翼展52.4米，实用升限15200米，油箱容量93520升，航程为12000km，机翼后掠角为33度。为了优化隐身和气动性能，B-2不但在表面上覆盖了一层特殊材料以保持相同的电导率，并减少机身上的缝隙，还针对高亚音速设计了超临界翼型以加速部分气流。

在ATB计划中，美军对新战略轰炸机的航程、载弹量以及低可探测性提出了很高的要求，而这恰好都是飞翼布局的最大优势。飞翼布局拥有广大的内部空间——它相对于常规布局并没有占据空间较大的纵向主梁等结构，就有更大的空间搭载多余的燃油和弹药；相对于常规布局来说，飞翼布局庞大的翼面积能提供更大的升力，这也可以节省燃油或是提高飞行性能；而独特的肩部进气道和在机身上方的尾喷口更是别具匠心，不但利用机身遮挡住了来自地面的雷达波，更在机身上下方产生了气压差，又提高了升力。仅仅从这三点来说，B-2的气动设计已十分出色，具备了成为划时代战略轰炸机的先天优势。

尽管战略轰炸机对机动性的要求不大，但在起降作业和紧急时刻仍十分重要。相比于YB-49，B-2的最大进步就是显著提升了飞翼布局的飞行可靠性：在电传飞控得到应用的基础上，B-2在两个尾喷口中部设置了一片巨大的“海狸尾”，主要用于平衡起降时紊流产生的颠簸，部分代替了常规布局中的尾翼和垂尾。剩余八片翼面起到控制飞机盘旋、俯仰和滚转的作用，其中最外侧的翼面还可用于减速。

B-2“幽灵”的隐身措施值得大书特书，根据诺斯罗普公司的统计，应用于B-2的隐身技术就多达数百项，设计细节一变再变，可谓是精益求精。

除了飞翼布局这个先天隐身优势外，工程师还首先采用了相互平行的翼型。由于金属物体反射雷达波不可避免，只能尽可能将其降低到可以忽略的程度，而为了不让雷达波向不同方向的反射暴露飞机的坐标，就必须让雷达波只向少数方向反射。因此，保持平行的翼型让反射波“可控”在少数角度内，也是未来诸多隐身飞机的设计原则之一。

B-2轰炸机的所有固定开口都位于机身上方，让地面雷达无法照射到飞机最大的两个信号源——进气道和尾喷口，更起到了提升升力的妙用。不过，这仍然无法避免来自空中的雷达信号以及部分热力学特征，如果不加以修形，苏军的截击机依然可以照射到发动机转动的叶片。对此，诺斯罗普公司为B-2设计了独特几何构造的S型进气道和二次冷却的旁路通道（在机身中部偏后），雷达信号经过了扁平的进气口和S型进气道后已经多次反射，衰减到了能够忽略的程度；发动机燃烧后的热空气也能得到足够的冷却。S型进气道设计是B-2以及之后隐身机的核心技术，极大地减少了来自动力系统的信号特征。

飞机上诸如进气道和弹仓缝隙等固定开口还需要涂上雷达吸波材料（RAM），其组成成分是一种有机铁盐，是美军发展的第二代隐身涂料，解决了F-117隐身涂料过重的问题。RAM涂料呈现铁灰色，在把雷达波能量转换成热能上有着极高的效率。全机涂上厚度适当的涂层后，敌方探测雷达的雷达波在照射到涂层后，涂层前后两面反射的雷达波会发生干涉，从而相互抵消转化为热能。类似的概念就是光学镜头的镀膜，可以消除不必要的光线。

两个机翼各埋设两台F118-GE-100非加力涡扇发动机——它是由B-1轰炸机的F101型发动机发展而成，但涵道比有很大降低，性能更类似于GE公司同样发展自F101型的F110系列发动机。F118只需要较小的进气和排气口，这对于隐身来说无疑是有利的。每台发动机可提供最大77kN的推力，能推动B-2以0.95马赫的最大速度飞行，托举起170.6吨的最大起飞质量。

B-2最终于1997年4月服役。由于冷战结束，B-2只生产了21架，平均每架造价为24亿美元，B-2轰炸机单位重量的价格高达黄金的三倍，真可谓是“金子堆成的飞机”了。

很难想象B-2的出世带给当时的世界多少震撼，其科幻的造型显然成为了美国主宰天空的象征，对其他国家构成了不对称的单边威胁。

猛禽的孪生兄弟

获得隐身打击能力后，尝到甜头的美国空军为了加强欧洲前线的制空权，决定投资研发隐身战斗机，也就是大名鼎鼎的“先进战术战斗机”ATF计划。作为最终竞标成功的YF-22的对手，诺斯罗普公司和麦道公司联合研制的YF-23“黑寡妇2”同样堪称当时航空界的顶尖作品，其技术先进性比起“猛禽”有过之而无不及，败北的主要原因是技术成熟度和成本原因。从今天的眼光看，隐身、航程和超音速巡航性能更出色的“黑寡妇2”或许更适合亚太战场。

YF-23在隐身方面大约比YF-22强50%。由于其在设计中使用了大量源自B-2的设计成果，因此它虽然没有B-2轰炸机独特的飞翼布局，却蕴含了“幽灵”的设计思想。

诺斯罗普/麦道团队对于ATF计划有着自己的思路。在空气动力学上，ATF的设计重点在隐身外形、超音速巡航能力以及机动性上。YF-23设计团队认为未来空战的交战距离主要在视距外，因此着重于隐形外形；其次是要满足高效率的转场作战能力，所以YF-23的超音速巡航速度高达1.8马赫；最次是机动性，YF-23在这方面仅仅达到了略高于三代机的水平。而它的对手YF-22在这三方面和成本上做得比较均衡。

YF-23继承自B-2最重要的设计思想，就是保持机身简洁。由于机体表面的不规则是反射信号的最大来源，减少翼面数量也成为最直接的隐身手段。YF-23采用了V形全动尾翼，等于把尾翼和垂尾“融合”起来了（由于垂尾是信号的大反射源，四代机纷纷使用倾斜垂尾来减少信号反射，YF-23则干脆取消了垂尾）。尽管取消一个翼面会影响机动性，但诺斯罗普和麦道公司的工程师认为相对于增加的隐身性能，这是很值得的牺牲。

YF-23给人最大的印象莫过于那怪异的菱形机翼——两片机翼的前后略角均为40度。YF-23的设计团队之所以选择这样一个机翼形状，就是因为要贯彻极致隐身的思想。YF-23继承了源自B-2的X形四波瓣反射特征。要实现四波瓣反射，机翼前后缘在水平面内必须平行，形成类似于菱形的形状。这样一来，研发团队要么采用后缘后掠设计，形成后掠翼型——基本类似 B-2 的机翼，但那样意味着几乎没有拿得出手的机动性；要么采用前掠翼型，但经过NASA的实验表明，前掠翼会产生很大的阻力，超音速巡航性能会下降；要么采用后缘前掠设计，形成对称菱形翼，也更利于结合整个机身。在这三种翼型里，菱形翼的机动性最好，也有空间布置更大面积的襟翼和副翼调姿，而且宽大机翼更有助于增加升力——YF-23的翼面积达到了88.26平方米（YF-22的翼面积为77.1平方米），产生的阻力还略小，这一设计赋予了YF-23更大的航程。

YF-23并没有采用和B-2相同的肩部进气道，但依旧把尾喷口放在了机身上方，这也是借鉴了B-2轰炸机提高升力、减少尾喷口反射信号的一大手段，弊端就是牺牲了不少机动性。

尽管YF-23最后败于YF-22，但“黑寡妇2”的确在不少方面超越了“猛禽”，它毫无疑问是更具突破性的作品，其众多独特设计值得后来者借鉴，也是诺斯罗普“飞翼传奇”反哺战斗机技术的最大成果。（未完待续）