B-1B“枪骑兵”轰炸机

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B-1尖锐的机头。头部内装有先进的雷达系统,具有地形跟踪和火力控制功能。图中B1赖以超低空突破敌方防空网的核心部分。在这张照片里,可以很容易看到B1翼身融合的结构特点。B1的驾驶舱风挡玻璃和美军多数飞机一样,具有减低核闪光、核辐射的作用。此照片摄于2003年伊拉克战争之后,图中的B-1B刚刚返回美国本土基地。

下图里的两架B-1飞行在云层上,也很酷!


B-1B“枪骑兵”轰炸机

B-1B既要高空高速飞行,又要低空亚音速突防,而高涵道比涡扇发动机是达到这一要求的必然选择。最终,美国空军选定了通用电气公司的F-101涡扇发动机。F101后来又派生出一系列改型。第一种改型是F101DFE ,随后又派生出Fl10,装在F-14、F-15及F-16战斗机上。
发展概况

当AMSA项目开始实施时,配套发动机的研制工作也同时启动。1970年6月5日,研制合同签署,根据合同规定,通用电气公司将负责发展40台YF101-GE-100发动机,但在B-1A样机的数量减少后,发动机样机的生产数量也随之减少至27台。

新发动机的设计指标比较高,一台YF101的推力和两台B-52上的J79涡喷发动机的推力相当,而体积却比单台 J79小30%。以巡航速度飞行时,YF101的耗油率比J79约降低25%,而且排烟量更小。

1971年6月,美国空军对F101进行了初始设计评审。同年10月,洛克韦尔国际公司开始全尺寸样机的制造。10月29日,通用电气公司开始对发动机核心机进行测试,比原计划提前了17天。1972年4月,首台发动机装配了加力燃烧室,并完成了90%转速试验。
 

1972年7月,YF101通过验收并交付给洛克韦尔国际公司。1974年3月22日,在成功完成额定状态预先飞行试验后不久,首台用于飞行试验的YF101交付。1974年5月中旬,其它3台用于B-1首架原型机的YF101交付。与此同时,用于同时启动所有4台发动机,以及向机载系统供电的辅助电源,也完成了性能测试。

F101可以说是美国历史上试验最充分的发动机。它实施了等效于1000 小时的持续试验,进行了300小时的产品检验试验,包括大约200次起动及关机试验,440次推力变换试验。在300小时试验中,用于模拟爬升及地形跟随条件下的试验就有225小时,它等效于发动机经过200次连续飞行5小时的使用情况。

1977年6月,当卡特政府决定停止B-1A 项目后,F101 发动机的研制工作也被迫终止,但“连续工程发展”(CED)计划则一直持续到了1981年3月。此时,F101发动机已在四架B-1A原型机上飞行了大约7600小时。通过这些试验,发动机逐步成熟起来,零部件寿命不断扩展,采购及运行费用也得到降低。

功夫不负有心人。1981年12月,里根政府决定启动B-1B计划,发动机选用F101-102 。除了耐久性和可操作性得到进一步提高以外,F101-102和F101-100几乎完全相同。另外,为提高发动机推力以满足B-1B的需要,要求提高F101-102的涡轮温度,因此其重量也略有增加。由于不再要求M2的最大速度,发动机进气道和喷管也进行了相应修改。
 

在F101-102的研制过程中,首次应用了“加速的任务试验”(AMT)方法,以进行产品检验。研制过程中,在F101-102上共进行了大约790小时的AMT,其中大部分都在最大推力状态,在最大推力状态又包括4713次加力燃烧室点火,830次低疲劳循环和9427次热循环,总的试验强度约相当于发动机运行10年所受载荷。1982年2月,上述试验完成。同年4月1日,通用电气公司拿到了总值18.2亿美元的生产合同。

  1983年9月,大规模发展工作结束,首台F101-102发动机也于同月交付,并于1984年10月装在首架B-1B上进行了飞行试验。猛一看,F101-102和F101-100几乎完全相同,只是重了约180千克。另外,F101- 102的可靠性也进一步提高,抗失速性能更好,耗油率也较F101-100降低3%-5%。
F101发动机

  F101是一种双转子涡扇发动机,涵道比约为2,比此前研制的TF30和F100涡扇发动机要高得多。TF30装在F-14 战斗机上,涵道比为0.9。F100装在F-15和F-16战斗机上,涵道比为0.7。F101的空气流量约为160千克/秒。F101-100 和F101-102的尺寸完全相同,长4.60米,最大直径1.40米。 F101-100净重约1814千克,F101-102约1996千克。两种型号的静推力相同,加力推力分别为75.6千牛和133.4千牛, F101-102的实际飞行性能也相对好一些。F101采用了模块化设计,这样有利于地面维护和修理。在 F101上,设有许多探伤检查孔,通过这些小孔可以很方便地对压气机、燃烧室及涡轮,尤其是压气机和涡轮叶片的间隙进行探伤检查。
发动机短舱

发动机成对安装在翼根下的发动机短舱内。飞行试验证实,虽然位于同侧的两台发动机可能同时失效,使飞机两边的推力不平衡,但这不会带来很严重的控制问题。当因推力不平衡而产生偏航时,“自动飞行控制系统”(AFCS)会自动通过空气舵面进行补偿和纠正。B-1B甚至可以只借助一台发动机飞行,当然,此时必须进行应急空中放油,以将飞机重量减至可接受水平。

当飞机在地面受到突然攻击时,发动机的快速启动至关重要。一开始,曾考虑为B-1B配备外部电动起动机,但因易受电磁干扰而没有采用。传统的电源起动车会减弱飞机的“独立工作”能力,而且它不能保证飞机从危险区域快速“逃脱”。最后,在每个发动机短舱内配备了一个燃气涡轮辅助动力装置(APU),每台发动机都通过一个传动轴及齿轮箱和APU相连。任何一台APU都可对任何一台发动机实施启动。

发动机还负责为液压及电子系统提供动力,以及引出部分空气供环控系统使用。和B-1A相比,B-1B的起动时间更短。在接到警报后,到达飞机登机梯的第一个机组人员将按下位于前起落架的一个开关,当全部机组人员都到达机座舱内指定位置后,左右两侧的APU已经启动起来,而且所有机载系统都已通电。此时,四台发动机就可以同时启动了。
燃油控制

B-1B最大机内载油量约为93吨。机内燃油分别装在8个机身油箱以及机翼和翼身融合体油箱内。这么多的燃油装在机身内随处晃动,如果不加以控制,必然会危及飞机的平衡。另外,变后掠翼的采用也加大了保持飞机重心平衡的难度。人们不应燃油都忘记B-1A的第三架原型机就是因为重心失衡而坠毁的。

为解决这一问题,在B-1B上采用了“燃油和重心管理子系统”(FCGMS),它通过专用泵使燃油在各油箱内有规则地流动,达到自动保持平衡的目的。的燃油重量,它首先测量出各油箱中并结合外挂物管理系统中的武器负载数据,起落架、襟翼和机翼的确切位置,M数、压力高度及飞机姿态等信息,计算出飞机的实际重心位置。接着,FCGMS将实际重心位置和储存的力臂数据进行对比,如发现已处于失衡状态,就通过关闭或打开阀门,将燃油泵入或泵出,推动燃油在各油箱内流动,直到最后达到平衡状态。通过通气管路子系统,可给各油箱内泵入氮气,使油箱内始终保持一定压力,另外,这也可将油箱内的爆炸性燃油蒸汽/空气混合物浓度控制在安全范围内。

B-1B有两个单独的主油箱,在每个里面都有两个升压泵和一个冷却燃油泵,它们分别将燃油输送到发动机和两个冷却燃油回路。在这个过程中,交叉供油活门使任一油箱内的燃油可被输送到任意发动机。通过热交换的方式,冷却燃油回路可对附件传动机匣、航空电子设备舱、液压油系统及机上发电机实施温度调节。另外,燃油也被输送到每个发动机短舱内的APU,以使飞机在地面值班期间,APU 及其冷却系统可以正常工作。在座舱内安装有燃油控制面板,在这里可通过人工方式对燃油流向进行控制。

B-1B的航空电子设备大致可分为3类:一类是由政府负责提供的一般的通信设备,如敌我识别装置(IFF)、仪表着陆系统(ILS)、AN/ASN-131雷达高度表和应急信标等;其他两类是攻击性航空电子系统和防御性航空电子系统,统称为AN/ASQ-184攻击/防御电子系统。

(一)攻击性航空电子系统

1、概  况

原文名称 Offensive Avionics System--OAS

研制单位 波音公司

硬件组成 包括41类66种设备,总重达1000kg以上。主要的设备是:

(1)控制和显示装置(C&D:Control and Dysplay)。

(2)导航和武器投放设备(N&WD:Navigation and Weapon Delivery)。

(3)AN/APQ-164多功能攻击雷达(ORS)。

(4)AN/APN-218(特里达因·瑞安公司制造)或AN/APN-230多普勒速度传感器(DVS)。APN-230是B-52轰炸机装备的APN-218改进型,把天线、接收机和发射机作成了1个部件。这种设备能测出飞机3个轴的加速度。

(5)2套辛格·基尔福特公司的SKN-2440高精度惯导装置(INS),平时使用其中的一套,另一套作为备用。如果作战需要,2套也可以同时使用。这种惯导装置由4环架陀螺隐定平台和电子部件构成。它与MIL-STD-1553B数据传输总线连接,可以提供的信息有:本机现行位置、航向、飞行速度、平台方位、时间和高度。

(6)IBM公司的AP-101C(后改装为1750A)中央计算机。

(7)休斯公司的前视红外装置(FLIR)。

(8)德尔莫·比克达公司的微光电视(LLLTV)。

(9)武器管理系统(SMS:Stores Management System)。

(10)陀螺稳定系统(GSS)。GSS由陀螺稳定平台、电子控制放大器、补偿装置、磁方位探测器(MAD:Magnetic Azimuth Detector)和控制板等构成,可以向驾驶员的水平情况指示器(HSI)、自动飞行控制系统(AFCS)、导航和武器投放系统、塔康导航装置等提供航向和姿态基准数据,是惯导装置出现故障时提供本机航向和姿态的备用设备。

(11)AN/APN-224雷达高度表,这种高度表是B-52和B-1A轰炸机装备的AN/APN-194的固态电路型。其测量范围是相对地面和海面0~1525m的相对高度。可以全天候使用。发射/接收天线和电子线路全部有双重余度。驾驶员和副驾驶员可以进行波道选择(波道1、波道2和自动1/2)。这个高度表的高度信息除作为雷达数据终端信息外,还被送往飞行指引计算机/监控器(FDC/M:Flight Director Computer/Monitor),支持地形跟随飞行。

(12)电子设备控制部件综合体(ACUC);

(13)无线电频率监视/电子干扰系统(RFS/ECMS);

(14)MIL-STD-1553B数据传输总线和航空电子控制装置(ACU:Avionics Control Unit)等。

2、控制和显示装置

控制和显示装置是4名空勤人员(驾驶员、副驾驶员、攻击系统操纵员(OSO:Offensive System Officer)和防御系统操纵员(DSO:Defensive System Officer))与航空电子系统的接口。包括的主要设备有:

前座舱(驾驶员和副驾驶员)

(1)驾驶员军械控制板;

(2)驾驶员武器应急投放控制板;

(3)雷达高度表操纵板;

(4)雷达高度表显示装置;

(5)地形跟随操纵板;

(6)垂直情况显示器(2个)。

后座舱(攻击系统操纵员和防御系统操纵员)

(1)轰炸/导航控制板;

(2)导航/辅助控制板;

(3)武器管理系统(SMS)控制板;

(4)编码化开关操纵板;

(5)雷达操纵控制板;

(6)雷达显示器;

(7)3个多功能显示器(MFD),这种16.5cm×16.6cm的单色CRT显示器与B-52轰炸机的攻击航空电子系统中使用MFD一样。2个在攻击系统操纵员前面,1个在防御系统操纵员前面。主要显示文字和数字信息,也是雷达的备用显示装置。

(8)2个综合性键盘(IKB:Integrated Keyboard),攻击系统操纵员和防御系统操纵员各使用一个。主要用于选择多功能显示器、多功能显示器的亮度调节、方式选择、菜单选择、手控输入和录象设备的操纵等。但防御系统操纵员不能进行MFD的选择和录象装置的操作。

(9)攻击系统操纵员和防御系统操纵员跟踪操纵手柄;

(10)电子显示装置(2个);

(11)防御系统操纵员配电盘;

(12)无线电频率监视/ECM控制板;

(13)音频记录装置;

(14)显示装置电子部件;

(15)图像产生装置和C&D的电源。

3、攻击雷达系统

研制单位 韦斯汀豪斯电子公司

原文名称 Offensive Radar System--ORS

军用编号 AN/APQ-164

组  成 除天线外,其他部件的形状与大小与APG-68相同,但不能互换。APQ-164雷达采用的电路板有47%与APG-68相同。为了提高可靠性,APQ-164雷达天线以外的部件都是双余度的,如图3.2所示。

(1)无源相控阵天线,包括1526个移相器和射频单元、天线面板等部分组成。天线面板的一侧是盲配射频连接器,每个移相器像印刷电路板那样插在天线面板上。天线面板的另一侧是将行波管放大器的微波能量分配给各个射频单元的波导管路。计算表明,当产生故障的射频单元数小于6%时,天线性能的降低在允许范围以内。

相控阵天线能用1个天线为武器投放和导航提供高分率地形测绘波束,而且依靠可编程序信号处理机还能以交替方式产生地形跟随/地形回避用的最佳形状的波束(使用常规天线时为完成上述两种功能需要两个天线)。采用单个天线的另1个好处是可以获得最大孔径,产生的波束比效窄,分辨率高,对地形跟随和地形回避都有好处。

(2)双状态发射机(DMT--Dual Mode Transmitter);

(3)双通道低功率射频部件;

(4)可编程序信号处理机(PSP);

图3.2 B-1B轰炸机的APQ-164雷达的功能框图

工作状态

(1)真实波束地形测绘状态(RBGM:Real Beam Ground Map)。这是用于导航和确定目标位置的地形测绘状态。

(2)高分辨率的地形测绘状态(HRGM:High Resolution Ground Map)。这是一种合成孔径工作状态,能提供高分辨率的地形图。是导航和投放武器时使用的工作状态。

(3)速度修正状态(VU:Velocity Update)。

(4)地形测绘信标状态(GMB:Ground Map Beacon)。

(5)地形跟踪状态(TER FLW:Terrain Following)。在这种状态中,雷达测量载机前方16km的地形标高,并把所得数据送往地形跟踪航空电子控制部件(ACU),ACU把控制信息送给自动飞行控制系统,以控制飞机进行自动地形跟踪飞行。这种信息也被显示在驾驶员的垂直情况显示器上。

(6)地形回避状态(TER AVD:Terrain Avoidance)。

(7)精确位置修正状态(PPU:Precision Position Update)。

(8)高高度校准状态(HAC:High Altitude Calibrate)。

(9)会合信标状态(RB:Rendezvous Beacon),

(10)会合状态(RM:Rendezvous Mode)

(11)气象探测状态(WD:Weather Detection)。

主要特性

  呈椭圆形,1526个铁氧体移相器/辐射单元插在一块有“盲插”射频接头的平板上。平板背面的波导分配器把来自行波管放大器的微波能量分配到各辐射单元。天线还可工作在合成孔径高分辨率成象状态。

  扫描范围 ±60°

  波束转换 200μs

  波束形状 可变,平方余割(CSC2)、扇形波束、最多到5倍波束宽

  散 极 化 线性和圆形

  雷达重量 533kg

  可 靠 性 10000h

4、武器管理系统

原文名称 SMS:Stores Management System

组  成 SMS的主要组成部分是武器接口部件(WIU:Weapons Interface Unit),WIU安装在武器发射架上,有4种类型:

(1)常规武器逻辑部件(CONVSLU),用于MK.82和MK.36等常规炸弹;

(2)核武器逻辑部件(NUC SLU/CSRL NUC SLU),用于B83、B61-7核炸弹;

(3)译码器接收机(DR:Decoder Receiver),用于空射巡航导弹(ALCM)、先进巡航导弹(ACM)和近距攻击导弹(SRAM);

(4)挂架控制部件(PCU),用于控制外挂架的武器投放。

功  用

(1)投放(或发射)武器前使武器作好准备工作;

(2)攻击系统操纵员进行正常地手动投放(发射)或由计算机控制自动投放(发射)所选择的武器;

(3)保证在应急情况下空勤人员能投弃挂载的各种武器。

5、航空电子设备控制部件综合体

原文名称 Avionics Control Unit Compiex(ACUC)

组  成

(1)4个中央电子设备控制部件(Avionics Control Unit--ACU),即飞机引导和导航ACU(GNACU:Guidance and Navigation ACU),武器投放ACU(WDACU:Weapons Delivery ACU),控制/显示和防御功能ACU(CDACU:Control and Displays and Denfensive function ACU),应急状态工作ACU(CRACU:Critical function Operation ACU)。B-1B轰炸机上共有7个ACU,除上述4个外,在地形跟随系统中还有2个(TFACU:Terrain Following ACU),第7个是防御电子设备使用的预处理器ACU(PACU:Preprocessor ACU)。

(2)2个数据转换装置(Data Transfer Unit--DTU)

(3)海量存储器(Mass Storage Device--MSD)

功  用 使用电子设备飞行软件(Avionics Flight Software--AFS),控制和支援飞机导航、武器投放(发射)和电子战功能等。

6、航空电子设备飞行软件

B-1B轰炸机的作战飞行程序由3个航空电子设备飞行软件(AFS:Avionics Flight Software)组成,3种软件是:

(1)由波音公司设计和生产的导航和武器管理软件;

(2)由韦斯汀豪斯公司设计和生产的雷达装置软件。这是控制AN/APQ-164攻击雷达的程序;

(3)由AIL设计和生产的PACU初始化程序。

2个AFS程序用于武器管理:一个用于管理核武器,另一个用于管理常规武器。中央计算软件分成6个独立的模块化软件:系统管理、导航、武器投和发射、控制/显示和防御、电子设备综合试验和显示方式。

软件板本 航空电子设备飞行软件在不断地发展升级,目前已知有下列几种版本:

(1)版本0是最初的航空电子软件程序;

(2)版本2.0是B-1B轰炸机刚刚进入现役时使用的航空电子软件;

(3)版本2.5对上一个版本作了局部的修改;

(4)版本3.0把巡航导弹的有关程序综合综合进航空电子飞行软件;

(5)1994年11月以后升级为版本4.7

(6)试验AGM-131近距攻击导弹 SRAMⅡ的程序是版本5.0,而装备作战飞机的增加了SRAM Ⅱ的程序是版本6.0。

(7)升级到版本7.0的程序是从航空电子飞行软件中去掉了有关武器的程序的飞行软件,减少了占用的存储器容量。把从航空电子软件中分出来的有关武器的程序一个一个地存储在数据传送用的匣式磁带(DTUC)上,而在任务需要时再加载到计算机中。这样一来,在一般训练等非战斗任务中就不必加载有关武器的程序。

(二)防御性航空电子系统

1、概  况

原文名称 Defensive Avionics System--DAS

研制单位 伊顿公司

组  成 包括108种设备,总重2360kg(不包括电缆),峰值耗电量为120kW。主要包括3大部分。

(1)AN/ALQ-161A无线电频率监视/电子干扰系统(RFS/ECMS:Radio Frequency Surveillance/Electromics Countermeasures System);

(2)AN/ASQ-184防御管理系统(DMS:Defense Management System)和防御控制/显示系统;

(3)AN/ALQ-161尾部警戒雷达(TWF:Tail Warning Function)。

(4)诺斯罗谱公司的干扰发射机

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