B-52的8台发动机:是动力澎湃,还是落后设计
B-52“同温层堡垒”是美国一款远程亚音速 喷气式 战略轰炸机。B-52由波音公司设计和制造,该公司也持续为其提供支持和升级。
自1955年以来,它一直由美国空军运营。该轰炸机可携带高达32,000公斤的武器,在不进行空中加油的情况下,其典型作战半径约为4,200公里。
该机配备八台涡轮喷气发动机和后掠翼。B-52于1952年4月首飞。B -52“同温层堡垒”轰炸机专为冷战时期的核威慑任务而设计,用于携带核武器,取代了康维尔B-36“和平缔造者”轰炸机。
关于他的来源和测试,设计技术今天就不聊了,今天主要聊一下发动机。
那么近代技术如此发展为什么还在使用 8台(很少有这么多的)发动机?
在重型轰炸机领域,没有哪款机型能像B-52“同温层堡垒”那样服役时间如此之长。
这款冷战时代的战机于1954年加入美国军火库,最终成为核三位一体的一部分,与战略导弹和潜艇一起,旨在震慑苏联。
柏林墙倒塌后,它逐渐发展成为一款空中多面手。凭借其航程远、运行成本低以及能够携带比其他任何飞机都更广泛的武器种类
B-52H 改装后可携带两架洛克希德 D-21B无人机
根据美国空军目前的轰炸机计划,B-52轰炸机将服役至2050年—距离其百年诞辰仅差几年。尽管这一百年纪念引发了媒体的广泛关注,但很少有人提及,这架在朝鲜战争期间建造的复杂机器,为何在2050年,仍然能够发挥作用。
更疯狂的是为什么到现在还在使用的8个发动机,不能升级到4个或者2个吗?
所以从上图和上面资料,我们知道它的配置是【八台涡轮喷气发动机和后掠翼】
我们先了解的是涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机之间的区别。
从本质上讲,它们都是喷气式涡轮发动机,利用叶轮吸入并压缩冷空气,将其与燃料混合,燃烧,然后利用膨胀的热空气旋转涡轮叶片,进而驱动叶轮吸入更多空气,同时高速排出热空气以提供前进速度。
涡轮风扇在前端增加了一个(或两个)风扇,本质上是一个螺旋桨,它也由涡轮机驱动,并移动更多的空气,这些空气大部分不会流经涡轮机,但仍然会增加总推力,尽管速度较低。
那我为什么要讲涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机呢?嗯,加装风扇,并让空气绕过涡轮(称为旁通气)来增加推力,有两个作用。
首先,它提高了比冲—也就是说,燃烧的燃料能产生更大的推力;其次,也是最重要的一点,它能显著提高静推力。
什么是静态推力?你可以把它想象成推和打的区别。
打拳可能力道很大,但你移动不了多少。同样力道的推却能让你移动得更远。涡轮喷气发动机拥有高动态推力,就像打拳一样;
涡轮风扇发动机则像推一样。你肯定看过电影里战斗机飞行员在猛踩油门前喊“加油”的场景吧?
没错,这几乎就是字面意思,因为战斗机用的就是涡轮喷气发动机或超低涵道比的涡轮风扇发动机。这种发动机非常适合轻型飞机,能飞得非常非常快。但重型飞机呢?它们需要强力推动才能在跑道上快速滑行起飞。而B-52轰炸机需要携带大量的炸弹和燃料,它真正需要的不是猛推,而是强力推动。
但问题在于:涡扇发动机当时还不存在。在B-52设计之时,涡扇发动机距离问世还有近十年的时间。
事实上,B-52 的替代机型 B-36“和平缔造者”也存在同样的问题,它通过 6 台活塞式螺旋桨发动机提供推进力来解决这个问题,但螺旋桨发动机速度较慢,因此它还配备了 4 台涡轮喷气发动机以增强其高速冲刺能力。然而,这种配置仍然严重限制了它的速度——其巡航速度不到 B-52 的一半,即使喷气发动机全功率运转时的最大速度也只有 B-52 的三分之二左右。
因此,虽然B-52轰炸机的早期概念设计确实采用了螺旋桨,但最终还是因为同样的原因被否决了。所以螺旋桨方案被否决了,但仍然需要更大的静态推力。
你听过“动力不够,数量来凑“这句话吗?这基本上就是B-52的原理。如果喷气式发动机没有足够的推力让飞机起飞,他们就决定增加发动机的数量。这虽然不够优雅,但却奏效了。B-52甚至可以在机翼下挂载相当于另一架飞机重量的载荷飞行!
所以你可能会问:既然我们现在都有涡扇发动机了,为什么它仍然有 8 个发动机呢?
你说得对。事实上,目前仍在服役的B-52H型轰炸机(其历史可以追溯到20世纪60年代初)确实使用了早期的低涵道比涡扇发动机,这相比最初的涡喷气发动机来说是一次巨大的升级,推力是B-52测试时所用发动机的两倍,比最初的生产型发动机提升了约70%。
它们或许足以按2:1的比例取代最初的涡喷气发动机,但这提升幅度非常有限。因此,他们保留了8台发动机的布局,并将增加的动力用于提升有效载荷能力,利用更高的比冲来增加航程和提高燃油效率。
当然,那是1961年的情况,我们现在有更好的发动机,高涵道比涡扇发动机可以轻松取代早期的低涵道比涡扇发动机,而且静态推力是后者的两倍。而且已经有人尝试过了!
B-52K 模型,展示了一架理论上配备 4 台劳斯莱斯 RB211 发动机的轰炸机。
第一个大型改造方案出现在上世纪90年代中期,当时计划为飞机更换4台现代化的罗尔斯·罗伊斯RB211发动机,这将显著提升飞机的整体推力和航程,并大幅节省燃油。但美国空军并不愿意投资一款服役超过30年的机型,他们认为节省的燃油成本不足以抵消改造费用,因此否决了该方案。
2000年代初期,这项被否决的方案再次被提起,结果发现空军的计算有误,事实证明,这项方案的成本完全值得。空军承认了错误,于是再次推动重新设计发动机,但空军再次反对,最终导致无休止的争论,多年来一直搁置,毫无进展,最终悄然夭折。
关于重新安装发动机的争论在 2010 年代后期再次出现,当时人们已经意识到 B-52 轰炸机还将服役几十年。2020 年,美国空军终于公布了其提案……用更新的发动机对飞机进行重新安装,同时保留 8 台发动机的布局。
是的,经过一番折腾,最终决定对飞机机身和控制面进行改动过于庞大、成本高昂且耗时,因此空军最终还是选择了保留8台发动机。
那么,为什么B-52轰炸机有8台发动机呢?可能最初是出于技术无奈,现在则可能是预算优先或者政治意愿的问题吧。