2022年10月,波音公司發布的一段視頻展示B-52的商用發動機更換計劃已經進入全新階段。當前使用新版發動機的B-52“同溫層堡壘”模型已經在進行風洞測試。該視頻提供了清晰的飛機及新的F130發動機的外觀。羅·羅公司贏得了此次B-52換發的合同。這次換發將讓B-52機隊飛行到本世紀的第五個十年。
F130/BR725發動機
風洞模型
在發布到波音社交媒體賬戶的短視頻中,可以看到一個小比例的B-52模型被安裝在該公司的跨音速風洞內,并以馬赫數0.92的速度進行測試。其附帶的文字解釋說,該模型與B-52研制時使用的模型相似。它采用四個發動機吊艙,每個吊艙由兩個短艙組成,總共將容納八臺羅·羅F130發動機,此布局與B-52原先相同。
波音公司的空氣動力學工程師塞特曼在視頻中提到,F130發動機將比原先B-52搭載的普-惠TF33-PW-103發動機更省油且易于維護。TF33自1985年以來已停產,預計到2030年后將徹底耗盡配件。雖然此次改裝中B-52H仍將需要航空系統公司提供的全新短艙來容納更高涵道比的羅·羅渦扇發動機。
B-52的基礎設計源于前CAD時代,圖為上世紀50年代在加利福尼亞州手工組裝的B-52發動機吊艙。
“風洞測試的目標是收集數據并建立飛控數據庫,降低最終進行飛行測試的風險。”塞特曼在公司的視頻中說。“新發動機更大,所以有更大的機艙,更接近機翼,并帶來了飛機操縱性能的變化。這就是我們進行風洞測試的原因。”
B-52換發計劃的'精神”航空系統公司正在展示F130發動機短艙樣品
老邁的B-52
B-52是美國空軍裝備的第二代噴氣式戰略轟炸機。其實說該機是戰略轟炸機的第二代產品,并不準確。因為如果將戰略轟炸機的定義限制于“研制時可以攜帶核炸彈”的標準內的話,B-52其實也可以算是第一代這類機型。其中原因就在于該機的研制其實起步極早,研制單位波音公司早在美軍上一型重型噴氣式轟炸機B-47入役前上世紀40年代后期,就開始這個機型的研制工作了。
用“亞音速時代航空技術的極限”來形容B-52,也許并不為過。該機的最大起飛重量達到了220噸,最大載彈量可以達到31噸。經過歷次升級后,B-52具備了空中加油能力,作戰半徑達到了驚人的14200千米,可以飛到全球任何地方。它的最大內油容量達到了18萬升,升限達到了15000米。除去突防能力與維護成本這兩個因素,該機的性能已經其實已經實現了轟炸機這一機型出現時,航空兵參謀們“哪里都能飛到炸到”的夢想。
B-52入役后,軍事技術領域發生了不少革命性的變革。戰術戰略導彈與通信技術、航空材料與發動機技術都在二戰后的三十年發生了重大突破。為了趕上時代,美軍在半個多世紀中始終沒有放棄對B-52的升級。其中除了通信設備外,最主要的升級就是讓B-52具備了運用重型空射巡航導彈的能力。
進入新世紀后,B-52雖然已顯老邁,美軍內部甚至出現了祖孫三代飛行員居然同飛B-52的夸張局面,但這型轟炸機依舊沒有缺席任何一場美國的對外軍事干預行動。在阿富汗,參謀們驚訝的發現,從消費比與任務覆蓋時長角度分析,B-52甚至超越了F-15,成為了最可靠的掩護機型。
不過老而彌堅之外,B-52的升級還是留下了兩個關鍵“缺口”一直沒有彌補。其一是飛機累計的飛行時長對機身壽命的影響。為此,波音公司近年正利用先進計算與精確探傷技術努力延續B-52機隊的壽命。通過拆換舊機+翻新零件的方式,機身壽命的問題當前還可以勉強維持。
但另一個老問題可就不好解決了。那就是B-52的換發迫在眉睫。倒不是這型轟炸機既有的發動機動力不夠,而是舊發動機太耗油,而且停產多年導致了備件短缺。您可能會問,B-52使用了哪款如此不堪的發動機?其實這款舊發動機也曾是航空工業界的明星,渦扇發動機領域曾經的設計標桿,它就是TF33。
TF33曾是世界上最好的渦扇發動機之一,圖中這臺來自于尼克松時代的VC-137'空軍一號”,其尾部帶有反推擋板
TF33是普-惠公司上世紀50年代末推出的一款軸流式渦扇發動機。它屬于戰后渦扇發動機的第一代經典產品,民用編號是JT3D。這款發動機的推力大致在80千牛級別,干重是2.1噸左右。JT3D在民航領域同樣取得了不錯的運用成績,波音707與C-135都使用了這款發動機。B-52使用的是較小的TF33-P-3型,這個型號的推力是75.6千牛。之所以使用較小的TF33,原因在于B-52原設計中外形特殊的雙發動機短艙尺寸所限。
TF33發動機特寫
換發競標
雖然普-惠公司的TF33幫助B-52服役了近70年,但它們的維護成本如今已經變得太高了。由于波音707客機已經退出民航運營,美軍的C-135機隊也開始換裝CFM發動機。TF33這款古老發動機也終于在上世紀80年代逐漸停產。如今隨著發動機的老化,美國空軍要求每6000飛行小時對每臺TF33進行大修。在賬面上,每臺TF33發動機的大修成本為200萬美元。截至2019年,隨著燃油價格的飆升,B-52每小時的飛行成本達到了7萬美元級別,這也使得B-52成為了美國空軍運營成本最高的飛機之一。
B-52轟炸機上維修變得日漸困難的TF33發動機
美國空軍的KC-135機隊近年已經先行換發了CFM發動機,這使得B-52成為了美國空軍大型機換發的“落后份子”.
因此,美國空軍在2018年啟動了B-52換發商用客機發動機的計劃。競標中,羅·羅、普-惠和通用電氣公司都參與了競爭。盡管為B-52H提供動力的TF33發動機已停產,但普一惠公司實際上是這場競爭中的最有優勢的。因為截至2016年,美國空軍還在不斷購買該公司的技術服務。結果經過長達三年的競標,F130擊敗了通用電氣的CF34-10和普-惠公司的PW800。羅·羅共獲得了價值5億美元的合同(如果加上期權收益,合同全款則有可能達到26億美元)。
根據五角大樓的公告,這份合同提供了用于B-52H轟炸機機隊的608臺商用發動機和備用發動機、相關支持設備和商業工程數據,包括維持活動。新發動機的生產地點在印第安納州印第安納波利斯,預計全部實機換發工作將于2038年9月完成。
“換發”后,B-52H外表上很難看出區別
根據合同制造的每臺F130都將一對一替換目前在空軍76架B-52H上的TF33發動機,不過也可能會采購備件。除了羅·羅聲稱燃油效率提高30%、航程增加、現場性能更好、可靠性更高和加油機要求降低之外,B-52采用的F130具體性能指標尚未完全對外公布。《空軍雜志》在2022年3月份曾指出,新發動機不會對飛機的速度產生負面影響,不過飛機的起落架可能需要修改。
正在經陸路奔向工廠的B-52換發驗證機
F130發動機與新雷達
此次贏得競標的F130實際上是BR700渦扇發動機的軍用變型。目前BR700不僅裝備了灣流GV/G550/G650系列公務機,還裝備到了美國空軍的GV/G550和E-11通信機、C-37專機,以及特種飛機。它的性能特征就是省油,而且維護非常容易。一旦登上B-52,這款發動機也將開啟自身在大型飛機上的服役歷史。
羅·羅公司生產的BR725渦輪發動機
羅·羅公司的川特發動機生產線
幾十年來,外界一直有對B-52換發的各種提議。其中在民航機領域取得明顯成果的高涵道比渦扇發動機一直是“最佳候選”。然而大型民航發動機與B-52現有機翼設計相結合的復雜性限制了換發的進程。本世紀初,美國空軍曾多次論證將B-52的8臺發動機減到4臺。但“8變4”的一個意外難點在于,設計師因此必須處理發動機離地高度和發動機熄火情況下帶來的推力不對稱問題。推力不對稱也將導致發動機掛架位置的變化,這無異于重新設計一架飛機了。
波音公司公開的換發版B-52風洞模型,對比上圖現役機型,可見發動機艙變化明顯。
波音公司本身也一直在推動B-52的重新設計。理由是這么做反而可能節省數十億美元,否則這些美元將用于現有發動機的維護和燃料消耗。不過由于近年波音公司在商業航空領域商譽下降嚴重,美國空軍沒有貿然投資這個方案。
除了新的發動機短艙和發動機外,B-52H還將在近期迎來多項升級。其中最突出的一項預計安裝AN/APG-79有源相控陣雷達。這可以增強轟炸機的態勢感知和目標獲取能力。事實上,這類電子設備也可用于電子攻擊和遠程通信。同樣由波音公司負責供應的F/A-18E/F“超級大黃蜂”最新批次已經采用了這類雷達。這使得該公司在舊機型上集成此類設備時,顯得更為熟練。
圖示:正在美國海軍F/A-18E戰斗機上進行升級換裝的APG-79機載有源相控陣雷達,這種雷達也將會登上B-52.從而提升重型轟炸機的導航與武器運用能力。
換發進程
據美國《航空學家》網站報道稱,在B-52上APG-79雷達的部署時間表將與發動機更換計劃重疊。雷達在B-52H上的飛行測試將于2025年開始,雷達預計將于2027年開始具備初始運行能力。這也意味著B-52H將在這一過程中獲得兩個新的子型號名稱,有可能是B-52J和B-52K。
截至2022年3月,兩臺F130測試發動機已經完成制造。它們將在位于密西西比州美國宇航局的斯坦尼斯航天中心的羅·羅戶外噴氣發動機測試設施進行評估。到2025年底,美國空軍將利用兩架B-52H配備新的F130發動機開始試飛。而后前8架改裝發動機的轟炸機將加入加利福尼亞州愛德華茲空軍基地的B-52測試部隊。美國空軍希望在2028年底之前開始換發工作,整個機隊預計將在2035年之前完成換發。果然如此,B52將會是有史以來第一型服役達到百年的“世紀轟炸機”。