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B-52最后一次重大升级保持8发设计,这一方案有何“魅力”?

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2024年12月,罗罗公司宣布其研发的F-130发动机通过关键设计审查,并将在2025年2月启动该发动机在美国田纳西州阿诺德工程发展综合设施高空台上的测试工作。

更换发动机是美国B-52轰炸机这一轮重大升级(升级后的型号被命名为B-52J)的核心工作之一,其他要升级的系统包括雷达与座舱显示在内的航电系统,轮胎和刹车等。目前预计将有76架B-52参与升级工作,升级后的B-52J将持续服役到21世纪50年代甚至更远。

B-52的设计方案提出于1948年,当时喷气式发动机还处于初始发展阶段,燃油效率、最大推力和发动机尺寸都做不大,因此B-52不得不采用了8台J57涡喷发动机的设计方案。

J57发动机

随后的几十年中,尽管波音不断对B-52进行改进、升级,发动机也变成了尺寸、规格近似的涡扇发动机,但共用4个挂点的8发设计却一直没有改过。这显然与飞行任务颇为相似的运输类飞机的发展趋势完全不同。

事实上,多年来B-52的设计研发和使用方并不是没动过要修改B-52发动机布局的心思。从20世纪70年代开始,针对B-52的改进设计文件就多次提及取消双发动机并联吊舱、改用4发设计的可能性。

比如1996年,罗罗和波音联合提议,为B-52安装4台RB211-533E4发动机,这不仅可以将其总推力从600kN提升到767kN,油耗也更低。在有效强化载荷航程能力的同时,这一方案还能够大幅节约燃油、降低维护成本。根据波音的测算,该方案能够让B-52机群在其全寿命周期内节约高达47亿美元。

但这一提议遭到了美国空军的反对。美国空军调研后表示,将B-52的8发换成4发,不仅不会省钱,而且由于涉及对机体的复杂、重大改动,单价飞机的采购费用将超过其运行所节省下的燃油成本,机群全寿命周期成本将增加13亿美元。

也就是说,波音和美空军对于同一方案的成本估算,差距达60亿美元。

值得注意的是,在B-52换发的相关研究中,美国国会和国防科学委员会的结论并不一致。比如在燃油成本的统计上,国防科学委员会2003年的调研结论是:美国空军只计算了常规状态下的成本(当时为每升0.32美元),但实际上B-52使用中存在大量的空中加油,此状态下燃油成本高达每升4.62美元。

但整体来说,美国的企业、军方和政府相关部门,对于B-52是否应该从8发改为4发设计,观点分歧很大。

显然,从技术角度来看,如果将B-52从8发改为4发,长期的运行和发展优势相当明确:飞机机体更轻,阻力更小,更省油。真正存在争议的地方在于:B-52机群换发、升级的工作成本,能不能靠省油赚回来?

这就涉及B-52本身的设计特性:由于B-52在设计之初并没有考虑对不同发动机型号的适配问题,因此8发改4发的成本,确实可能非常的高昂。

注意早期(上图)和后期(下图)B-52发动机舱的外形异同。

尽管B-52采用了易于换发的吊舱式发动机安装布局,但在它完成基础设计的年代,喷气式发动机才刚刚开始起步。彼时,航空业界认为“一款飞机配用一型发动机是理所当然的”。

而且B-52的核心设计理念之一是“既然有8台发动机,那就要充分利用8台发动机的数量优势,将机体的抗战损能力和可靠性做到极限”,这一思路决定了B-52燃油、电气、环控、飞控等系统的布局非常特殊,这也是美空军主导下,B-52家族最终放弃4发改进路线的根本原因。

以液压系统为例,B-52采用了复杂的分散式设计来提升其安全冗余,8台发动机中有6台配备了独立的液压泵。1号和7号发动机向外侧扰流板和翼尖起落架提供压力;3号和6号发动机向内侧扰流板提供压力,并负责翼尖起落架的应急压力;4号和5号发动机向机身系统提供压力,并负责方向舵/升降舵的备用压力。

如果要更改为4发,B-52的液压系统必须进行大规模的设计更改。类似的问题也同样存在于燃油管路和引气管路(8台发动机全部连接引气系统)上。

波音公司有两架基于B-52改装的发动机测试平台JB-52E,一直从21世纪60年代服役到80年代。该平台将一个并联双发吊舱改为了单发,用于测试JT9D和TF39等发动机产品。

纯粹从技术角度看,B-52更换4发并非不可为。但是牵涉到的机体改动范围很大,所需资金和时间成本难以控制在较低的水平。而改进得到的收益又相对有限——既不能让B-52获得高速突防能力,也不能让B-52获得隐身能力,总体效费比不符合美空军的预期。

因此,美国空军自然更愿意将战略轰炸机的预算优先倾斜到B-1B和B-2这样的新锐机种上,特别是冷战期间。

但如今,在一系列因素的影响下,如B-2装备数量不足,B-1B成本高昂而且机群寿命消耗超出预期等,B-52在21世纪10年代后一再延期服役。从媒体的报道中可以发现,B-52机群的机体、发动机和机载系统设备的零备件,都出现了产品严重过时、停产,甚至供应商都不复存在的情况。

在这种现状下,如果必须更换发动机型号,B-52J最好的选择是保留8发布局,并尽快采购规格相近的商业发动机,以实现在尽可能短的时间内,以可控的成本让B-52重返一线,承担起战备值班任务。

BR725发动机

因此,经过选型竞标,罗罗公司的BR725发动机在2021年获得了价值26亿美元的合同,并将发动机重新命名为F-130。BR725发动机原本设计用途是为超远程公务机提供动力,尺寸级别比较小,可以装配在与原B-52相近尺寸的发动机舱内,燃油效率较高。罗罗公司承诺,在B-52J的剩余寿命内,F-130发动机都无需从机翼上拆下进行维修。

根据美军的公开表态来看,即便F-130与B-52的整合并不涉及对发动机布局的大改,但实际工作也并不轻松。目前F-130只在BR725基础上针对B-52进行了少量适配性修改(而且大多数改进都集中在承力结构部分),因此,整个“B-52商业发动机更换计划”(CERP)依然面临着大幅度超支。一些媒体报道称,因为发动机和机体的整合问题,整个CERP计划成本上涨了50%;另一些报道表示该涨幅被显著夸大了。

波音公司则表示:“CERP计划成本差异中的50%来自于2017年空军项目办公室发布的原始政府估算与2022年最新估算之间的差距”,这或许暗示着这种成本计算上的差距来自整个供应链的通货膨胀等问题。

总体而言,B-52的8发布局在性能上对于美军并没有特殊的吸引力,但受到原始设计的约束,导致更换为4发的构想在经济成本上难以接受。其存在于纸面上的理论优势难以转化为实际使用中的效费比优势和战场性能优势。因此,B-52生涯末期的最后一次重大改进,将依然保持8发布局。

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