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新聞資訊

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    代表人類隱身飛機(jī)的巔峰

    在冷戰(zhàn)時(shí)期,蘇聯(lián)以強(qiáng)大火力、各種中遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈和高空高速國土防空攔截機(jī)布局空中防御系統(tǒng),作為老對(duì)手美國一直想要一探蘇聯(lián)本土的秘密基地,因此美國研發(fā)出了大名鼎鼎的SR-71黑鳥偵察機(jī),雖然這款偵察機(jī)能夠刺探蘇聯(lián)的各種秘密基地,但是卻沒有任何后備裝備能隱秘的突破蘇聯(lián)防空網(wǎng),摧毀蘇軍的洲際彈道核導(dǎo)彈發(fā)射基地和其它重要戰(zhàn)略目標(biāo),所以當(dāng)年的美國空軍就想要一種擁有避開對(duì)空雷達(dá)探測,潛入敵方縱深執(zhí)行任務(wù)的新型戰(zhàn)略轟炸機(jī),在這個(gè)背景之下的美國國防部其實(shí)早就向洛克希德、波音和諾斯羅普公司提出要研發(fā)一種低可探測性飛機(jī)的要求了,因此當(dāng)空軍提出這個(gè)要求的時(shí)候,美國國防部就直接正式批準(zhǔn)了空軍提出的研制這種飛機(jī)的申請(qǐng)報(bào)告,并秘密授權(quán)啟動(dòng)隱身轟炸機(jī)項(xiàng)目,命名為先進(jìn)技術(shù)轟炸機(jī),簡稱為ATB,而這個(gè)項(xiàng)目的最終產(chǎn)物就是今天武器大講堂的主角-B-2隱身戰(zhàn)略轟炸機(jī)。

    單價(jià)高達(dá)24億美金的B-2隱形轟炸機(jī)有多少黑科技?

    當(dāng)年這個(gè)項(xiàng)目有兩大陣營,一個(gè)是擁有很多先進(jìn)隱身飛機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的洛克希德和羅克韋爾團(tuán)隊(duì),這個(gè)團(tuán)隊(duì)提出的方案代號(hào)為高級(jí)釘,設(shè)計(jì)的轟炸機(jī)方案類似于F117隱身戰(zhàn)斗機(jī)。

    而另一個(gè)團(tuán)隊(duì)是諾斯羅普、波音和LTV團(tuán)隊(duì),這個(gè)團(tuán)隊(duì)提出的方案是代號(hào)為高級(jí)鉆石的方案,這個(gè)方案的設(shè)計(jì)跟今天的B-2很像,很明顯,最后是諾斯羅普?qǐng)F(tuán)隊(duì)獲得了最終的ATB合同。

    諾斯羅普?qǐng)F(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)方案是一個(gè)純粹的飛翼結(jié)構(gòu),飛機(jī)上沒有垂尾或方向舵,這個(gè)團(tuán)隊(duì)中的諾斯羅普公司主要負(fù)責(zé)制造前中央機(jī)身和座艙,飛機(jī)前后緣以及控制翼面,和最終的產(chǎn)品調(diào)試整裝等工作,其他的成員波音公司負(fù)責(zé)制造后中央機(jī)身和彈艙,以及外翼段和起落架。LTV負(fù)責(zé)制造包括發(fā)動(dòng)機(jī)艙在內(nèi)的機(jī)翼中段和尾噴口。

    最終設(shè)計(jì)出來的B-2轟炸機(jī)長21.0 m、翼展52.4 m、高5.18 m、空重71.7噸,可以看得出來翼展比機(jī)身長度還要長得多,這是因?yàn)楫?dāng)年為了避免在高亞音速時(shí)產(chǎn)生過多的阻力,設(shè)計(jì)成這樣的比例。

    機(jī)身的外部結(jié)構(gòu)可以看成是由12根互相平行的直線組成的,機(jī)翼的前緣直線與機(jī)翼后緣和另一側(cè)的直線平行,機(jī)身的前中部是駕駛艙和前起落架艙的位置,中線位置稍微隆起,用來安裝座艙、彈艙和電子設(shè)備。

    側(cè)面看上去非常像一只滑翔飛行的鳥,在空氣動(dòng)力學(xué)方面,機(jī)身的外形很好的從大自然獲得靈感。兩側(cè)是發(fā)動(dòng)機(jī)艙的位置,后部則是后起落架艙和大型的操縱翼面,整個(gè)機(jī)身和機(jī)翼的材料為鈦合金、鋁與復(fù)合材料結(jié)構(gòu),主要是由波音公司和LTV公司制造,當(dāng)年這倆家公司還為了它特意增加了14000名職工進(jìn)行生產(chǎn)。

    B-2的飛翼結(jié)構(gòu)上,除了尾噴口后的區(qū)域外,飛翼后緣布置有9塊大型的操縱翼面,因?yàn)楦鷤鹘y(tǒng)的飛機(jī)不同,B-2轟炸機(jī)沒有垂尾,因而在飛行的時(shí)候左右轉(zhuǎn)時(shí)沒有自動(dòng)回中氣動(dòng)力。

    所以為了解決沒有垂尾造成的問題,在飛翼的外段后緣設(shè)計(jì)成了被稱為 “減速板-方向舵”的開裂式翼面,這個(gè)翼面在同時(shí)開裂的時(shí)候就可以作為減速板來使用了,而在不對(duì)稱開裂的時(shí)候,就會(huì)造成左右翼的受力不平衡,達(dá)到方向舵的目的。

    而B-2的技術(shù)指標(biāo)中,還有一個(gè)就是隱身能力,因此當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)的時(shí)候,在外形上就可以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)的不對(duì)稱反射。

    例如B-2的基本雷達(dá)反射角度圖中,可以看到會(huì)對(duì)地面雷達(dá)波和機(jī)載雷達(dá)波反射到無關(guān)緊要的一個(gè)角度,因此本身的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就可以達(dá)到對(duì)雷達(dá)的隱身能力了,并且機(jī)身的表面還覆蓋了一層特殊的彈性材料,這種材料能使B-2轟炸機(jī)的表面保持均勻的電導(dǎo)率,從而可以減少來自接頭或接縫處的雷達(dá)波反射。

    當(dāng)然,機(jī)身上還有一個(gè)地方不能依靠外形進(jìn)行隱身的部位,這個(gè)時(shí)候就需要涂上雷達(dá)吸波材料,這種材料是多層噴涂的涂料,含有將雷波能量轉(zhuǎn)換成熱能的成分,按照一定的厚度噴涂,能夠?qū)⑻囟úㄩL的雷達(dá)波在涂層兩面反射,從而相互抵消,當(dāng)然,這種吸波材料的成分目前仍然是高度機(jī)密。

    動(dòng)力方面,進(jìn)氣口為了達(dá)到對(duì)機(jī)載雷達(dá)隱身的目的,也設(shè)計(jì)成了鋸齒狀的進(jìn)氣口,進(jìn)氣口設(shè)計(jì)在背部,遠(yuǎn)離機(jī)翼前緣,這樣的話能夠避免來自下方的雷達(dá)波照射到。

    發(fā)動(dòng)機(jī)則深深地埋在飛翼內(nèi),這種方法配合上彎曲的進(jìn)氣道,基本上能夠完全的避免發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生雷達(dá)反射了。

    發(fā)動(dòng)機(jī)采用的是4具通用電氣公司的F118-GE-100無后燃器渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)艙安裝兩具,這款發(fā)動(dòng)機(jī)在很多美軍的先進(jìn)飛機(jī)上都有配備,單臺(tái)最大推力77KN,這種發(fā)動(dòng)機(jī)是低旁通比發(fā)動(dòng)機(jī),因此只需較小的進(jìn)氣和排氣系統(tǒng)就可以提供運(yùn)作,所以4臺(tái)引擎完全可以達(dá)到B-2轟炸機(jī)的設(shè)計(jì)需求。

    這四具引擎能讓B-2轟炸機(jī)擁有0.95馬赫的最高速度,實(shí)用升限為15200米,機(jī)內(nèi)載油量為75.75噸,能讓它擁有11100 km的續(xù)航里程,對(duì)于轟炸機(jī)而言,這個(gè)實(shí)力配合上空中加油,完全能讓它達(dá)到全球到達(dá)的實(shí)力。

    說到空中加油,B-2轟炸機(jī)通過機(jī)頭部的飛桁式伸縮桁桿式受油口進(jìn)行空中加油,這個(gè)加油模式我們之前講解美軍KC-10加油機(jī)的時(shí)候有詳細(xì)介紹過,感興趣的朋友可以在我們的頭條號(hào):武器大講堂中,查看往期的KC-10內(nèi)容(點(diǎn)擊可查看)。

    而發(fā)動(dòng)機(jī)排出的氣體如果不處理會(huì)有很高的溫度,對(duì)于一款隱身轟炸機(jī)而言,這樣會(huì)產(chǎn)生很明顯的紅外特征,因此B-2轟炸機(jī)除了將發(fā)動(dòng)機(jī)深埋在機(jī)身內(nèi)部來最大限度地減少紅外線特征之外,還在發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口做了優(yōu)化。

    在進(jìn)氣口下方邊界層上,設(shè)計(jì)了一個(gè)冷空氣入口,由邊界層分離板隔開,從這里進(jìn)入機(jī)身的冷空氣一方面通過機(jī)內(nèi)的管路給機(jī)內(nèi)的零部件和機(jī)載設(shè)備降溫之外,還在噴器口處跟熱排氣混合,從而降低排氣溫度,減少排氣的紅外輻射。

    駕駛B-2轟炸機(jī)其實(shí)只需要一名飛行員就可以,在特殊情況下只需要一名成員就可以完成整個(gè)轟炸任務(wù),不過一般情況下機(jī)組成員都是兩名,其中一位是位于左側(cè)的飛行員,另一位是負(fù)責(zé)導(dǎo)航和武器投放的任務(wù)指揮官,座艙內(nèi)安裝著三把ACEII彈射座椅。

    在座艙的前方和兩側(cè)是4片大型風(fēng)擋玻璃,這幾個(gè)玻璃是不可以打開的,而進(jìn)出飛機(jī)不能像戰(zhàn)斗機(jī)那樣打開座艙蓋,而是通過機(jī)腹的艙門進(jìn)出座艙,不過在每個(gè)座椅的頂部都有易碎艙蓋,在緊急情況下可以通過座艙頂部的易碎艙門彈射逃生。

    在每個(gè)成員前方都有4個(gè)彩色CRT顯示器,這四個(gè)顯示器分別顯示不同的信息,在右側(cè)是數(shù)據(jù)輸入面板,左側(cè)是一組油門信息等等,機(jī)內(nèi)大量的自動(dòng)化的操作系統(tǒng),也就能實(shí)現(xiàn)前面說的只需要一名成員就可以完成任務(wù)的實(shí)力。

    B-2的機(jī)載雷達(dá)非常強(qiáng)大,采用的是休斯公司制造的AN/APQ-181型相控陣?yán)走_(dá),這個(gè)雷達(dá)只需要通過信號(hào)陣位的改變和組合,就可以對(duì)不同角度和不同方位進(jìn)行掃瞄。擁有合成孔徑雷達(dá)工作模式和反合成孔徑雷達(dá)模式,合成孔徑雷達(dá)工作模式下可以清晰地獲得161千米內(nèi)地表的掃瞄圖像,而反合成孔徑雷達(dá)模式主要用于識(shí)別和捕捉海上目標(biāo),在最佳工作模式下最遠(yuǎn)有效距離可達(dá)128千米,這個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)還能讓轟炸機(jī)使用地形匹配和地形規(guī)避技術(shù),貼地低空突入敵方空域執(zhí)行轟炸任務(wù)。

    武器方面,B-2轟炸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)艙之間的機(jī)身下方并列布置著兩個(gè)大型彈艙,彈艙內(nèi)掛載武器掛架,例如以堆疊式炸彈掛架最大可以掛載18噸的Mk 82 500磅低阻力通用炸彈,或者攜帶80枚750磅等級(jí)集束炸彈,這些炸彈主要用于普通轟炸。而攜帶波音最新研發(fā)的旋轉(zhuǎn)掛架的時(shí)候,能攜帶16枚AGM-129型巡航導(dǎo)彈、16枚B63型核炸彈或者是巨型鉆地彈等等。

    目前一共生產(chǎn)了21架B-2隱形轟炸機(jī),單機(jī)造價(jià)高達(dá)24億美元,單位價(jià)值比黃金還貴兩至三倍,美國空軍稱其具有全球到達(dá)和全球摧毀的能力,首次公布的參加實(shí)戰(zhàn)是在塞爾維亞的科索沃戰(zhàn)爭中,在后來的2003年3月,B-2轟炸機(jī)還投入了伊拉克戰(zhàn)場,表現(xiàn)出驚人的準(zhǔn)確度和隱秘性,而其他的秘密任務(wù)具體是如何的目前就不得而知了。

    雖然在實(shí)戰(zhàn)中表現(xiàn)出色,但是B-2轟炸機(jī)也有失誤的時(shí)候,在2008年2月23日,一架B-2轟炸機(jī)在起飛前,3個(gè)傳感器因水汽受損,導(dǎo)致飛控電腦錯(cuò)誤計(jì)算起飛所需的飛行速度和上升角度,造成飛機(jī)沖向地面爆炸起火,炸毀了價(jià)值24億美金的轟炸機(jī)。

    B-2轟炸機(jī)具有很多出色的設(shè)計(jì)和超強(qiáng)的作戰(zhàn)能力,可以說是具備了F117戰(zhàn)斗機(jī)的隱身能力和B-1B轟炸機(jī)的作戰(zhàn)能力,在很長一段時(shí)間之內(nèi)都將會(huì)領(lǐng)先世界轟炸機(jī)領(lǐng)域許多年。

    KC-10介紹:美軍秘密空中血管,三具發(fā)動(dòng)機(jī),載油高達(dá)161噸,什么飛機(jī)都能加

    來這篇準(zhǔn)備寫B(tài)-2的具體設(shè)計(jì),不過在前兩篇溯源和演進(jìn)中已經(jīng)把飛翼構(gòu)型的氣動(dòng)布局和控制原理都介紹過了,這篇就直接看圖說話品細(xì)節(jié)。The devil is in the details - 魔鬼就藏在細(xì)節(jié)中。

    整體布局

    “橫看成嶺側(cè)成峰,遠(yuǎn)近高低各不同”,這句詩用在B-2身上最貼切不過了,因?yàn)锽-2的三個(gè)面差別是如此之大,正看一把刀,側(cè)看一只鳥,俯看一塊板。

    正面看,機(jī)體上表面有三塊隆起,分別是駕駛艙和左右進(jìn)氣道。飛翼中部的厚度相當(dāng)大,從機(jī)腹炸彈艙門到駕駛艙頂部的高度為3.3米,機(jī)翼本體的厚度也有1.7米。進(jìn)氣道的隆起高度約為駕駛艙的一半,相互之間圓滑過渡,沒有任何棱角或者折線。

    不過B-2的翼展寬大,令整個(gè)飛翼的相對(duì)厚度非常小,從正前、前側(cè)、側(cè)后或者正后方看都薄如刀刃,不但雷達(dá)反射面積極小,在很多環(huán)境下連目視特征都非常小。

    > 1990年YF-23試飛期間,在跑道頭等待一架同門的B-2降落

    側(cè)面看,B-2就顯得矮胖了很多,因?yàn)闄C(jī)長只有21.03米,比蘇-27還要短87厘米。

    > 2020年3月17日,執(zhí)行歐洲20-2轟炸機(jī)特遣部隊(duì)任務(wù)的一架B-2在美國空軍第48戰(zhàn)斗機(jī)聯(lián)隊(duì)的F-15C和挪威皇家空軍F-35A的護(hù)衛(wèi)下飛行在冰島上空。B-2的最大起飛重量接近后兩者的6倍(170噸 vs. 30.8噸/31.7噸),側(cè)面投影面積卻顯得最小。

    上面這張著名的對(duì)比圖讓很多人認(rèn)為B-2采用了仿生學(xué)設(shè)計(jì),不過這只是氣動(dòng)布局上的巧合。B-2的側(cè)面輪廓不是為了學(xué)老鷹,而是因?yàn)樗糠植捎昧顺R界翼型。

    超臨界機(jī)翼前緣鈍圓,上表面平坦,下表面接近后緣處反凹,后緣變薄且向下彎曲,這樣的構(gòu)型可以推遲高亞音速飛行時(shí)機(jī)翼波阻急劇增大的現(xiàn)象,提高機(jī)翼的臨界馬赫數(shù),減輕機(jī)翼結(jié)構(gòu)重量。

    > 很多時(shí)候流經(jīng)B-2飛翼上表面的氣流會(huì)被超臨界機(jī)翼加速超過音速,在潮濕環(huán)境中產(chǎn)生霧化現(xiàn)象,旁邊F-15E的機(jī)翼上表面氣流就沒有達(dá)到這樣的速度

    加上隆起的駕駛艙、鷹嘴型機(jī)頭前緣和無垂尾的構(gòu)型,就讓B-2的側(cè)面長成了老鷹的輪廓。

    在現(xiàn)役所有大中型轟炸機(jī)中B-2的長度和側(cè)面投影面積都是最小的:

    正面雷達(dá)反射面積就更不用說了,下圖是美國空軍雜志去年發(fā)表的一幅示意圖:

    頂部或腹部看,B-2終于顯示出戰(zhàn)略轟炸機(jī)的霸氣,形如一只巨大的“飛來去器”。

    B-52H翼展56.4米,后掠角35度,展弦比8.56,機(jī)翼面積370米2,翼載586公斤/米2;B-2翼展略小為52.4米,后掠角33度,展弦比5.78,機(jī)翼面積卻有478米2,是B-52的1.29倍,翼載329公斤/米2,僅為B-52的56%。飛翼構(gòu)型不僅僅是最優(yōu)的隱身設(shè)計(jì),氣動(dòng)效率也遠(yuǎn)超普通后掠翼型。

    B-2的駕駛艙、進(jìn)氣道等突出部件以及進(jìn)氣口和尾噴管等凹腔都位于上表面,下表面是完全平整光滑的一塊。

    在正常飛行狀態(tài)下,來自地面的雷達(dá)入射波會(huì)被飛翼的前后緣遮擋,照射不到上表面反射面積較大的任何部件。

    實(shí)際上B-2隱身性的一大來源就是它自身的尺寸。工作在S或者L波段的常規(guī)對(duì)空搜索雷達(dá)有可能發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)級(jí)隱身飛機(jī),因?yàn)樗鼈兊拇刮病⑵轿驳炔考叽巛^小,雷達(dá)波長超過某個(gè)閾值(操縱面邊長小于特定頻率波長的1/8)時(shí)會(huì)在這些部件上引起共振而產(chǎn)生強(qiáng)烈回波,導(dǎo)致雷達(dá)反射面積急劇增大。而B-2的尺度是F-22的4倍以上,對(duì)常規(guī)雷達(dá)波段天然免疫,只有專門針對(duì)它的尺寸開發(fā)的低頻反隱身雷達(dá)才能起作用,而這些雷達(dá)通常探測精度較低,開發(fā)難度很大。

    > 由12架B-2轟炸機(jī)和48架F-22戰(zhàn)斗機(jī)組成的“全球打擊特遣部隊(duì)”擔(dān)負(fù)美國空軍的全球快速反應(yīng)任務(wù)


    機(jī)頭

    B-2的機(jī)頭非常尖銳,實(shí)際上它的形狀是上拱下平,但在很多角度看會(huì)覺得是下勾的,一部分原因是下表面不對(duì)稱的曲線造成的視覺錯(cuò)覺,另一部分則可能是讓人自然聯(lián)想到了鷹嘴的形狀。

    在所有資料中我都沒看到設(shè)計(jì)師迪克·謝勒這一神來之筆的設(shè)計(jì)原理,個(gè)人猜測一是作為駕駛艙前部弧線的延伸保持隱身外形,二是為了擴(kuò)大飛行員的下視視野,三是在一定飛行狀態(tài)下抑制某種抬頭趨勢。

    B-2四片式的風(fēng)擋玻璃面積非常大,視野開闊。但是風(fēng)擋玻璃是機(jī)頭正向的大開口,形成一個(gè)凹腔式的強(qiáng)反射源。為了阻隔雷達(dá)照射波進(jìn)入駕駛艙,同時(shí)屏蔽內(nèi)部電子設(shè)備對(duì)外的電磁輻射,B-2的風(fēng)擋嵌入了由極細(xì)的金絲編織成的屏蔽網(wǎng),類似于我們?nèi)粘R姷降姆牢么凹啠徊贿^這是真金的。

    為了不破壞隱身性能,B-2沒有傳統(tǒng)的皮托管式空速管和風(fēng)向標(biāo)式攻角傳感器,而是在機(jī)頭上下表面各布置了3組每組4具和蒙皮一體化設(shè)計(jì)的保形大氣數(shù)據(jù)傳感器 - “端口換能器單元 - PTU(Port Transducer Units)”,向飛控系統(tǒng)提供關(guān)鍵飛行數(shù)據(jù)。

    > 2019年8月29日在英格蘭海岸上空由KC-135加油機(jī)拍下的B-2機(jī)頭特寫,當(dāng)時(shí)這架B-2正飛往英國費(fèi)爾福德空軍基地進(jìn)行轟炸機(jī)特遣隊(duì)部署

    再放大一點(diǎn)看細(xì)節(jié),白色的圓圈是警示區(qū),旁邊標(biāo)示著“當(dāng)心高溫”和“禁止插拔”,因?yàn)檫@些大氣數(shù)據(jù)傳感器對(duì)飛行安全至關(guān)重要,而且可以被加熱到500度的高溫以去除內(nèi)部濕氣,所以傳感器的基座部分直接裸露出金屬,和四周的復(fù)合材料蒙皮不同。

    為了隱身B-2不能采用大型機(jī)常用的風(fēng)擋雨刮器,而是和B-1B一樣從發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)引出高壓氣體吹除風(fēng)擋上的水霧冰霜,三組傳感器后面的兩條開縫就是吹氣口。

    > 下表面的3組傳感器分別位于前起落架艙門和主起落架艙前端

    之所以每組都有4具傳感器,是因?yàn)檫@是一套4余度系統(tǒng),同組4具傳感器測量到的數(shù)據(jù)被分別傳輸給4臺(tái)飛控計(jì)算機(jī)。每臺(tái)計(jì)算機(jī)獨(dú)立計(jì)算來自6個(gè)不同部位的傳感器所測得的空速、攻角、側(cè)滑角和高度數(shù)據(jù),4臺(tái)中至少有3臺(tái)計(jì)算結(jié)果相同時(shí)飛控系統(tǒng)才會(huì)依據(jù)這些數(shù)據(jù)向各氣動(dòng)控制面發(fā)出操縱命令。2008年2月23日在關(guān)島起飛時(shí)墜毀的“堪薩斯精神”號(hào)機(jī)就是因?yàn)镻TU讀數(shù)錯(cuò)誤造成的,下一篇將詳細(xì)介紹。

    在這些大氣數(shù)據(jù)中測量最困難的是攻角和側(cè)滑角,需要在機(jī)體不同位置測量局部靜壓,根據(jù)特定飛行條件下空氣動(dòng)壓的分布相互比較后推算出外部氣流的入射角。這種技術(shù)最初是為X-15高超音速研究機(jī)開發(fā)的,后來也運(yùn)用在F-117和航天飛機(jī)上,當(dāng)然航天飛機(jī)的目的不是為了隱身而是抵御大氣層再入時(shí)的超高速和高溫。

    > NASA研制該系統(tǒng)的原始草圖

    機(jī)翼

    B-2寬大的機(jī)翼內(nèi)部是一個(gè)T字型的承力結(jié)構(gòu),內(nèi)側(cè)還得到發(fā)動(dòng)機(jī)艙結(jié)構(gòu)的加強(qiáng),除了主翼梁采用鈦合金,其余支撐結(jié)構(gòu)都是復(fù)合材料。整個(gè)機(jī)翼前半部的全長幾乎都是油箱(下圖粉紅色部分),機(jī)翼后緣也安裝了油箱,總載油量75.75噸。

    從特定的角度看,B-2的機(jī)翼前緣不是筆直的,這就是上一篇提到的前緣變截面設(shè)計(jì),早期Block 10和Block 20的機(jī)翼前緣是由9段拼接成的,每段之間的連接處能看到明顯的接縫,在Block 30上改為一體化前緣設(shè)計(jì)在內(nèi)部連接才取消了接縫。

    > 82-1071“密西西比精神”號(hào)作為最后一架測試機(jī)時(shí)的狀態(tài),之后所有飛機(jī)都升級(jí)到Block 30作戰(zhàn)構(gòu)型

    > 2019年攝于內(nèi)利斯基地的90-0040“阿拉斯加精神”號(hào),它是倒數(shù)第二架Block 10,升級(jí)為Block 30后機(jī)翼前緣已經(jīng)看不到那些接縫了。機(jī)翼上表面的白線范圍內(nèi)是“Walkway - 可踩踏區(qū)域”,供地勤維修用,和SR-71上的紅線作用一樣。

    在駕駛艙左側(cè)上翼面有一個(gè)垂直朝上的大直徑圓形光學(xué)窗口,周圍刷著“不得踩踏”的警告,里面安裝的是諾斯羅普NAS-26天文/慣性導(dǎo)航系統(tǒng),它采用星圖匹配式多星導(dǎo)航體制,跟蹤三顆星的定位時(shí)間約為1分鐘,姿態(tài)精度優(yōu)于3″,定位精度小于350米。雖然天文導(dǎo)航的精度并不是最高的,但它完全自主被動(dòng)工作,不依賴外部信息也不產(chǎn)生任何輻射信號(hào),工作安全隱蔽,而且外界無法干擾,不受地域空間限制,和機(jī)載慣性導(dǎo)航系統(tǒng)交聯(lián)可以修正后者的累積誤差,達(dá)到很高的導(dǎo)航精度。這就是B-2不惜空間、重量代價(jià)加裝大型天文/慣導(dǎo)系統(tǒng)的原因。

    NAS-26的前身是安裝在SR-71上的NAS-14V2天文導(dǎo)航系統(tǒng),它可以自動(dòng)定位、跟蹤系統(tǒng)所儲(chǔ)存的64顆恒星,晝夜均可正常工作,類似導(dǎo)航設(shè)備還廣泛應(yīng)用在洲際彈道導(dǎo)彈、潛艇和衛(wèi)星上,要說缺點(diǎn)就是體積龐大且極其昂貴。

    在B-2的前起落架艙兩側(cè)采用保型方式安裝了AN/APQ-181相控陣?yán)走_(dá),雷達(dá)罩和機(jī)身蒙皮齊平,沒有任何突出部件。它是休斯公司(1997年被通用汽車出售給雷錫昂)專門為B-2研制的,采用無源體制工作在Ku波段,具備多達(dá)21種模式,包括地形跟蹤、地形規(guī)避、加油機(jī)匯合、目標(biāo)搜索/識(shí)別/跟蹤、地面移動(dòng)目標(biāo)指示、合成孔徑、武器投放、氣象測繪等,甚至還具備海面搜索能力,雖然在諾斯羅普自家的AGM-137三軍通用巡航導(dǎo)彈下馬后B-2并不能攜帶任何反艦武器。

    AN/APQ-181雷達(dá)系統(tǒng)總重955公斤,體積1.485立方米;每部雷達(dá)天線重260公斤,側(cè)對(duì)前下方安裝,運(yùn)用了低截獲概率技術(shù),具備頻率捷變和改變脈沖模式的功能,增強(qiáng)了雷達(dá)自身的隱身性。為了增強(qiáng)系統(tǒng)冗余度,機(jī)上安裝了兩套相同的雷達(dá)系統(tǒng),各自包含5個(gè)“LRU - 線路可更換單元”:天線陣列、發(fā)射機(jī)、雷達(dá)信號(hào)處理器、雷達(dá)數(shù)據(jù)處理器和接收機(jī),除了天線外其它部件既可以獨(dú)立工作也可以互為備份同時(shí)為兩部雷達(dá)工作。

    2002年,雷錫昂被授予一項(xiàng)合同為B-2改進(jìn)AN/APQ-181,將天線升級(jí)為電子相掃的有源體制,以改進(jìn)系統(tǒng)可靠性,并消除B-2機(jī)載雷達(dá)和商業(yè)衛(wèi)星系統(tǒng)之間可能的頻率沖突(后者從07財(cái)年開始采用預(yù)定的新頻率后可能會(huì)受到來自B-2雷達(dá)系統(tǒng)的嚴(yán)重?fù)p害),整個(gè)升級(jí)工程于2010年完成。

    B-2對(duì)隱身性能的追求達(dá)到了極致,連飛行防撞燈都采用了伸縮設(shè)計(jì),正常飛行時(shí)升起突出于機(jī)翼表面,進(jìn)入作戰(zhàn)狀態(tài)即縮回機(jī)翼內(nèi)降低雷達(dá)反射面積,連防撞燈頂部的蒙皮都采用了和機(jī)翼前后緣角度相同的菱形設(shè)計(jì),用平行原理減小雷達(dá)回波。

    B-2的機(jī)翼后緣布置著9個(gè)氣動(dòng)控制面,幾乎覆蓋了除兩個(gè)尾噴口外的全翼展寬度。


    最外側(cè)的
    開裂式阻力方向舵作用最大,同時(shí)具備配平襟翼、方向舵和減速板的功能,最主要的作用還是依靠兩側(cè)的阻力差產(chǎn)生偏航力矩控制航向。因?yàn)闄C(jī)翼表面附面層的氣動(dòng)粘滯效應(yīng),阻力方向舵只有張開5度以上才能產(chǎn)生舵效,所以在正常飛行時(shí)這對(duì)阻力方向舵始終處于張開狀態(tài),以快速響應(yīng)飛行狀態(tài)的變化。進(jìn)入作戰(zhàn)狀態(tài)后阻力方向舵必須閉合減小雷達(dá)反射信號(hào)并降低阻力,此時(shí)B-2只能依靠2臺(tái)大間距發(fā)動(dòng)機(jī)的推力差控制航向,無法做出劇烈機(jī)動(dòng)動(dòng)作。

    > 2005年10月21日,常駐愛德華茲空軍基地的“紐約精神”號(hào)在愛德華茲航空展上降落,在進(jìn)近階段頻繁調(diào)整航向以對(duì)準(zhǔn)跑道,左右阻力方向舵張開角度明顯不同

    > 觸地后兩側(cè)阻力方向舵作為減速板打開到最大角度(接近180度)縮短滑跑距離

    > 空中飛行時(shí)阻力方向舵保持張開5度以上

    中間的二副氣動(dòng)面名稱不同,實(shí)際作用類似,都是用于控制滾轉(zhuǎn)的副翼。B-2在設(shè)計(jì)階段曾經(jīng)在機(jī)翼下表面配置了一對(duì)開裂式襟翼,但風(fēng)洞試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)飛翼在低速大仰角起降階段的升力非常大,完全不需要襟翼增升,于是第一架原型機(jī)就將襟翼焊死,生產(chǎn)型則取消了襟翼。最內(nèi)側(cè)的一對(duì)氣動(dòng)面相當(dāng)于傳統(tǒng)布局水平尾翼上的升降舵,控制飛機(jī)的俯仰。

    > 在關(guān)島安德森空軍基地排隊(duì)起飛的B-1、B-52和B-2,前兩者都放下了面積巨大的襟翼,而B-2的氣動(dòng)控制面都是收起的

    位于尾椎中線上的“海貍尾”在整個(gè)飛行過程中都處于激活狀態(tài),隨時(shí)對(duì)陣風(fēng)擾動(dòng)做出自動(dòng)補(bǔ)償。它也具備控制俯仰的功能,在起降時(shí)通常只使用離重心和中軸線更近的“海貍尾”而不是它兩側(cè)的升降舵。

    > 從B-2起降的照片中都可以看到除了“海貍尾”外三副副翼均沒有放下

    B-2的飛翼構(gòu)型在低空會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)強(qiáng)大的地面效應(yīng),在飛機(jī)和地面之間形成一層空氣墊,令起飛過程輕盈快捷,降落卻相當(dāng)困難,按B-2飛行員的說法“它更喜歡留在空中而不愿意落地”。所以B-2飛行員在降落的時(shí)候采用的是類似艦載機(jī)航母著艦的受控下墜式大角度下滑軌跡,動(dòng)作比常規(guī)大型飛機(jī)粗暴。

    很多人認(rèn)為飛翼構(gòu)型先天機(jī)動(dòng)性不佳,實(shí)際上在全數(shù)字式先進(jìn)飛控系統(tǒng)和9個(gè)氣動(dòng)控制面的配合下,靜不穩(wěn)定的B-2機(jī)動(dòng)性相當(dāng)好,盤旋、滾轉(zhuǎn)都非常靈活。

    進(jìn)氣道、發(fā)動(dòng)機(jī)、尾噴管

    B-2的進(jìn)氣道為固定式扁圓形亞音速進(jìn)氣道,唇口作尖齒修形,中間由一道縱壁分隔分別為每側(cè)的兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)供氣。進(jìn)氣道前下方開有一條縫隙,也采用鋸齒邊緣,這條縫隙既可以吸除附面層,也引入冷卻空氣用于降低發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫度,減少紅外輻射信號(hào)特征。

    進(jìn)氣道的彎曲程度非常大,深入飛翼內(nèi)部的發(fā)動(dòng)機(jī)艙,從進(jìn)氣口完全看不到發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇。不過這樣“扭曲”的流場也造成低速飛行時(shí)進(jìn)氣量不足,降低發(fā)動(dòng)機(jī)推力,解決方法就是在進(jìn)氣道頂部增加了4個(gè)進(jìn)氣門,低速飛行時(shí)向后開啟增大進(jìn)氣量,形如小動(dòng)物的2只耳朵。

    > 進(jìn)氣門也采用菱形外形減少反射面積

    B-2安裝了4臺(tái)F118-GE-100雙轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),它是F110發(fā)動(dòng)機(jī)(用于F-14/F-15E/F-16,核心機(jī)來自B-1的F101)的無加力版,為B-2特別研制,由單級(jí)高壓渦輪驅(qū)動(dòng)9級(jí)高壓壓氣機(jī),2級(jí)低壓渦輪驅(qū)動(dòng)3級(jí)風(fēng)扇,最大推力8.6噸,推重比5.94。它最大的優(yōu)點(diǎn)不是推力大而是極高的可靠性,保證了B-2動(dòng)輒40小時(shí)以上的洲際飛行能力。該型發(fā)動(dòng)機(jī)的另一個(gè)用戶是U-2S,型號(hào)是略微降低推力的衍生型號(hào)F118-GE-101。

    比進(jìn)氣道更復(fù)雜的是它的尾噴管,B-2采用和F-117類似的口風(fēng)琴式扁平尾噴管,位置從機(jī)翼后緣向前縮進(jìn)了3.5米,地面雷達(dá)從下方完全無法直接照射到,即使從正后方看也只有窄窄的一條縫,比F-22的二元噴管更激進(jìn),以推力損失為代價(jià)獲得最好的雷達(dá)隱身性能。

    為了大幅降低紅外輻射特征,從進(jìn)氣道下方引入的冷空氣在尾噴口內(nèi)和噴流混合;尾噴口上唇和機(jī)翼后緣都采用倒V字型,利用引射原理在尾噴口外部兩側(cè)形成渦流,加速周圍冷空氣和熾熱噴流混合,再次降低排氣溫度;尾噴管后面的機(jī)翼上表面蒙皮采用不銹鋼絲編制的熱屏蔽層,擴(kuò)大熱擴(kuò)散面積。

    這些措施令B-2的尾部雷達(dá)和紅外特征比B-1B這類常規(guī)構(gòu)型的大型作戰(zhàn)飛機(jī)要大為降低。

    起落架與炸彈艙

    B-2的三個(gè)起落架艙門都有雙重作用,單片的前起落架艙門向前開啟作為減速板;面積龐大的主起落架艙門則在起降時(shí)放下作為垂直安定面。

    為了盡量減少機(jī)體表面的開口,大部分維護(hù)開口和界面都被集成在起落架艙門和炸彈艙門內(nèi),地勤人員站在地面就可以操作。

    B-2在機(jī)體中部設(shè)有2個(gè)炸彈艙,深度很大,采用模塊化結(jié)構(gòu)可以選裝一具“AARL - 先進(jìn)旋轉(zhuǎn)發(fā)射架”或者2部炸彈掛架。

    > B-2底部3D渲染圖,從左到右分別為主起落架艙、發(fā)動(dòng)機(jī)艙和炸彈艙

    > 2003年3月22日,懷特曼基地第509飛機(jī)維護(hù)中隊(duì)的地勤人員正使用MHU-83C/E掛彈車將GBU-32 JDAM聯(lián)合攻擊彈藥吊裝到B-2的旋轉(zhuǎn)掛架上,這架B-2即將跨過半個(gè)地球前往伊拉克參加“伊拉克自由”行動(dòng)。

    炸彈艙門的前后緣都有鋸齒,開啟時(shí)前部還會(huì)放下兩片多孔擾流板產(chǎn)生渦流,協(xié)助彈藥順利分離。

    在作戰(zhàn)狀態(tài)中炸彈艙門開啟的短瞬間是B-2最脆弱的時(shí)刻,因?yàn)榇藭r(shí)機(jī)體表面的隱身外形遭到破壞,炸彈艙內(nèi)部沒有涂敷隱身涂層,兩個(gè)巨大的凹腔也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的雷達(dá)回波,只有趕快投下炸彈開溜為上了。

    B-2的載彈量非常驚人,官方公布的數(shù)據(jù)是大于18噸,低于B-52H的31.5噸和B-1B的23噸。采用旋轉(zhuǎn)掛架時(shí)B-2可以攜帶16枚1噸級(jí)的GBU-31 JDAM GPS制導(dǎo)炸彈、JSOW聯(lián)合防區(qū)外攻擊彈藥、JASSM空射隱身巡航導(dǎo)彈或者B61/B83核航彈。采用常規(guī)的BRU-61/A智能氣動(dòng)掛架可以攜帶80枚226公斤的GBU-38 JDAM或者216枚113公斤的SDB小直徑炸彈。

    > 2017年B-2裝彈準(zhǔn)備打擊利比亞ISIS,一個(gè)彈艙內(nèi)掛滿了40枚GBU-38

    實(shí)際上從掛架和掛點(diǎn)來算B-2可以掛載320枚SDB(80具BRU-61/A掛架每具掛載4枚SDB),但是此時(shí)加上掛架的總重將達(dá)到53噸,超過載荷極限3倍;大部分資料中提到的216枚SDB加54具掛架總重也有35.8噸,可見掛載潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止18噸。

    > 1994年B-2進(jìn)行大載彈量投擲測試

    另外一個(gè)體現(xiàn)B-2載彈量的例子是可以攜帶“炸彈之母”。2007年美國空軍就宣布將為B-2集成可以穿透60米鋼筋混凝土層的GBU-57 MOP超級(jí)鉆地炸彈,2019年5月20日,空軍官方第一次發(fā)布了高清晰度的視頻,顯示一架B-2以極短的間隔從2個(gè)彈艙中各投擲了一枚MOP。而一枚MOP彈長6.2米,重達(dá)14.9噸,從視頻看炸彈離機(jī)后B-2甚至能保持平飛姿態(tài)沒有什么起伏,這充分說明B-2的最大載彈量至少在30噸以上(甚至很可能是美國3型戰(zhàn)略轟炸機(jī)中載彈量最大的),飛控系統(tǒng)對(duì)于飛行重量變化的控制能力也非常強(qiáng)悍。雖然B-52測試過MOP的投放,但實(shí)戰(zhàn)中B-2是這種地下掩體粉碎機(jī)的唯一載機(jī)。

    “幽靈”還是“精神”?

    B-2在80年代中期規(guī)劃采購132架,后削減到75架。冷戰(zhàn)結(jié)束后B-2原始規(guī)劃的作戰(zhàn)任務(wù)幾乎不復(fù)存在,迫于預(yù)算壓力,老布什于1992年宣布將產(chǎn)量壓縮到20架。1996年克林頓政府又耗資5億將已于1993年退役的首架測試機(jī)AV-1號(hào)升級(jí)到Block 30標(biāo)準(zhǔn),使最終具備完整作戰(zhàn)能力的B-2數(shù)量定格在21架。1995年諾斯羅普曾向空軍建議增產(chǎn)20架,飛離價(jià)格為5.66億美元。

    但是B-2的貴不僅僅是采購費(fèi)用,1996年美國政府問責(zé)局公布了B-2的單機(jī)運(yùn)營成本,達(dá)到B-1B的3倍(960萬美元/年)和B-52H的4倍(680萬美元/年)。1997年9月時(shí)B-2每個(gè)飛行小時(shí)需要119小時(shí)的地面維護(hù),B-52和B-1B分別是53小時(shí)和60小時(shí),每架B-2每個(gè)月的維護(hù)費(fèi)用接近340萬美元。B-2在暴雨時(shí)無法作戰(zhàn),因?yàn)橛晁畷?huì)損害隱身涂層。它的地形跟蹤/地形規(guī)避雷達(dá)很難區(qū)分雨水和其它障礙物,導(dǎo)致子系統(tǒng)在雨天無法使用,這一問題到1997年通過升級(jí)軟件得到修復(fù)。

    美國政府問責(zé)局在1997年測算整個(gè)B-2機(jī)隊(duì)的采購總價(jià)為154.8億美元,平均單價(jià)7.37億美元,計(jì)入備件和軟件支撐費(fèi)用后上升到9.29億美元。當(dāng)時(shí)預(yù)計(jì)到2004年全項(xiàng)目開支將達(dá)到447.5億美元,包括設(shè)計(jì)、采購、基礎(chǔ)設(shè)施、備件和售后服務(wù),分?jǐn)偟?1架上的單價(jià)達(dá)到空前絕后的21.3億美元,比2艘洛杉磯級(jí)核潛艇還貴。到2010年每飛行小時(shí)成本攀升到13.5萬美元,兩倍于B-52和B-1。

    如此高昂的成本加上性能上的缺陷令所有試圖擴(kuò)大機(jī)隊(duì)的努力都在國會(huì)遭到失敗,連參聯(lián)會(huì)和空軍高層都強(qiáng)烈建議不要再投資采購任何B-2,以免削弱現(xiàn)有機(jī)隊(duì)的作戰(zhàn)能力。

    21架B-2共分4個(gè)子型號(hào),分別是前6架試驗(yàn)機(jī)、第7到第16架Block 10、第17到第19架Block 20和最后兩架Block 30。Block 10僅具備部分作戰(zhàn)能力,只能攜帶無制導(dǎo)的MK-84常規(guī)炸彈和B83核航彈,無法投擲常規(guī)精確制導(dǎo)彈藥,主要用于訓(xùn)練;Block 20可以發(fā)射GPS制導(dǎo)精確彈藥和CBU-87/B集束炸彈;1997年服役的“賓夕法尼亞精神”號(hào)是第一架Block 30構(gòu)型,雷達(dá)工作模式數(shù)量翻倍,增加了地形跟蹤能力,可以投擲JDAM和JSOW,安裝了之前未裝的防御航電系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了完全作戰(zhàn)能力。從1995年7月開始到2000年6月,全部測試機(jī)、Block 10和Block 20都升級(jí)到了Block 30標(biāo)準(zhǔn)。

    所有B-2都以“Spirit of ……”命名,和它的官方綽號(hào)“Spirit - 幽靈”一致。其中19架都采用了美國的州名,比如AV-7號(hào)“Spirit of Texas”,AV-15號(hào)“Spirit of Alaska”,這顯示出B-2在美軍戰(zhàn)略資產(chǎn)中的分量,過去只有海軍的戰(zhàn)列艦和核潛艇采用州名命名。

    > 冰天雪地中的“阿拉斯加精神”號(hào)

    唯二的例外是上面提到的第一架也是最后一架AV-1號(hào)“Spirit of America”(也就是1988年11月22日B-2首次露面時(shí)被偷拍那架)和AV-19號(hào)“Spirit of Kitty Hawk”。2000年7月14日出席AV-1命名入役儀式的時(shí)任美國空軍空戰(zhàn)司令部司令John Jumper上將解釋:“Spirit of America”不僅代表空軍官兵,也代表了全體美國人民。

    而AV-19號(hào)用“Kitty Hawk - 小鷹”代替了北卡羅萊納州,向航空先驅(qū)萊特兄弟致敬。位于北卡的小鷹鎮(zhèn)正是萊特兄弟花費(fèi)了4年時(shí)間進(jìn)行航空飛行試驗(yàn)并完成歷史性首飛的地點(diǎn),在人類航空史上具有開創(chuàng)性意義。已經(jīng)退役的“小鷹”號(hào)航母同樣是為了紀(jì)念萊特兄弟而命名的。

    > 2003年9月17日,“小鷹精神”號(hào)飛抵關(guān)島參加安德森空軍基地參加“龍的王冠49”演習(xí)

    看到這肯定有讀者會(huì)說我把B-2的機(jī)名翻譯錯(cuò)了,應(yīng)該叫某某幽靈號(hào)。對(duì)于這個(gè)Spirit應(yīng)該怎么翻譯我認(rèn)為是值得推敲的,因?yàn)橛⑽膯卧~spirit有多種含義,包括精神、靈魂、神靈、幽靈等。絕大多數(shù)中文都把B-2的名稱翻譯為某某幽靈號(hào),作為隱身轟炸機(jī)它隱藏身形、神出鬼沒,這個(gè)翻譯也十分貼切。

    不過從美國官方對(duì)B-2各架飛機(jī)命名時(shí)的解釋來看,我認(rèn)為某某精神號(hào)似乎更能反應(yīng)他們命名的本意。比如在波音官網(wǎng)上介紹B-2項(xiàng)目的頁面是這樣寫的:在生產(chǎn)高峰的1991年,B-2是波音最大的軍機(jī)項(xiàng)目,雇傭了約1萬人……1993年12月17日,第4架生產(chǎn)型B-2在西雅圖被命名為“Spirit of Washington”,以向?yàn)锽-2工程做出巨大貢獻(xiàn)的華盛頓州人民致敬。上面提到的最后一架生產(chǎn)型被命名為“Spirit of America”以代表全體美國人民,這同樣是一種敬禮,翻譯成“美國精神”號(hào)比“美國幽靈”號(hào)更準(zhǔn)確。

    另一架著名的Spirit飛機(jī)就是林德伯格首次單人飛躍大西洋所駕駛的“Spirit of St. Louis”,中文都毫無疑義地翻譯為“圣路易斯精神”號(hào),因?yàn)樗砹撕娇帐聵I(yè)早期的開拓精神。

    B-2傳承的正是老諾斯羅普對(duì)飛翼構(gòu)型孜孜以求的探索精神。


    下一篇應(yīng)該是B-2系列的最后一篇,參觀極少曝光的B-2駕駛艙內(nèi)部,以飛行員的視角體會(huì)駕馭B-2的飛行感受,介紹B-2的老巢懷特曼空軍基地、B-2不同尋常的作戰(zhàn)部署情況以及“堪薩斯精神”號(hào)墜機(jī)的原因。

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