National Museum of the
United States Air Force

Kampfflugzeuge der Nachkriegszeit

Northrop B-2 Spirit: schwerer Bomber der U.S. Air Force als Nurflügelflugzeug mit Tarnkappenfähigkeit (Stealth-Bomber)

Northrop B-2 Spirit -  Bomber
Northrop B-2 Spirit - Bombenabwürfe

Die weltweite Verbreitung hochentwickelter Luftverteidigungssysteme in den 1980er Jahren bedrohte die Fähigkeit der USAF, die wichtigsten Ziele eines Feindes zu zerstören. Um diese Bedrohung zu überwinden, integrierte die USAF die revolutionäre Low-Observable- oder "Stealth"-Technologie in einen Langstreckenbomber, der große Nutzlasten konventioneller oder nuklearer Waffen transportieren kann. Der Bomber Northrop B-2 Spirit (später Northrop Grumman) vereinte die hohe aerodynamische Effizienz des "Flying Wing"-Designs mit Verbundmaterialien, speziellen Beschichtungen und klassifizierten Stealth-Technologien. Infolgedessen wurde die B-2 selbst für die fortschrittlichsten Luftverteidigungsradarsysteme praktisch unsichtbar.

Die Öffentlichkeit sah die Northrop B-2 Spirit zum ersten Mal am 22. November 1988, als sie aus ihrem Hangar im Air Force Plant 42 in Palmdale, Kalifornien, rollte. Die B-2 Spirit flog zum ersten Mal am 17. Juli 1989 in Palmdale, Kalifornien, und Northrop Grumman lieferte die erste einsatzfähige B-2 am 17. Dezember 1993. Die B-2, stationiert auf der Whiteman Air Force Base, Missouri, demonstrierte bald ihre Kampffähigkeiten in der Operation Allied Force über Serbien im Jahr 1999, Operation Enduring Freedom über Afghanistan im Jahr 2001 und Operation Iraqi Freedom über dem Irak im Jahr 2003.

Mit nur zwei Besatzungsmitgliedern – dem Piloten auf dem linken Sitz und dem Missionskommandanten auf dem rechten – bestand ein typischer Kampfeinsatz aus einem Nonstop-Flug von der Whiteman Air Force Base zum Ziel und zurück. Während dieser Missionen, die normalerweise mehr als 30 Stunden dauern und zahlreiche Luftbetankungen erfordern, beförderte jede Northrop B-2 Spirit bis zu 18,14 Tonnen Präzisionswaffen (= 40.000 Pfund).

Strukturprüfung:

Northrop Grumman konstruierte zwei zusätzliche Flugzeuge ohne Triebwerke und Instrumente für Ermüdungstests. Beim zweiten dieser Testflugzeuge (der im Museum ausgestellten B-2) befestigten Ingenieure computergesteuerte, hydraulisch angetriebene Platten entlang der Flugzeugzelle, um alle Flugbedingungen zu simulieren. Sie berechneten, dass die Struktur 150 Prozent der Konstruktionsspezifikationen erreichen würde, aber der Flügel hielt Belastungen von über 161 Prozent stand, bevor er schließlich riss. Northrop B-2 Spirit - Fire and Ice

Frühe Serien B-2 wurden auch umfangreichen Umwelttests unterzogen. 1993 überstand die Spirit of Ohio (S/N 82-1070) im McKinley Climatic Laboratory auf der Eglin Air Force Base, Florida, mehr als 1.000 Stunden ausgiebigen Temperaturtests. Sie hielt Temperaturen von -54° bis 48,9° Celsius, Regen und hohe Luftfeuchtigkeit aus. Um die Testergebnisse außerhalb des Labors zu überprüfen, wurde die Spirit of Ohio im März 1996 zur Eielson Air Force Base in Alaska für weitere Tests bei kaltem Klima entsandt. Um diese Tests zu verdeutlichen, haben die Techniker das Artwork "Fire and Ice" auf das Bugfahrwerkspanel gemalt und signiert. Dieses Bugpaneel wurde 1999 dem Museum angeboten und während der Restaurierung an der Northrop B-2 Spirit des Museums installiert.
 

Die Northrop B-2 Spirit entsprach jedoch nicht den Erwartungen, weil der Bomber viel zu teuer ist. Er kostet die Hälfte eines kompletten Flugzeugträgers. Etwa 2 Milliarden Dollar !! Es stellt sich folglich die ökonomische Frage nach dem Nutzen. Mit ferngesteuerten Flugkörpern kann man preisgünstiger und effektiver die gleichen Ziele erreichen. Außerdem hatte sich durch den Zusammenbruch der UdSSR die politische Lage geändert. Es wurden deshalb nur 21 Flugzeuge gebaut. Weitere Maschinen sind nicht geplant.

Northrop B-2 Spirit -  Bomber der USA

Technische Daten:

Flugzeugname

Northrop B-2A Spirit

Hersteller

Northrop Grumman Corp.

beteiligte Firmen

Boeing Military Airplanes Co.

.

Hughes Radar Systems Group

.

General Electric Aircraft Engine Group

.

Vought Aircraft Industries, Inc.

Spannweite

52.12 m

Länge

21.9 m

Höhe

5.1 m

Flügelfläche

465 m²

Flächenbelastung

312 kg/m²

Max. Startgewicht

152.634 kg

Leergewicht

71,700 kg

Tankkapazität

75.750 kg

Max. Zuladung

18.144 kg (Waffenlast)

Höchstgeschwindigkeit

ca. 1.000 km/h

Max. Flughöhe

15.240 m

Max. Reichweite

ca. 12.000 km

Besatzung

2 (3. Platz optional)

Triebwerke

4 x General Electric

Typ

F118-GE-100

Art

Mantelstromtriebwerke

Triebwerksanzahl

4

Schubkraft

je 84,5 kN

Northrop B-2 Spirit -  Bombenflugzeug

Technische Kurzbeschreibung:

Für den Antrieb des Tarnkappenbombers “Northrop B-2 Spirit” sorgen 4 General Electric Fl18-GE-100 Turbofan Triebwerke ohne Nachbrenner, die einen Startschub von je 84,5 kg erzeugen. Sie wurden paarweise beiderseits vom Rumpf so in das Tragwerk eingebettet, dass die Verdichtereinläufe gegen einfallende Radarstrahlen abgeschirmt sind. Die nötige Luft wird den Triebwerkpaaren über flache Eintrittsöffnungen mit W-förmigen Einlauflippen und Grenzschichtschneiden zugeführt. Die Abgase werden über obere Flächenabschnitte mit Karbonbeschichtung nach hinten verteilt, um die Infrarot-Signatur herabzusetzen. Eine weitere Reduzierung der Erfassungsmöglichkeit versprach man sich durch die Einspritzung von Chemikalien in den Abgasstrahl, die verräterische Kondenzstreifen verhindern, was jedoch nach meiner Kenntnis nicht realisiert wurde. Die Tanks befinden sich in den Außenflügeln. Hinter dem Cockpit ist auf der Rumpfoberseite ein ausfahrbarer Stutzen für Luftbetankung angeordnet.

Der Rumpfbuckel, der sich unmittelbar nach dem Scheitelpunkt des Flächendreiecks erhebt und kurz vor der Hinterkante ausläuft, verschmilzt mit der oberen Flächenkontur. Die Flugzeugzelle der B-2 wird hauptsächlich aus karbonfaser- und kevlarverstärkten Kunststoffen hergestellt. Es werden hunderte neuer Werkstoffe eingesetzt, über deren Zusammensetzung nur wenig bekannt ist. Die Flügelvorderkante wurde mit einem Radarstrahlen absorbierendem Material überzogen.

Die beiden Bombenschächte befinden sich im Rumpf hinter dem Cockpit. Für die Aufhängung der Waffen wurde in jedem Bombenschacht ein drehbarer Werfer installiert. An diesen kann man z.B. bis zu acht AGM-129 Luft-Boden-Lenkwaffen, achtzig 225 kg-Bomben, sechzehn 900 kg Bomben oder acht freifallende Atombomben anhängen.

Aufgrund der außergewöhnlichen Konstruktion als Nurflügler ist das Flugzeug aerodynamisch instabil. Das bedeutet, dass sie ohne permanente computergenerierte Steuerbefehle unkontrollierbar wäre und sofort abstürzen würde. Daher verfügt die B-2 über ein digitales und vierfach redundantes Fly-by-Wire-System. Im Cockpit sind für die beiden Piloten je 4 EFIS-Bildschirme eingebaut (8 insgesamt).

Die Northrop B-2A Spirit ist mit einem modernen AN/APQ-181 Radar von Hughes ausgerüstet. Als Radarwarnempfänger kommt das AN/APR-50 (ZSR-63) von IBM zum Einbau. Über die restliche Avionik-Ausrüstung ist nicht viel bekannt. Eine eigene Defensivbewaffnung wurde nicht eingebaut. Es ist aber anzunehmen, dass die Northrop B-2 Spirit mit einer großen Anzahl von Systemen zur elektronischen Kampfführung ausgerüstet ist.

Northrop B-2 - Bomber
Northrop B-2 -  Bomber der USA
Northrop B-2 -  Bomber
Northrop B-2 Spirit - Hauptfahrwerk
Northrop B-2 Spirit - Bugfahrwerk

Northrop B-2 - SkizzeFlugzeugzelle:

Die B-2 ist ein Nurflügler, was wesentlich zur Reduzierung des Radarquerschnitts beiträgt. Nurflügelflugzeuge besitzen keine Seitenleitwerke. Die Struktur und die Oberfläche bestehen zu etwa 90% aus mittels Epoxidharz verbundenem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff. Um die Radarsignatur niedrig zu halten, wurde der Flügel mit möglichst wenigen strukturunterbrechenden Elementen konstruiert. Zu diesen Elementen gehören vor allem Wartungsklappen, die auf ein Minimum reduziert wurden und zu großen Teilen auf der Oberseite untergebracht sind, wo eine Anstrahlung durch Radarsysteme recht unwahrscheinlich ist. Etliche wartungsrelevante Baugruppen der Maschine sind so zusammengefasst worden, dass sie auch durch notwendigerweise vorhandene Zugänge, wie Cockpitzugang und die Fahrwerksschächte, erreichbar sind.

Die gesamte Form der Maschine ist weich und fließend ohne scharfe Kanten oder ähnliche Strukturen gestaltet. Die beiden gepfeilten Flügelvorderkanten treffen sich am Bug, wodurch Radarsignale nicht in Flugrichtung zurückgeworfen werden. Das W-förmige Heck erfüllt den gleichen Zweck. Dort ist auch das ausgeklügelte Klappensystem zur Flugsteuerung untergebracht. Dieses besteht aus insgesamt 9 Klappen, von denen 8 symmetrisch zueinander angebracht sind. Das äußere Paar besteht aus zwei unabhängig spreizbaren Klappen, die sowohl für das Gieren zuständig sind und daneben als Luftbremse fungieren. Da Klappen strukturunterbrechende Elemente sind, vergrößern sie den Radarquerschnitt, weswegen dieses Klappenpaar während Gefechtsoperationen in eine unter Stealth-Gesichtspunkten optimale Lage gebracht wird. Im Landeanflug bleiben die Klappen leicht geöffnet, um die Richtungsstabilität zu sichern.

Besonders aufwendig ist der Bereich um die vier Triebwerke konstruiert. Diese befinden sich paarweise in zwei markanten Triebwerksbuchten rechts und links des Cockpits. Die Lufteinläufe sind auf der Oberseite angebracht, da sie dort besser vor bodengestützten Radarsystemen geschützt sind. Die Triebwerke befinden sich tief im Flügelinnern, wo ihre Fan-Schaufeln durch S-förmige mit radarabsorbierenden Materialien versehenen Strukturen im Lufteinlauf eine Reflexion elektromagnetischer Wellen verhindern. Der Abgasstrahl der Triebwerke wird durch die kühlere Luft des vorderen Lufteinlasses vermischt und somit gekühlt. Die so etwas kühleren Abgase werden danach auf eine Oberfläche aus hitzebeständigen Kohlefaserelementen und Titanlegierungen geleitet, die den Abgasstrahl seitlich verteilen, um seine weitere Abkühlung zu beschleunigen. Das Zick-Zack-Muster sorgt für eine effiziente Streuung von einfallenden elektromagnetischen Wellen.
Im Heckbereich ist ferner ein Laser eingebaut, der eine mögliche Kondensstreifenbildung detektiert und an die Piloten meldet, so dass auf eine geeignete Flughöhe ausgewichen werden kann.

Die gesamte Bombenlast der B-2 ist in zwei Waffenschächten untergebracht, die mit einem rotierenden Abwurfsystem ausgestattet sind, wobei es verschiedene Typen gibt, die je nach Mission ausgetauscht werden können. Die Klappen der Schächte sind ähnlich den Triebwerkseinläufen mit einem Zick-Zack-Muster versehen, um durch Mehrfachreflexion mögliche Echosignale abzuschwächen und besser zerstreuen zu können.

Die B-2 kann auch luftbetankt werden. Die entsprechende Öffnung, die während des Marschfluges zur Verbesserung der Stealth-Eigenschaften durch eine Klappe abgedeckt wird, befindet sich hinter dem Cockpit auf der Oberseite der Maschine.

Bei der B-2 kommen auch radarabsorbierende Materialien zum Einsatz. Besondere Aufmerksamkeit wurde den Flügelvorderkanten gewidmet, die durch ihre geheime interne Struktur nur extrem wenig Radarenergie zurückstrahlen. Die US Air Force hat sich bis heute nicht zum Radarquerschnitt der B-2 geäußert, Fachleute nehmen allerdings einen RCS von 0,1 bis 0,05 m² an.

Triebwerke:

Die B-2 wird von vier General Electric F118-GE-110-Turbofans angetrieben. Das Triebwerk F118 ist im Wesentlichen ein Derivat der F101-Serie, besitzt allerdings ein deutlich höheres Nebenstromverhältnis, was die Temperatur der Abgase senkt und so auch die Infrarot-Signatur der Maschine verringert. Aus diesem Grund ist auch kein Nachbrenner vorhanden. Das Triebwerk wird durch ein FADEC-System kontrolliert und liefert bis zu 84,6 kN Schub, bei einen spezifischen Verbrauch von 68,33 kg/kNh auf. Die Brennkammer war Gegenstand intensiver Forschung und Modifikationen, da Kondensstreifen und hohe Abgastemperaturen so weit wie möglich verhindert werden sollten. Zur Feuerlöschung kommt ein spezielles System zum Einsatz.

Avionik:

Aufgrund ihrer außergewöhnlichen Konstruktion ist die B-2 ein Flugzeug mit negativer statischer Stabilität und wird daher auch als „aerodynamisch instabil“ bezeichnet. Das bedeutet, dass sie ohne permanente computergenerierte Steuerbefehle unkontrollierbar wäre und sofort abstürzen würde. Daher verfügt die B-2 über ein digitales und vierfach redundantes Fly-by-wire-System, das die Eingaben des Piloten interpretiert und daraus die benötigten Steuersignale erzeugt.

Als Bordradar kommt das AN/APQ-181 zum Einsatz, das speziell für den Einsatz auf der B-2 konzipiert wurde. Es erzeugt durch die Kombination einer passiven Phased-Array-Antenne und einer verhältnismäßig hohen Arbeitsfrequenz von 12 bis 18 GHz überdurchschnittlich hochauflösende Radarbilder. Die beiden Antennenflächen befinden sich je rechts und links unter dem Cockpitbereich.

Die Avionik wird durch 13 Computer kontrolliert, die durch 26 Datenleitungen miteinander verbunden sind. Die restlichen Systeme sind meist mittels Glasfasern vernetzt. Zur Kommunikation wird primär eine Satellitenverbindung genutzt, da diese schwieriger zu orten und überall auf der Erde funktionsfähig ist. Außerdem ist eine Anlage für den Empfang von Nachrichten auf Längstwellen-Frequenzen vorhanden. Die B-2 verfügt über ein komplexes System zur elektronischen Kampfführung, dessen genaue Zusammensetzung weitestgehend der Geheimhaltung unterliegt. B-2 Bomber - Cockpit

Cockpit:

Trotz der komplexen Systeme und des anspruchsvollen Missionsprofils genügen zur Bedienung der Maschine zwei Piloten, wobei ein Sitz für eine weitere Person vorhanden ist. Dies ist vor allem auf den umfassenden Einsatz moderner Computersysteme zurückzuführen, die viele Arbeitsschritte automatisiert ausführen und die große Mengen an gewonnenen Informationen für die Piloten anschaulich und leicht interpretierbar aufbereiten. Das Cockpit ist mit insgesamt 8 Farb-Multifunction-Displays ausgestattet, die je nach aktueller Situation unterschiedliche Informationen anzeigen können, zum Beispiel Fluginstrumente, Landkarten oder Waffensysteminformationen.

Für lange Einsatzdauern, im Extremfall bis zu 35 Stunden, stehen der Besatzung eine chemische Toilette, eine Matratze und eine kleine Küchennische zur Verfügung. Die Piloten sitzen während des Fluges auf Schleudersitzen, wobei im Falle eines Notausstieges vor deren Auslösen ein Teil des Cockpitdaches abgesprengt wird.

Bewaffnung:

In zwei internen Waffenschächten können unter Normalbedingungen bis zu 18.144 kg Waffen mitgeführt werden. Theoretisch sind bis zu 35.800 kg möglich, jedoch würde durch eine solch hohe Waffenlast die Reichweite stark reduziert werden, da auf etwa ein Drittel des Treibstoffes verzichtet werden müsste.

Northrop B-2 - U.S. Air Force Museum
Northrop B-2 Spirit - Luftbetankung
Northrop B-2 Spirit - U.S. Air Force Museum

 

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