AA82276761 2014-12-12 06:14
B-2轟炸機
歷史
1977 年6 月美國總統吉米·卡特取消了B-1A 轟炸機項目，該機當時正遭受許多批評。B-1A 被取消的原因之一就是美國需要集中有限的資金研製空射巡航飛彈，其實當時沒有透露的另一個原因是美國正在研製新一代隱形轟炸機，後者難以被敵雷達發現，更易穿透敵複雜防空網。
1975 年8 月美國國防部先進研究項目局（DARPA）邀請洛克希德、波音和諾斯羅普提供一種低可探測性飛機的初步工程數據。洛克希德贏得這次競標，研製了“海弗蘭”飛行演示機並最終發展成為F-117A“夜鷹”。
1978 年卡特政府秘密授權啟動隱形轟炸機項目，命名為先進技術轟炸機（ATB）。旨在研製可以取代B-1A 的轟炸機，另外該機還需取代已經服役近25 年的B-52。ATB 是按冷戰思維提出的——採用隱形技術以滿載核武器滲透蘇聯境內數千公里而不被發現。
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波音在1979 年提出的ATB 方案，全機為三角形飛翼佈局
在ATB 計劃的早期研究階段，諾斯洛普仍延續了40 年代XB-35/YB-49 的飛翼方案，在1979 年夏正式向空軍提交了新一代的飛翼方案。
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諾斯洛普提交的早期方案，雖然還殘留有垂尾，但整個機身是明顯的飛翼佈局
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諾斯洛普的YB-49，因無法解決的安定性問題而被終止研發
1980 年9 月美國空軍頒布了ATB 的方案徵詢書（RFP），由於該項目在成本和技術方面存在著嚴峻的挑戰，所以空軍鼓勵航空航天企業間進行合作。於是出現了兩大競爭陣營——洛克希德和羅克韋爾團隊，諾斯洛普、波音和凌-特姆科-沃特（LTV）團隊。
1981 年1 月20 日雷根總統當選後情況發生了變化。雷根政府加大了國防投入，足以支持包括新型戰略轟炸機在內的幾個軍事研究項目。1981 年10 月2 日雷根總統宣布開始戰略現代化項目（SMP），購買100 架B-1B。而ATB 也作為SMP 的一部分展開秘密研製，當時預計總需求量多至132 架。只有少數內部人士才知道當時美國空軍正在同時進行兩種戰略轟炸機的研製。
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“高級鑽石”方案的演進，從小垂尾—翼尖垂尾—無垂尾的變化
諾斯洛普的方案代號是“高級鑽石”（Senior Ice，密語無特定含義），洛克希德的方案代號“高級釘”（Senior Peg）。“高級鑽石”由諾斯洛普先進計劃高級副總裁維爾科·E·加西奇主持，計劃指導是哈爾·馬爾卡良。洛克希德/羅克韋爾的“高級釘”方案的資料披露不多，但鑑於當時洛克希德在隱形技術上的成就以及羅克韋爾在B-1 項目上的經驗，人們普遍認為該隊會贏得競爭。但1981 年10 月20 日美國空軍宣布諾斯洛普成為ATB 合同的贏家，飛機編號B-2，並簽訂了6 架試飛用機和兩架靜態測試機的初始合同，外加127 架生產型轟炸機的意向訂貨，計劃在1987 年達成初始作戰能力（IOC）。
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洛克希德的“高級釘”方案，有明顯的F-117 痕跡
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“高級鑽石”與“高級釘”各自的演進歷程
在三家公司的分工中，諾斯洛普負責製造前中央機身和座艙，飛機前後緣以及控制翼面，另外還負責最後的總裝和計劃的整體協調。波音負責製造後中央機身和彈艙，以及外翼段和起落架。LTV 負責製造包括發動機艙在內的機翼中段和尾噴口（LTV 後被諾斯洛普·格魯曼併購）。總裝在加州帕姆代爾美國空軍42 號工廠4 號場地進行。
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在三家公司的分工中，諾斯洛普負責製造前中央機身和座艙，飛機前後緣以及控制翼面，另外還負責最後的總裝和計劃的整體協調。波音負責製造後中央機身和彈艙，以及外翼段和起落架。LTV 負責製造包括發動機艙在內的機翼中段和尾噴口（LTV 後被諾斯洛普·格魯曼併購）。總裝在加州帕姆代爾美國空軍42 號工廠4 號場地進行。
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兩架B-2 的靜力測試機
結構
諾斯洛普的設計是一個純粹的飛翼，沒有垂尾或方向舵，從正上方看B-2 就像一個大尺寸的迴力標。B-2 的平面圖輪廓由12 根互相平行的直線組成，機翼前緣與機翼後緣和另一側的翼尖平行。飛機的中間部位隆起以容納座艙、彈艙和電子設備。中央機身兩側的隆起是發動機艙，鋸齒狀進氣口佈置在飛翼背部，每個發動機艙內安裝兩台無加力渦扇發動機。翼尖並不是平行於氣流方向，而是進行了切尖以平行於另側機翼前緣，除了翼尖外，整個外翼段沒有錐度，都為等弦長機翼。機身尾部後緣為W 形鋸齒狀，邊緣也與兩側機翼前緣平行。B-2 的機翼前緣後掠角33 度，為高亞音速進行了優化，由於飛翼的機翼前緣在機身之前，為了使氣動中心靠近重心，也需要將機翼後掠。B-2 中央機身的深度需要足以容納座艙和彈艙，但長度卻要盡量縮短以避免在高亞音速時產生過多的阻力。中央機身外側機翼的弦長由發動機艙以及隱身進氣口和尾噴口來決定。B-2 在高亞音速飛行時，厚厚的超臨界翼型將機翼上表面的氣流速度加速至超音速。
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B-2A 剖視圖
B-2A 的大部分表面都被一層特殊的彈性材料覆蓋，使表面保持均勻的電導率以減少來自接頭或接縫處的雷達波反射。而在設計中不能依靠外形進行隱形的部位（如進氣口）就要塗上雷達吸波材料（RAM）了，其組成成分至今仍是高度機密。RAM 是可多層噴塗的塗料，內含可將雷達波能量轉換成熱能的成分。全機塗上厚度適當的塗層後，特定波長的雷達波在照射到塗層後，塗層兩面反射的雷達波會發生干涉，從而相互抵消。類似的概念就是光學鏡頭的鍍膜，可以消除不必要的光線。
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正在噴塗吸波材料的B-2A
除了尾噴口後的區域外，B-2 整個飛翼後緣佈置有9 塊大型的操縱翼面。最後方的“海狸尾”是一整塊可動控制面，用於在低空飛行時抵消因垂直陣風引起的顛簸。最外側是一對被稱為“減速板-方向舵”的開裂式翼面。剩下6 副翼面是用於俯仰和滾轉操縱的舵面，最外側一對在低速時也兼做副翼。B-2 原本在後機身下方設計了一對開裂式襟翼，但是風洞試驗顯示該機根本不需要襟翼，於是第一架試飛原型機上的襟翼被鉚死。但生產型B-2 上還是留下了襟翼的痕跡，該機的翼面積足夠大，起降時完全不需要襟翼。
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B-2 尾部的“海狸尾”可用於俯仰操縱。注意進氣道上方打開的輔助進氣門
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“海狸尾”細節照片
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B-2A 機腹後緣遺留的襟翼痕跡
B-2 沒有垂尾，與傳統飛機不同。該機呈偏航中性，也就是說當B-2 向左或向右轉彎時，不會產生回中的氣動力。B-2 由機翼外段後緣的諾斯洛普專利減速板-方向舵負責偏航控制，減速板-方向舵可向上下兩側開裂，同時開裂作為減速板，不對稱開裂時作為方向舵使用。由於飛翼表面的附面層的存在，減速板-方向舵至少要開裂5 度以上才能起到作用。所以在正常飛行中，兩側的減速板-方向舵都處於5 度的張開位置，當需要進行控制時就立即可以起作用，這也是為什麼我們看到的B-2 飛行照片中減速板-方向舵都是張開的原因。但是張開的減速板-方向舵會影響飛機的隱形效果（特別是後向），所以B-2 在抵達戰區時，減速板-方向舵會完全閉合。據說在B-2 處於完全隱形模式時，依靠發動機推力差進行偏航控制。
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在正常飛行時，B-2 兩側的減速板-方向舵都處於5 度的張開位置
B-2 是先天靜不穩定設計，依靠四餘度線傳系統實現穩定飛行。GE 研製了該機的飛行控制計算機單元。B-2 的機翼後緣安裝了8 個動作器遠程終端，通過四餘度數字式數據總線接收GE 飛行控制計算機的指令。遠程終端將數字指令翻譯成模擬信號，使動作器控制翼面偏轉到相應角度，遠程終端還負責控制所有必要的反饋迴路。在B-2 風擋前的機翼前緣安裝有6 組大氣數據傳感器，向線傳系統提供大氣數據，該系統根據氣壓數值來確定飛機的迎角和側滑量。
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B-2A 機頭上方的三組大氣數據傳感器（每組4 個），下方還有三組
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B-2A 機頭上方的三組大氣數據傳感器（白色圓圈內，每組4 個），傳感器旁邊是AN/APQ-181 雷達天線罩
B-2A 中央機身兩側的發動機艙內安裝了4 台GE F118-GE-110 非加力渦扇發動機，每台額定靜推力8,618 千克。F118 是在F101-X 的基礎上研製，後者是B-1 轟炸機F101 發動機的戰鬥機型號。與F101 相比，F101-X 有較小的低壓外涵機匣，將旁通比從2：1 降到0.87：1。低旁通比的發動機只需較小的進氣和排氣系統，所以被B-2 選中。
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F118-GE-110 非加力渦扇發動機
發動機進氣口遠離機翼前緣，以避免被來自下方的雷達波照射到。由於肥厚的飛翼結構，B-2 可以把發動機深深地埋在飛翼內，飛翼的上表面的扁平的進氣口和彎曲的進氣道可以保證機載雷達無法從上方直接照射到發動機的正面，從下方就更不可能了。這樣B-2 可以採用較簡單的進氣口，只需要在唇部作尖齒修形就沒有問題了。但是翼上進氣口存在另一個問題，氣流要流經飛翼的上表面一段距離才能進入進氣口，加劇了邊界附面層的問題，所以亞音速的B-2 的進氣口也採用了常規的分離板吸除槽口，和進氣口唇部一樣，也做了尖齒狀的隱形修形
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B-2A 進氣口細節照片，可以看到鋸齒狀唇口與附面層吸除槽口
初期風洞測試顯示在高度彎曲的進氣道內出現了一定量的氣流分離，導致低速時推力的損失。為了解決此問題在進氣道上方兩側加裝了四個菱形發動機輔助進氣門。
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從這個角度看，B-2 的排氣管也是S 形的
B-2 進氣口邊界層分離板分理出附面層氣流再被混合進尾噴口以降低排氣溫度，減少紅外輻射。通過分離板的氣流還被擴壓並導向被集中稱之為二次氣流系統的各種內部氣流管路。這包括機體上安裝的附件傳動裝置及發動機艙的通風，環境控制系統換熱器的沖壓冷卻氣流和旁路迴路的氣流。在低速及地面工作時，通過位於進氣道外罩頂部和每台發動機進口正前方的四個菱形發動機輔助進氣門來增大供給發動機的空氣流量。輔助進氣門打開下的運轉，降低了主進氣道的質量流量比以及相應的尖唇口的轉彎損失。到發動機的總壓恢復提高，而進氣道的壓力畸變水平則降低，所以改善了低M 數飛行狀態，特別是起飛時的性能。
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B-2 的發動機與進/排氣管系統，可以看到為了降低排氣溫度，用進氣口的附面層吸除槽口引入了大量冷空氣
發動機尾噴口系統在設計上也是一項重大挑戰。B-2A 的尾噴口需要將紅外信號特徵降到最低，使敵紅外探測系統難以發現飛機。一些戰鬥機的遠程紅外搜索與跟踪系統和紅外制導導彈的引導頭可探測到發動機排放的熱氣和水蒸汽的熱輻射，B-2 在降低紅外特徵上才需了相當多的措施。其中之一是盡可能快速有效地降低排氣溫度。B-2 飛機的發動機尾噴管位於翼後緣三個鋸齒狀突出部分之間的切口處，而且離後緣有一段距離，被機翼下表面遮蔽，從而降低了發動機噴口的熱量，減少了被敵方紅外探測裝置發現的機會。發動機噴管則深置於機翼之內，呈蜂巢狀，使雷達波能進不能出。此外，發動機構件內還裝有氣流混合器，它能將流經機翼表面的冷空氣導入發動機中，持續降低發動機室外層的溫度。噴管呈寬扁狀，使人在飛機的後方無法看到噴口。特別是由於採用了噴管溫度調節技術，噴管部分的紅外暴露信號大為減少。另外由於噴流和流經機翼上表面的氣流之間相互作用，可在尾噴口兩側邊緣形成渦流，進一步降低了排氣溫度。
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B-2 在高亞音速飛行時，機翼上表面的氣流已經達到了超音速
四輪小車式主起落架安裝在發動機艙兩側，向前收入機翼內，巨大的鋸齒邊緣起落架艙門在起降時可起到垂直安定面的作用。雙輪前起落架向後收入機鼻下方。
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B-2 粗壯的前起落架
外翼段內部的大多數空間被油箱佔據，發動機艙之間的機身下方並列佈置了兩個大型彈艙，每個彈艙可掛載波音研製的先進旋轉式掛架，可掛載8 枚908 千克級彈藥，也可安裝兩個炸彈掛架組件以掛載常規彈藥。、
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波音製造的後中央機身，包含有兩個大型彈艙
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波音研製的先進旋轉式掛架
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B-2 可掛載的武器
電子系統
B-2A 的乘員編制兩名，並列坐在ACEII 彈射座椅上，飛行員在左側，任務指揮官在右側。座艙前方和兩側有4 片大型風擋玻璃，乘員通過機腹艙門進出座艙，在緊急情況時，彈射座椅通過座艙頂部的易碎艙門彈射。任務指揮官負責導航和武器投放，但兩名乘員都可以單獨完成整個任務。每個乘員面前都有4 個彩色CRT 顯示器，右側有一個數據輸入面板，左側是一組油門。座艙後方還有第三名乘員的位置，但很少使用。該座位也有彈射座椅，頂部有易碎艙蓋。
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B-2A 的座艙佈局
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B-2A Block 30 的座艙儀表
B-2A 的導航系統最初由兩套統組成，每套都可以單獨導航，但一起工作時精度會更高。一個是Kearfott 慣性測量單元，另一個是諾斯洛普NAS-26 天文慣性單元。NAS-26 原本是為“鬼魅”遠程巡航飛彈研製的，是一個帶穩定基座的光電望遠鏡系統，甚至可在陰天鎖定預先選定的星星。該系統的觀察窗口就在風擋左側。
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NAS-26 天文慣性單元觀察窗口
近距離紅外系統可探測到B-2 蒙皮的熱輻射，這些紅外輻射可以是反射陽光產生的，也可是蒙皮和空氣摩擦產生的。為此B-2 採用了可吸收紅外線的塗料來吸收陽光中的紅外線，避免產生反射，這也是B-2 全機灰色的原因。塗料吸收不了氣動摩擦產生的熱量，但是塗料可改變表面的反射率，將紅外輻射改為大氣可強烈吸收的波段，從而降低被近距離紅外系統發現的機率。
B-2A 可進行中高度空中加油，加油口在座艙後上方，加油時可收放底托升出高於機背，以避免加油機探桿劃傷機身。
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加油時可收放底托升出高於機背，以避免加油機探桿劃傷機身。注意前機身上方的3 個白色虛線標出的彈射艙門
B-2A 安裝了GM-休斯AN/APQ-181 雷達，如何在隱形飛機上安裝雷達也是一門學問。B-2A 採用了特殊設計以達到雷達的低截獲概率（LPI）目標，雷達在探測和跟踪目標時使用最低限度的能量，並且對信號進行編碼使敵人難以從隨機噪音中辨別出B-2 的雷達信號。該雷達有兩個獨立的電掃描天線，安裝在座艙兩側機翼前緣的下方。雷達具有20 種模式，其中包括合成孔徑、地形跟踪和地形迴避模式，還有地面移動目標指示模式，可探測地面的車輛，以及用於空中加油的空空模式，許多關於該雷達的參數至今保密。
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AN/APQ-181 雷達的電掃描天線
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AN/APQ-181 雷達的安裝位置
B-2A 沒有任何自衛武器，取而代之的是一套自衛管理系統（DMS）。該系統由洛克希德·馬丁、雷聲和霍尼韋爾公司研製，具體細節是絕密。據說該系統的主要組件是洛馬的AN/APR-50（有時也被稱為ZSR-63）。APR-50 用於探測、分類、識別和定位任何發出射頻輻射的敵系統。該系統從遍布機身的天線獲得數據，並進行自動處理和分析，向機組提供實時更新。
服役
1988 年11 月22 日B-2 首次公開露面，AV-1（82-1066）在帕姆代爾進行了揭幕儀式。此時B-2 還未準備好首飛。由於沒有披露生產和服役計劃，讓媒體猜測項目進度遠遠落後於計劃，事實上也的確如此。在AV-1 首飛推遲後媒體向更壞處猜想，同時國會堅持在首飛一切順利之前不同意該機的任何生產計劃。
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1988 年11 月22 日B-2 首次公開露面
1989 年7 月10日AV-1 進行了滑跑測試，1989 年7月17 日在帕姆代爾首飛，試飛員是布魯斯·J·漢茲和理查德·寇馳上校。首飛持續了112 分鐘，飛機降落在愛德華茲空軍基地。隨後展開了初始試飛，AV-1 被用於雷達截面積測試。1993 年初AV-1開始長期封存等待升級至服役標准後加入美國空軍。
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B-2 的官方草圖
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媒體根據美國空軍發布的模糊圖片猜測的B-2 外形
媒體在這一時期普遍對B-2 持悲觀態度，眾多的報刊和電視“曝光”該機存在安全性問題，並且單機價格相當高會使聯邦財政破產。1990 年10 月19 日第二架試飛機AV-2 82-1067 在帕姆代爾首飛，同樣在愛德華茲降落。該機安裝了沉重的儀器用於負載試飛。
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AV-2 82-1067
1991 年6 月18 日AV-3 82-1068 首飛，這是第一架雷達和導航系統測試機。
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試飛中的AV-3
1992 年4 月17 日AV-4 82-1069 首飛，1992 年10 月5 日是AV-5 82-1070。這兩架飛機用於航電和武器試飛。1992 年9 月12 日AV-4 投擲了一枚907 千克的Mk 84 炸彈，進行了B-2 的首次武器試驗。
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AV-4 82-1069
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AV-5 82-1070“火與冰”現已退役，這個綽號的由來是因為該機進行了低溫和高溫測試
1993 年2 月2 日最後一架試飛用機AV-6 82-1071 首飛，該機用於技術指令驗證和進一步的武器和航電試飛。到1995 年1 月這六架FSD B-2 已進行了超過2,300 小時的飛行，飛行超過490 架次，其中大多數是由愛德華茲AFB 的第420 試飛中隊完成的。
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AV-6 82-1071
1993 年12 月首架生產型B-2（AV-7 88-0328）交付惠特曼AFB。此時該機的生產數量已明確遠低於計劃的132 架。國防部長切尼發起的一項軍事複審宣布B-2 的總數量將削減至75 架，到90 年代中期生產速度僅為每年12 架。隨著1991 年10 月蘇聯和華約的瓦解，國會凍結了B-2 的生產計劃，僅批准16 架。1992 年1 月布希總統宣布政府將尋求生產另外5 架B-2 的資金，將總數提高到21 架，其中包括6 架試飛機。
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AV-7 88-0328
1994 年諾斯洛普併購格魯曼，形成諾格公司。
1994 年11 月共和黨出人意外地獲得國會兩院的控制權，國防預算有望增加，這也意味著可能購買更多的B-2。諾格建議再生產20 架B-2，但是克林頓政府不支持在B-2 和空軍身上花更多的錢，僅為將AV-1 升級至作戰狀態預留了資金。
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B-2A 三面圖
1996 年9 月AV-4 進行了地形跟踪資格試飛。到1997 年1 月B-2 具備了有限的作戰能力。1993 年12 月~1995 年末首批10 架B-2（AV-1007~AV-1016）作為Block 10 批次交付。Block 10 主要用於飛行員和地勤的訓練，起飛重量都限制在138,350 千克以下，沒有地形跟踪雷達並且不能投放任何精確導引武器。
1996 年交付了3 架Block 20 批次的飛機（1017~1019）。Blcok 20 的起飛重量提高到152,600 千克，並且具有地形跟踪能力，DMS 可在1~3 波段運行。Block 20 升級還包括帶適形天線的GPS 接收機系統，取代了日常飛行所使用的天文-慣性導航系統，但天文-慣性仍作為不被干擾的備份系統保留下來。此外還改進了環境控制系統。Block 20 飛機可掛載B61 核彈、集束炸彈和某些型號的精確導引武器。從1996 年中期開始5 架較新的Block 10 飛機（1012~1016）也開始了升級至Block 20 的項目。
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第509 轟炸機大隊的B-2 Block 30“賓夕法尼亞幽靈”號
Block 30 是具有最終作戰能力的批次。Block 30 改進包括拆卸和替換飛機所有的邊緣，包括前緣和控制翼面。改用改進型RAM 塗層。改進航電軟件使B-2 具備最低高度60 米的地形跟踪飛行能力。DMS 增加了波段4。允許機組在飛行中重新規劃任務。Block 30 還集成了空軍任務支持系統（AFMSS），可使B-2 在世界各地的美軍基地起飛作戰，該系統取代了原先的戰略任務制定和規劃系統（SMDPS），後者只能用於核任務並且只能用於B-2 的本土主要基地。最後兩架B-2 按Block 30 標準製造，1997 年8 月首架Block 30 B-2A 交付，到2000 年末所有21 架B-2 都升級至Block 30 標準。
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B-2 Block 30 投擲JDAM 炸彈
密蘇里州懷特曼AFB 的第509 轟炸聯隊是首個接收B-2 的聯隊。該聯隊在1993 年4 月1 日重新組建來接收B-2。第509 聯隊的歷史可追溯到第509 混編大隊，在二戰中向日本投下了原子彈。第509 聯隊之前在新罕布什爾州皮斯AFB 操作FB-111A，1988 年皮斯基地關閉時被解散。第509 聯隊下轄第393 轟炸中隊和第394 戰鬥訓練中隊。1993 年12 月17 日該聯隊接收首架B-2，1995 年1 月24 日該聯隊的一架B-2 參加了內利斯基地的“紅旗”演習，投擲了兩枚Mk 84 炸彈，從此B-2 定期參加“紅旗”演習。1997 年1 月1 日美國空軍宣布第509 聯隊達到有限作戰能力，可投擲常規武器。同年4 月1 日美國空軍宣布第509 聯隊可同時執行常規和核任務。1998 年1 月8 日第325 轟炸聯隊併入第509 聯隊。
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第509 轟炸聯隊徽章
1996 年5 月B-2 機隊因其中一架飛機發現尾噴管固定件裂紋而停飛8 天，期間檢查了所有飛機的尾噴管固定件，出現問題的統統更換。1997 年4 月因一架飛機在飛行中發動機傳動軸破損而又一次停飛，調查發現傳動軸總成殼體上有檢測不到的裂紋，該機在4 月中旬重返藍天。
1999 年3 月24 日第509 聯隊的兩架B-2A 參加了北約轟炸科索沃的“盟軍”行動，B-2 從懷特曼AFB 起飛後飛行31 小時轟炸了科索沃的目標，這也是GBU- 29/30 JDAM 的首次實戰。
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B-2 的隱形塗層修復過程，塗料具有毒性。日常B-2 的塗層維護工作相當繁瑣
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2008 年2 月23 日，B-2 89-0127”堪薩斯幽靈“因大氣數據傳感器進水汽，讀取數據錯誤而在關島安德森空軍基地基地起飛時墜毀