空中加油技术

技术源起


对于一般的军用航空器而言,不落地加油并且一次飞行上万公里,在过去似乎是难以想像,而如今随着空中加油技术的出现及实用化却已成为事实。空中加油技术简单地说,就是在空中一架航空器给另一架或数架航空器(或直升机)加注燃油,使其航程加大,续航时间增长的技术。


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既然空中加油如此重要,那这项技术是何时出现的?早在第一架固定翼航空器问世之初,就有人提出进行空中加油的方式,以延长航空器的滞空时间,或减少航空器的内载油量便于起飞。而第一次空中加油则出现在二十世纪的 20 年代,其方式是在加油机上装一条 15 米长的软管,软管的头部有一个可以快速开关的活门,在进行空中加油时,加油机放下软管从后上方慢慢掠过受油机,当受油机上的人抓住软管后就以手势表示衔接成功,然后将软管插入油箱,打开活门于是开始加油。然而自第一次空中加油出现之后二十多年的漫长时间,空中加油这项新技术竟乏人问津而“束之高阁”,直到二次世界大战结束以后喷气式固定翼航空器迅速发展,空中加油技术才“重获新生”。发展至今的空中加油技术早已不是早期以人工方式进行作业,目前发展比较成熟并被广泛采用的空中加油系统主要有两种,一种是软管-浮锚式加油系统,另一种是飞桁式加油系统。


成熟的技术


空中加油机主要是以延长战机执行任务的时间,或是延长战机的作战航程为目的的军用航空器。在加油机的机身下层机舱全为油箱,上层机舱可装载人员、物资。故其任务航程中除执行加油任务外,并兼任运输机执行运输任务。


虽不论空中加油机是采用上述任一种的空中加油设备或作业方式,现代化的空中加油作业仍然需要飞行员正确且细心的操作,需要加油机与受油机的配合协调,才能安全完成加油任务。现代化空中加油作业的过程大致如下:首先是加油机和受油机必须依照预定时间在预定地点会合,才能进行空中加油作业。然后受油机和加油机实施衔接,衔接成功之后加油系统依据信号自动接通油路。加油完毕后,受油机依据加油机的指挥进行脱离,整个加油过程便顺利完成。


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KC-10 加油机是美军在设计生产时,就设置浮锚式与飞桁式两种加油装置


空中加油技术不仅增加了战机的航程,而且大大提高了战机的生存能力,已成为现代战争中重要的空中后勤支援力量,使原本不可能完成的任务成为可能。空中加油技术的运用,改变了以往人们只能从战机的内载油量、航程来确定其执行任务种类的传统观念,使人们对空中加油机支援战机的作战能力有了新的认识,空中加油技术在未来的战争中仍将发挥其重要的作用。至目前为止,发展成熟的空中加油技术可分为下述三项。


软管-浮锚式


软管式空中加油设备亦称为软管-浮锚式(Probe & Drogue)加油系统,是英国空中加油有限公司在继承前人经验的基础上所研发出来的,于 1949 年问世。采用此种方式进行空中加油,受油机的设备非常简单,只要在机首或机翼前缘装一根固定的或可伸缩的受油管即可。而加油机的加油设备则由绞盘、一条 22 至 30 米长的软管和一个漏斗式浮锚所组成。浮锚呈漏斗状,且重量轻,上面装有机械自锁机构。当受油管伸进浮锚后,浮锚上的机构自动锁紧受油管口使之与输油软管相衔接,软管则由绞盘控制放出和回收。


实际的加油过程是:在空中加油时,加油机内的操作人员将软管放出机外,软管下的黄褐色信号灯闪亮。受油机的飞行员收到准备妥当的信号后,便调整自己的航空器位置将受油管放入浮锚内,只要自锁机构锁紧完成衔接后,燃油便自动输送至受油机。由于受油机与加油机的速度差及高度差都有严格的规定,因此受油机飞行员的操纵动作必须十分稳定准确。若加油过程一切正常,黄褐色信号灯就会自动熄灭,若遇到紧急情形时红色警告灯就会闪亮,告诉受油机的飞行员进行位置调整。加油作业结束后受油机将减速,当加油机与受油机的速度差达到一定数值时,在张力作用下,输油软管和受油管就会自动脱离,燃油输送自动切断,然后受油机和加油机的距离和高度差逐渐拉大,受油机到达安全距离后再向另一侧滚转自加油作业编队脱离,而加油机就可继续给下一架战机加油或是回收加油软管。


软管-浮锚式加油系统经过逐步改进,运作性能不断提高,其优点是一架大型加油机上可装置数套加油设备,可以同时给几架战机加油。由于加油机与受油机存在相对运动,采用具有柔性的软管衔接安全性好。缺点是对大气乱流相当敏感,衔接时比较困难,对飞行员的操作技术要求高;其次是输油速度慢,约为每分钟1 500升左右,因此给大型军机加油时需要较长的作业时间。目前美国海军与数国海空军军用航空器采用此种方式执行空军加油任务,操作机种有洛马公司的 S-3B、洛马公司的 KC-130、波音公司的 707-200。


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美国海军以 S-3B 加挂加油吊舱执行空中加油任务,但这种加油任务是在舰载机返航时油量不足才执行


飞桁式


伸缩桁杆式空中加油设备亦称“飞桁(Flying Boom)”式加油装置,也称为硬式加油设备(与软管-浮锚式加油相对应),由美国波音(Boeing)飞机公司所研发成功,紧随在英国的软管式加油设备之后,于 1949 年 12 月开始使用。加油机的尾部结构装有一具由两截可伸缩的刚性伸缩管所组成的加油桁杆与操作人员控制舱,其结构与机尾结构合而为一,在控制舱的操作人员是在机上趴着操作的。加油桁杆平时为收起状态,进行空中加油作业时将其伸出。在加油桁杆的中间装有V形操作面,后缘间的夹角约 130 度左右,V形操作面的作用类似于航空器的升降舵,操纵它可使加油桁杆在一定范围内移动。例如美国 KC-135 加油机上的飞桁式空中加油设备,其内管的伸缩距离为 6 米,上下活动范围各为 54 度角,横向活动范围为 34 度角,并且由专职的加油操作人员进行操作。


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KC-135 系列是美国数量最多的加油机,机腹中线的黄线为受油机的参考线(点击放大)


受油机欲加油时须参考加油机机腹之黄色参考线,及加油机操作员指示调整速度及位置。在进行空中加油作业时,加油机上的操作员通过信号指挥受油机接近已伸出的加油桁杆。当两机之间的距离很近时,相对位置保持不变,然后操纵V形操作面小翼,并通过加油桁杆的长短伸缩,到达适当位置后使之与受油机上的受油管衔接。由于有加油员的操作,所以使用飞桁式的空中加油设备时,受油机飞行员的操作相对于使用软管-浮锚式空中加油设备时要更容易些。一旦两者衔接好,加油桁杆便自动锁定开始给受油机输送燃油。加油作业完毕后的两机分离,可由飞行员控制,受油机的速度可放慢或是加油机的飞行速度提高,使加油桁杆自动开锁,燃油输送自动切断,两机于是自加油作业编队脱离。


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与 F-16C F-15C/D 编队飞行的 KC-135R,飞桁式加油机虽然输油大,一架 F-16 在接管后约 2 分钟就完成加油,但一次只能为一架飞机加油


采用飞桁式加油设备,具有输油速度快,可达到每分钟 6,000 升左右,因为是使用刚性杆,所以对空气乱流不大敏感,并有衔接操纵方便等优点。其缺点是一次只能给一架战机加油,通用性差,并且需要有受过专业训练的加油操作员。目前美国空军军用航空器大部分采用此种方式执行空中加油任务,操作机种有波音公司的 KC-135E/R 与 KC-10。


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IL-78 翼下的加油吊舱,也是以浮锚式进行空中加油(Photo by 威猛)


混合式


美国空军为波音公司的 KC-135 系列的加油桁杆尾端发展一套漏斗式浮锚加油软管改装套件,视任务性质(受油机受油系统)加装。波音公司的 KC-10 于设计时即考虑任务性质,于机尾加油桁结构处装置了两套管线。


技术运用实例


近年空中加油技术使用得更为广泛,空中加油机频频出现在一些区域战争中,如英阿马岛之战、美国入侵巴拿马以及1991年的海湾战争,空中加油机都发挥了重要作用。在 1985 年 4 月 15 日,美国空军的 18 架 F-111 战斗轰炸机及 3 架 EF-111 电子反制机,自驻扎于英国的空军基地出发,途经北大西洋、直布罗陀海峡,穿越地中海上空到达利比亚,顺利执行轰炸任务。从起飞到降落,连续飞行 1 万多公里,经过了 6 次空中加油,才使这次长程攻击任务得以圆满成功。


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美国海军陆战队的 KC-130 加油机,利用浮锚式加油法为陆战队战机执行任务。其后的 CH-53 空中加油只能使用浮锚式,且需设置一条长过旋翼的受油管


据统计资料显示,现在全球现役的空中加油机有上千架,拥有加油机的国家也有十几国,例如美国、俄罗斯、英国、法国、沙特阿拉伯、以色列等。其中美国是名副其实的空中加油机大国,其操作数量占全球空中加油机总数的四分之三。美国陆海空三军使用的空中加油机主要有波音公司的 KC-135E/R 与 KC-10、洛马公司 KS-3B 与 KC-130H 等,这些加油机都曾在海湾战争中使用过。长期以来能够独立发展空中加油机及技术的国家主要是美国、英国和俄罗斯,其他国家或地区主要是使用他们的成品和设备,如最近采购 KC-135 空中加油机的新加坡。


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正为 X-35 原型机执行空中加油的 NKC-135E 加油机



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