空中加油技術(shù)的成熟

希弦

飛桁式空中加油系統(tǒng)——硬管加油

1950年，波音公司推出了飛桁式空中加油系統(tǒng)（Fly Boom），并馬上取代了KB-29上以前使用的探管-錐套式空中加油系統(tǒng)（Probe-and-drogue system），這就是KB-29P加油機。與此同時，波音公司在旗下的C-97“同溫層貨機”的基礎(chǔ)上改裝出了KC-97加油機。但在戰(zhàn)后的噴氣式時代，螺旋槳發(fā)動機的KC-97顯然飛得太慢，已落伍于航空新時代了，由此波音又很快在波音367-80原型機基礎(chǔ)上推出了噴氣動力的KC-135“同溫層加油機”。半個多世紀后的今天，KC-135與作為其補充的KC-10加油機依舊是美國空軍的主力加油機，也正在由KC-46“飛馬”來接替。

螺旋槳加油機與噴氣式受油機間的速度相差較大，K0-97的巡航速度只有370千米/小時，而亞聲速、超音速的戰(zhàn)斗機在空中加油中的“減速”，一度有接近失速的危險。所以，圖中這般加油作業(yè)場景，還是要感嘆下飛行員的技術(shù)

KC-135的“飛桁”，由內(nèi)外兩根剛性管嵌套伸縮構(gòu)成，內(nèi)管在外觀上有鮮明的綠黃橙紅顏色標識

飛桁式空中加油系統(tǒng)，之所以如此命名，是因其在加油套管的外部裝有V型或H型的氣動控制舵翼，用來供加油員精準控制、調(diào)整姿態(tài)。這套空中加油系統(tǒng)的核心設(shè)備是平時在機身中線、后機腹部收起的剛性加油套管（由此得名“硬管加油”）。它由內(nèi)外兩根剛性管嵌套伸縮構(gòu)成，外管通過鉸鏈機構(gòu)與機腹連接，上面裝有舵翼，內(nèi)管能沿管軸伸縮，這樣的伸縮結(jié)構(gòu)在加油過程中也能起到緩沖、減震的作用。為了在加油過程中“修正”兩機在安全距離上的遠或近，在內(nèi)管上還涂有綠、黃、橙、紅直觀的標識顏色。

KB-29P的“飛桁”操作員坐在過去B-29轟炸機的尾炮手位置。KB-29K上的第一代“飛桁”，外觀上是“原生態(tài)”的圓柱形，不像后來的有一定氣動修型處理

硬管加油的過程，簡單描述是：受油機只需在加油機機腹后下方與加油機保持編隊飛行即可（也就是在“空中加油飛行包線”內(nèi)），加油機上的加油員會控制“飛桁”向下向后伸出（以KC-135上的“飛桁”為例，它的上下活動范圍為0°～53.8°。左右是±33.80），對準受油機的受油口插槽頂部，而后再伸長內(nèi)管插入插槽，完成對接，開始加油作業(yè)。加油結(jié)束后，內(nèi)管斷開連接、縮回，受油機減速飛離加油點。

硬管加油的優(yōu)勢，大體是這幾方面：剛性材料的加油套管，在加油過程中受陣風、紊流等因素的影Ⅱ向較小，且在加油過程中不會產(chǎn)生太大的變形;對比軟管加油來說，內(nèi)管的直徑大于軟管，也就能做到相對快速地加油;硬管加油中的對接過程主要由加油機上專門的加油員來完成，大大降低了受油機飛行員的作業(yè)難度，在某種程度上也節(jié)省了飛行員這方面的訓(xùn)練成本;從未來技術(shù)發(fā)展來看，硬管加油系統(tǒng)更易引入自動控制系統(tǒng)來實現(xiàn)加油過程的全自動化。

硬管加油過程中加油機和受油機間的剛性對接，也意味著整個過程中必須確保兩機相對靜止，對控制精度的要求很高，并要時刻保持在“空中加油飛行包線”內(nèi)。否則，稍有偏差輕則飛桁與受油機剮蹭、受損，重則便是空中碰撞、機毀人亡的嚴重事故。

探管-錐套式空中加油系統(tǒng)——軟管加油

探管一錐套式空中加油系統(tǒng)的“軟管加油”過程，相對“硬管加油”而言，主動權(quán)更多是在受油機的飛行員手中。從加油機的翼下軟管加油吊艙中釋放出的柔性軟管，拖著帆布或者橡膠制成的錐套，后者能在一定程度上起到對軟管的穩(wěn)定作用，也利于受油機的加油探頭與加油軟管的空中對接。

在KC-135和KC-10加油機平臺上，加油員都是在機尾處通過視野開闊的舷窗目視觀察，并控制“飛桁”進行加油作業(yè)。不過兩者的加油員席位差異明顯，前者是“臥席”，作業(yè)中要趴著（上圖），后者則是“坐席”。下圖為受油機視角

1966年1月17日，KC-135和8-52G在空中加油時，發(fā)生了“飛桁”撞擊B-52機身頂部、造成兩機墜毀的嚴重事故。這場空難之所以屢屢提及，還因為這是場“斷箭”事故，轟炸機上的4枚B28核彈在事故中跌落，造成了一定范圍的放射性污染

在硬管加油過程中，受油機被加油機的“飛桁”剮蹭磕碰等小狀況是時有發(fā)生的

不過，由于加油機的機翼后面的渦流影響，錐套會隨著氣流擺動，受油機從加油機的后下部緩慢靠近并對接的過程，就像拿著一根長針穿過不穩(wěn)定的針眼，操作一定要足夠輕柔，要慢慢靠近，特別是在最后相距幾十厘米距離時，兩機的相對速度要保持在小于成人的步行速度（約2節(jié)）。

如果相對速度過大，對接上的瞬間加油探頭會破壞軟管和錐套的相對穩(wěn)定狀態(tài)，甚至引發(fā)甩動，變成空中揮舞的長鞭，比如曾有錐套直接砸壞受油機座艙玻璃的事故發(fā)生。但如果相對速度太小的話，又無法保證加油探頭與加油軟管的牢固連接。

軟管加油系統(tǒng)中的軟管在不使用時，是一圈圈纏繞在軟管卷揚裝置（HDU）上的，軟管和錐套完全卷入HDU中，使用時才釋放出。在加油的過程中，當受油機相對于加油機前后移動時，軟管就會在HDU中卷揚電機的控制下隨之縮回和伸出，這與硬管加油過程中通過內(nèi)管的伸縮在一定程度上保持兩機的安全距離類似。軟管加油吊艙上同樣有顏色警示標識，一般是綠燈亮起表示作業(yè)開始;如果軟管被受油機推入或拉出太遠（也就是兩機距離過近或過遠），燃油的輸送會被馬上切斷，黃燈亮起：如果紅燈被點亮就意味著加油作業(yè)要緊急終止，受油機馬上脫離。

軟管加油技術(shù)已經(jīng)是非常成熟的技術(shù)了，可以通過吊艙的方式集成在多種類型的飛機上，這也是戰(zhàn)斗機間伙伴加油的技術(shù)前提。軟管加油吊艙，也與一些常見的電子吊艙類似，在頭部裝有沖壓空氣渦輪來自主發(fā)電，為系統(tǒng)提供電力和液壓動力。

硬管加油與軟管加油的差異

在加油速度的對比上，硬管加油是每分鐘2 722千克的燃料輸送速度，而軟管加油每分鐘在680-907千克左右。但前者的明顯優(yōu)勢，是相對于轟炸機、運輸機等大型平臺來說的，對于作為“數(shù)量最多的受油機平臺”的戰(zhàn)斗機而言，它是承受不了這般高速加油的。戰(zhàn)斗機的每分鐘受油能力在454～1361千克，因此在給戰(zhàn)斗機空中加油時，硬管加油的加油速度快這一主要優(yōu)勢是無法發(fā)揮的，與軟管相比并無過多長處可言。

軟管加油多被描述為一根長針穿過不穩(wěn)定的針眼

軟管加油更依賴受油機飛行員的操縱技術(shù)，技術(shù)不佳的新手飛行員在加油時發(fā)生意外折斷錐套的事情也不奇怪。這也是一種保護措施，第一時間避免了進一步損傷加、受油機的其它結(jié)構(gòu)

美國海軍航母艦載機上用來伙伴加油的軟管加油吊艙，上圖為軟管-錐套部分，下圖為軟管卷揚裝置

有些奇異的接替式“伙伴加油”場面，KA-6“入侵者”正在給A-7“海盜”Ⅱ攻擊機加油，后者又在給一架F-4“鬼怪”戰(zhàn)斗機加油

在最近試飛的MQ-25“黃貂魚”身上，翼下掛載的軟管加油吊艙可見首部飛轉(zhuǎn)的沖壓空氣渦輪（也被稱為“小老鼠”），它是軍民機上必不可少的、最后的應(yīng)急供電手段

米格-29的伙伴加油和圖-160的軟管加油。對于前者而言，軟管與硬管在加油速度上差異不大，但對于后者這樣的大型平臺來說，軟管加油就顯得有點不夠一口氣解渴了

2017年底，西班牙國防部發(fā)布的F/A-18“大黃蜂”參與A400M加油機認證測試，其中包括同時給2架戰(zhàn)斗機加油

軟管加油技術(shù)，雖然對受油機飛行員的技術(shù)要求苛刻，但它的一個明顯優(yōu)勢是能夠同時給2架戰(zhàn)斗機加油，那么理論上一架戰(zhàn)斗機花在加油上的時間就可以減少大約75%。減少了加油時間，反過來，也將使加油機在同樣時間內(nèi)能給更多架次的受油機加油。同時，加油機或受油機在加油作業(yè)上的用時縮短，就減少了兩個平臺在此過程中的燃料消耗，意味著將有更多燃料是用于作戰(zhàn)任務(wù)的。

就像美國軍方的一些論證報告中所討論的：在戰(zhàn)斗機加油時，KC-135每分鐘燃燒超過91千克（200磅）燃料，將空中加油的時間從40分鐘減少到10分鐘（減少75%用時），就可以省下大約2722千克（6000磅）的燃料，一組4架加油機編隊所節(jié)省的燃料就足以再給4架戰(zhàn)斗機加一次油，或者少出動一架加油機即可完成同樣的任務(wù)。

不過，對于上述紙面計算也有反駁觀點稱，通過加油員來完成的對受油機插管的硬管加油，其全程作業(yè)用時更短，比軟管加油中受油機飛行員的“長針穿針眼”的操作要省時33%～50%。最后，加油機使用硬管加油比軟管加油的另一優(yōu)勢在于：前者更為靈活，帶飛桁的加油機可以通過轉(zhuǎn)接適配探管一錐套加油系統(tǒng)或者翼下掛裝加油吊艙來獲得軟管加油能力，但采用軟管加油系統(tǒng)的加油機就無法做到這么靈活的轉(zhuǎn)換。這種“向下兼容”能力也體現(xiàn)在“加油速度”上。硬管加油可以降低加油速度來適應(yīng)戰(zhàn)斗機的加油需求，但采用軟管加油方式的加油機在給轟炸機、運輸機等大型飛機加油時是無法提高加油速度的。

KC-135從硬管加油機變身為軟管加油機，一種是在飛桁上轉(zhuǎn)接適配探管-錐套加油系統(tǒng)（上圖），另一種則是同時保留硬管和軟管加油能力的在翼下掛上軟管加油吊艙（下圖）

美國空軍的KC-135加油機，飛桁在轉(zhuǎn)接適配探管-錐套加油系統(tǒng)后，為法國空軍的“幻影”2000進行軟管加油

半個世紀前不論是C-5（上）還是DC-10，都曾有三路硬管加油的設(shè)想。而未來隨著采用聯(lián)翼、翼身融合氣動布局（翼尖就不易出現(xiàn)顫振）大型平臺的出現(xiàn)，這種設(shè)想有了成型的可能性，如洛馬的多個隱身加油機概念圖中都有類似技術(shù)方案（下）

對于軟管加油的可給兩架戰(zhàn)斗機同時加油的能力，硬管加油也曾有過構(gòu)想：在靠近兩翼的翼尖位置處安裝兩組硬管加油裝置來提高加油效率，但在實際飛行中靠近翼尖的位置是顫振易發(fā)生的區(qū)域，而這對硬管加油作業(yè)的穩(wěn)定性、安全性有嚴重的影Ⅱ向，因此該方案一直停留在圖紙設(shè)想中。

多點加油，還是讓美國海軍航空兵缺油

美軍中美國空軍的飛機使用硬管加油，美國海軍和海軍陸戰(zhàn)隊的則使用軟管加油。美國空軍對于后者的加強合作、提供空中加油支持的承諾，最終的實際行動是在KC-135和KC-10空中加油機上加裝多點加油系統(tǒng)（MPRS，Multi Point Refueling System），使空軍的加油機具備了軟管加油的能力。

但多少有些“口惠而實不至”，長期以來美國海軍/海軍陸戰(zhàn)隊的戰(zhàn)機都面臨著空中加油力量不足的壓力。就像在“持久自由行動”中，執(zhí)行對阿富汗“塔利班”空地打擊任務(wù)的美國海軍/海軍陸戰(zhàn)隊的飛行員們就一度抱怨缺少來自美國空軍加油機的支持，反倒是英國皇家空軍的6架VC-10加油機成為戰(zhàn)場上空的“天賜之物”“沉默的英雄”。

翼下掛裝軟管加油吊艙的KC-135，為英國空軍“狂風”戰(zhàn)斗機加油

VFA-115中隊的F/A-18E“超級大黃蜂”正在對電子攻擊中隊VAQ-141中隊的E/A-18G“咆哮者”進行伙伴加油

E-2預(yù)警機家族直到E-2D“先進鷹眼”出現(xiàn)后才具備了空中加油能力，第一次具備了留空超過7小時、可長時間執(zhí)行空中預(yù)警和監(jiān)視任務(wù)的能力。另外，照片中的KC-707加油機有些特殊，它并非來自美國軍方，而是由私人承包商歐米加空中加油服務(wù)公司來運營

在過去相當長一段時間，F(xiàn)-16戰(zhàn)斗機都不具備軟管加油能力，直到圖中這種裝備了加油探頭的保形油箱系統(tǒng)的出現(xiàn)

再到后來的伊拉克軍事行動中，為了彌補自身空中加油力量不足，求人不如求己的美國海軍開始頻繁使用F/A-18E/F“超級大黃蜂”戰(zhàn)斗機來擔負伙伴加油任務(wù)。比如，作為美國海軍中首支實戰(zhàn)化部署的“超級大黃蜂”戰(zhàn)斗機中隊，VFA-115中隊在開戰(zhàn)的2003年3月21日至4月9日期間飛行了623架次，其中的216架次就是執(zhí)行伙伴加油任務(wù)。

美國海軍使用“超級大黃蜂”來進行伙伴加油，的確帶來了很大的自主性靈活性、減少了對美國空軍加油機平臺的依賴，但這又是一種對稀缺高價值平臺的“浪費”。一方面“超級大黃蜂”在執(zhí)行伙伴加油任務(wù)時只攜帶基本的自衛(wèi)武器，沒有執(zhí)行攻擊任務(wù)的能力：另一方面在于執(zhí)行這類任務(wù)對寶貴的艦載機飛行員來說也是有些“大材小用”了。

無人機，美國海軍加油機的新選項

正是基于這種巨大需求與現(xiàn)實瓶頸，美國海軍正在推進“艦載空中加油系統(tǒng)”（CBARS）。2021年6月，美國海軍宣布波音公司的MQ-25“黃貂魚”艦載無人加油機T-1原型機成功對一架F/A-18F“超級大黃蜂”進行了空中加油試驗。這是史上首次無人機對有人機實施的空中加油作業(yè)，而按照計劃MQ-25也將成為首型實戰(zhàn)化部署的艦載無人加油機。

執(zhí)行這類伙伴加油任務(wù)還只是MQ-25“黃貂魚”無人機的第一步，未來隨著該平臺的成熟，任務(wù)載荷也將更為靈活，比如電子戰(zhàn)、偵察、對海攻擊等

未來美國海軍通過MQ-25無人機對“超級大黃蜂”、F-35C、E-2D“鷹眼”等有人機實施空中加油，將帶來航母艦載機聯(lián)隊作戰(zhàn)半徑、靈活性、任務(wù)能力上的全面提升，發(fā)揮著“力量倍增器”的作用。而且，MQ-25一舉將艦載戰(zhàn)斗機聯(lián)隊中的“超級大黃蜂”等戰(zhàn)斗機從過去的“伙伴加油機”角色中徹底解放出來，這變相增強了艦載戰(zhàn)斗機聯(lián)隊中的戰(zhàn)機出動數(shù)量和整體作戰(zhàn)能力。

按照美國海軍對艦載空中加油系統(tǒng)的要求，MQ-25能夠?qū)⒓s6800千克（1.5萬磅）燃料運送到距離航母平臺約930千米（500海里）處，通過對2架F-35C或“超級大黃蜂”空中加油來為它們增加555千米（300海里）的作戰(zhàn)半徑，這意味著幾乎能將目前“超級大黃蜂”的有效作戰(zhàn)半徑（未加油）翻一番。

新一代加油機的一些新變化

相較于KC-135時代標志性的機尾加油員艙室，作為新一代空中加油機的代表，KC-46和A330 MRTT上的加油員不再是目視操作，而是通過高清立體攝像頭、控制臺上高分辨率環(huán)抱式顯示器與佩戴3D眼鏡的組合來徹底替代肉眼，席位也可以設(shè)置在機上一個相對舒適的位置。

空客公司還更進一步在2018年提出了A3R概念，即“自動空對空加油系統(tǒng)”（Automatic Air-to-Air Refuelling，A3R），旨在開發(fā)一種減少加油機上硬管操作員的工作量、降低操作難度、提高安全性和更快更有效地空中傳輸燃料的新方法。2020年4月，配備了A3R系統(tǒng)的空客A310 MRTT在大西洋上空對葡萄牙空軍的F-16戰(zhàn)斗機進行了首次全自動空中加油試驗。

KC-135這一代加油機在進行夜間加油作業(yè)時，為了加油員的目視操作需要開燈照明，這可能會暴露編隊的行蹤，影響生存性。而通過光學(xué)系統(tǒng)來取代目視，KC-46和A330 MRTT等加油機具備了在完全無光的夜間加油的能力

從過去的直觀目視改為圖中這般的光學(xué)系統(tǒng)，加油員們還是要有一段適應(yīng)、學(xué)習的時間。而過去幾年里，美國空軍新加油機KC-46身上的爭議所在，就是這套系統(tǒng)的硬件設(shè)備和軟件等方面存在的或大或小問題

2020年4月，空客公司完成了全球首次自動空對空空中加油試驗

試驗中全自動空中加油系統(tǒng)在被加油員激活后，系統(tǒng)就會自動控制飛桁，將飛桁與受油機間的對準精度保持在幾厘米之間;系統(tǒng)實時監(jiān)控對準精度是否合適、受油機是否飛行平穩(wěn)：時刻保持飛桁與受油機之間的安全距離，并測定內(nèi)管伸出的最佳時機;在成功對接、完成加油后，系統(tǒng)收回內(nèi)管和飛桁，編隊脫離。整個過程加油員僅需簡單操作和監(jiān)控即可。

今年5月，空客公司宣布已與新加坡空軍、新加坡國防科技局聯(lián)合進行了A330 MRTT加油機對新加坡空軍的另一架A330 MRTT，以及F-16和F-15SG戰(zhàn)斗機等機型的全自動空中加油試驗?！巴ㄟ^使用不同類型的受油機平臺來測試我們的系統(tǒng)，以確保系統(tǒng)的正確匹配，同時收集大量數(shù)據(jù)，測試系統(tǒng)的極限，以完成A3R系統(tǒng)的開發(fā)。”

過去20年來，美國NASA也主導(dǎo)了諸多“自動空中加油項目”（Automated Aerial Refueling，AAR），比如在F/A-18戰(zhàn)斗機和RQ-4“全球鷹”無人機平臺上進行過的軟管自主空中加油測試（對接后未加油），以及將這些積累用于測試X-47B無人機。

今年5月空客與新加坡展開的全自動空中加油試驗，試驗中總共完成了88次全自動干濕加油（“干”即對接后未加油，“濕”即對接后加油），傳輸了近30噸燃料

美國在F/A-18戰(zhàn)斗機上進行軟管自主空中加油測試

美國空軍新裝備的搜救直升機HH-60W，專為在敵方空域搜索、定位和救援己方飛行員而設(shè)計，具備空中加油能力是其性能之必需，圖中為它與HC-130J加油機對接加油

今年4月，A400M與法國H225M直升機成功進行了空中加油試驗，測試的成功一舉將H225M的留空時間延長到10個小時

直升機空中加油技術(shù)，掌握者寥寥無幾

直升機的空中加油技術(shù)，更是為少之又少的國家所掌握。直升機空中加油，一個基本的技術(shù)難題便是，螺旋槳飛機與直升機平臺在加油過程中的速度匹配，以及作為旋翼飛行器在空中對接的過程中所面臨的高風險點，如受油機的旋翼與加油機錐套發(fā)生碰撞、錐套和探頭無法脫離，并由此造成的加油軟管被切斷、燃油噴濺乃至發(fā)生墜機等嚴重事故。

直升機空中加油主要用于戰(zhàn)場搜救等特種作戰(zhàn)任務(wù)，此時直升機需要進入敵方領(lǐng)空領(lǐng)土，空中加油可以增加其留空時間、航程范圍，提高任務(wù)的靈活性，也保證了直升機能夠安全返回。目前世界上僅有美國、法國等屈指可數(shù)的幾個國家具備直升機空中加油能力。 [編輯/山水]