中国的空中加油技术(空中加油机技术)

西咸

Truss 空中换料系统-硬管换料

1950年，波音公司推出了飞桁式空中加油系统（Fly Boom），并马上取代了KB-29上以前使用的探管-锥套式空中加油系统（Probe-and-drogue system），这就是KB-29P加油机。与此同时，波音公司在旗下的C-97“同温层货机”的基础上改装出了KC-97加油机。但在战后的喷气式时代，螺旋桨发动机的KC-97显然飞得太慢，已落伍于航空新时代了，由此波音又很快在波音367-80原型机基础上推出了喷气动力的KC-135“同温层加油机”。半个多世纪后的今天，KC-135与作为其补充的KC-10加油机依旧是美国空军的主力加油机，也正在由KC-46“飞马”来接替。

螺旋桨加油机与喷气式受油机间的速度相差较大，K0-97的巡航速度只有370千米/小时，而亚声速、超音速的战斗机在空中加油中的“减速”，一度有接近失速的危险。所以，图中这般加油作业场景，还是要感叹下飞行员的技术1950年，波音公司推出了飞杆，它立即取代了以前在KB-29上使用的探头锥管系统。这是KB-29P加油机。同时，波音公司在其C-97同温层货机的基础上改装了KC-97加油机。但在战后的喷气式时代，螺旋桨发动机的KC-97显然飞得太慢，已经落后于新时代的航空空。因此，波音公司迅速推出了基于波音367-80原型的喷气式KC-135“平流层加油机”。半个多世纪后的今天，KC-135和作为其补充的KC-10加油机仍然是美国空陆军的主力加油机，并且正在被KC-46飞马取代。加油机和受油机的速度差别很大。K0-97的巡航速度只有370 km/h，而亚音速和超音速战斗机在空加油时的“减速”一度有失速的危险。所以在图中这个加油操作场景，还是要感叹一下飞行员的功力。

KC-135的“飞桁”，由内外两根刚性管嵌套伸缩构成，内管在外观上有鲜明的绿黄橙红颜色标识KC-135的“飞行桁架”由两个嵌套伸缩的刚性管组成，内管在外观上有明亮的绿、黄、橙、红四色标志。

飞桁式空中加油系统，之所以如此命名，是因其在加油套管的外部装有V型或H型的气动控制舵翼，用来供加油员精准控制、调整姿态。这套空中加油系统的核心设备是平时在机身中线、后机腹部收起的刚性加油套管（由此得名“硬管加油”）。它由内外两根刚性管嵌套伸缩构成，外管通过铰链机构与机腹连接，上面装有舵翼，内管能沿管轴伸缩，这样的伸缩结构在加油过程中也能起到缓冲、减震的作用。为了在加油过程中“修正”两机在安全距离上的远或近，在内管上还涂有绿、黄、橙、红直观的标识颜色。

KB-29P的“飞桁”操作员坐在过去B-29轰炸机的尾炮手位置。KB-29K上的第一代“飞桁”，外观上是“原生态”的圆柱形，不像后来的有一定气动修型处理桁架式空中间加油系统之所以这样命名，是因为它在加油套筒外装有V形或H形的气动控制舵翼，供加油人员用来精确控制和调整姿态。本空中加油系统的核心设备是刚性加油套管(因此得名“硬管加油”)，通常折叠在机身中心线和后腹部。它由两个刚性管组成，一个内管和一个外管，它们嵌套和伸缩。外管通过铰链机构与发动机的机腹相连，舵翼安装在上面。内管可以沿管轴线伸缩，这种伸缩结构还可以在加油时起到缓冲减震的作用。为了在加油时将两台发动机的距离“修正”在安全距离，内管还涂上了绿、黄、橙、红四种视觉识别色。KB-29P的“飞行桁架”操作员坐在过去B-29轰炸机尾炮手的位置上。KB-29K上的第一代“飞行桁架”在外观上是“原始”的圆柱形，不像后来的那些有一些气动修改。

硬管加油的过程简单描述如下:受油机只需在加油机机腹后部下方(即“空”中的加油飞行包线内)与加油机编队飞行，加油机上的加油员就会控制“飞桁”向下向后伸展(以KC-135上的“飞桁”为例，其上下运动范围为0 ~ 53。左右为+/-33.80)，对准受油器的受油槽顶部，然后伸出内管插入槽内，完成对接，开始加油操作。加油后内管断开收回，受油器减速飞离加油点。

硬管加油的优点一般有:刚性材料制成的加油套管在加油过程中受阵风、湍流等因素的影响较小，在加油过程中不会产生太大的变形；与软管加油相比，内管的直径比软管的直径大，所以可以相对较快地加油；硬管加油的对接过程主要由加油机上的专门加油人员完成，大大降低了受油机飞行员的操作难度，一定程度上节约了飞行员的培训成本。从未来技术发展来看，硬管加油系统更容易引入自动控制系统，实现加油过程的全自动化。

硬管加油过程中加油机与受油机的刚性对接，也意味着两机在整个过程中必须相对静止，这就要求控制精度很高，要始终保持在“空加油飞行包线内”。否则，稍有偏差就可能导致飞桁架与受油机发生碰撞而损坏，或严重事故导致空发生碰撞，机毁人亡。探针-锥套式空中间加油系统-软管加油

探管一锥套式空中加油系统的“软管加油”过程，相对“硬管加油”而言，主动权更多是在受油机的飞行员手中。从加油机的翼下软管加油吊舱中释放出的柔性软管，拖着帆布或者橡胶制成的锥套，后者能在一定程度上起到对软管的稳定作用，也利于受油机的加油探头与加油软管的空中对接。

在KC-135和KC-10加油机平台上，加油员都是在机尾处通过视野开阔的舷窗目视观察，并控制“飞桁”进行加油作业。不过两者的加油员席位差异明显，前者是“卧席”，作业中要趴着（上图），后者则是“坐席”。下图为受油机视角探索管-锥-套式空加油系统的“软管加油”过程，与“硬管加油”相比，主动权更多掌握在受油机的飞行员手中。加油机机翼软管加油吊舱释放的柔性软管拖着一个帆布或橡胶制成的锥套，可以在一定程度上稳定软管，也有利于受油机加油探头与加油软管的空对接。在KC-135和KC-10加油机的平台上，加油员通过视野开阔的舷窗目视加油机尾部，控制“飞行桁架”加油。但是，两个加油员的座位有明显的区别。前者是“躺椅”，后者是“坐椅”。下图是受油器的透视图。

1966年1月17日，KC-135和8-52G在空中加油时，发生了“飞桁”撞击B-52机身顶部、造成两机坠毁的严重事故。这场空难之所以屡屡提及，还因为这是场“断箭”事故，轰炸机上的4枚B28核弹在事故中跌落，造成了一定范围的放射性污染1966年1月17日，KC-135和8-52G在空加油时，发生了“飞桁”撞到B-52机身顶部，导致两架飞机坠毁的严重事故。空灾难之所以被反复提及，是因为它是一次“断箭”事故，轰炸机上的4枚B28核弹掉落，造成了一定范围的放射性污染。

在硬管加油过程中，受油机被加油机的“飞桁”剐蹭磕碰等小状况是时有发生的硬管加油过程中，受油器被加油机“飞桁”撞上等小情况时有发生。

但由于加油机机翼后面的涡流，锥套会随着气流摆动，加油机从加油机的后下部慢慢靠近并停靠，就像拿着一根长针穿过不稳定的针眼。操作一定要轻柔，慢慢靠近，特别是末端距离几十厘米时，两机相对速度要保持小于成人的行走速度(2节左右)。

如果相对速度过高，对接接头上的瞬时加油探头会破坏软管和锥套的相对稳定状态，甚至会引起鞭打，变成鞭子在空中挥舞。比如有一次事故，锥套直接砸碎了受油器的驾驶舱玻璃。但是，如果相对速度太小，则不能保证加油探头和加油软管之间的牢固连接。

不使用时，加油系统中的软管缠绕在软管缠绕装置(HDU)上，软管和锥套完全卷入HDU，使用时再松开。在加油过程中，当受油机相对加油机来回移动时，软管会在HDU的绞车电机控制下伸缩，类似于硬管加油过程中靠内管的伸缩使两机保持一定的安全距离。软管盒上还有一个彩色警告标志。通常，绿灯表示操作开始。如果软管被受油器推入或拉出太远(即两机距离太近或太远)，燃油输送将立即被切断，黄灯亮:如果红灯亮，加油操作将紧急终止，受油器将立即分离。

软管加油技术是一项非常成熟的技术，可以借助吊舱集成到各种型号的飞机上，这也是战斗机之间加油伙伴的技术前提。软管吊舱与一些常见的电子吊舱类似，在头部装有ram 空燃气轮机，独立发电，为系统提供电力和液压动力。硬管加油和软管加油的区别

在加油速度的对比上，硬管加油是每分钟2 722千克的燃料输送速度，而软管加油每分钟在680-907千克左右。但前者的明显优势，是相对于轰炸机、运输机等大型平台来说的，对于作为“数量最多的受油机平台”的战斗机而言，它是承受不了这般高速加油的。战斗机的每分钟受油能力在454～1361千克，因此在给战斗机空中加油时，硬管加油的加油速度快这一主要优势是无法发挥的，与软管相比并无过多长处可言。

软管加油多被描述为一根长针穿过不稳定的针眼在加油速度的比较中，硬管加油的输油速度为2722kg/min，而软管加油的输油速度约为680-907kg/min。但前者的明显优势是相对于轰炸机、运输机等大型平台而言的。至于“受油平台数量最多”的战斗机，承受不了这样的高速加油。战斗机的受油量是每分钟454 ~ 1361kg，所以在给战斗机空加油时，硬管加油的加油速度快的主要优势无法发挥出来，与软管相比并没有太多优势。软管加油通常被描述为一根长针穿过一个不稳定的针眼。

软管加油更依赖受油机飞行员的操纵技术，技术不佳的新手飞行员在加油时发生意外折断锥套的事情也不奇怪。这也是一种保护措施，第一时间避免了进一步损伤加、受油机的其它结构加油更依赖受油机飞行员的操纵技术，技术差的新手飞行员在加油时不小心弄断锥套也不足为奇。这也是一种保护措施，可以在第一时间避免给受油器的其他结构造成进一步的损伤。

美国海军航母舰载机上用来伙伴加油的软管加油吊舱，上图为软管-锥套部分，下图为软管卷扬装置美国海军航母舰载机上用于伙伴加油的软管加油吊舱。上图为软管-锥套部分，下图为软管提升装置。

有些奇异的接替式“伙伴加油”场面，KA-6“入侵者”正在给A-7“海盗”Ⅱ攻击机加油，后者又在给一架F-4“鬼怪”战斗机加油有一些奇怪的“伙伴加油”场景，其中卡-6“入侵者”正在为A-7“维京”II攻击机加油，后者正在为一架F-4“幽灵”战斗机加油。

在最近试飞的MQ-25“黄貂鱼”身上，翼下挂载的软管加油吊舱可见首部飞转的冲压空气涡轮（也被称为“小老鼠”），它是军民机上必不可少的、最后的应急供电手段在最近测试的MQ-25黄貂鱼上，从安装在机翼下的软管加油吊舱中可以看到第一个飞行冲压发动机空燃气轮机(也叫“鼠标”)，这是军用和民用飞机不可或缺的、最后的应急供电手段。

米格-29的伙伴加油和图-160的软管加油。对于前者而言，软管与硬管在加油速度上差异不大，但对于后者这样的大型平台来说，软管加油就显得有点不够一口气解渴了加油，米格-29的搭档，图-160的软管。对于前者来说，软管和硬管在加油速度上差别不大，但对于后者这样的大型平台来说，软管加油似乎有点不足以一口气解渴。

2017年底，西班牙国防部发布的F/A-18“大黄蜂”参与A400M加油机认证测试，其中包括同时给2架战斗机加油2017年底，西班牙国防部发布的F/A-18“大黄蜂”参与了A400M加油机的认证测试，测试内容包括同时为两架战机加油。

软管加油技术虽然对受油机飞行员的技术要求很高，但有一个明显的优势，就是可以同时为两架战机加油，所以理论上一架战机的加油时间可以减少75%左右。加油时间减少，这反过来将使油轮能够在相同的时间内为更多的受油器加油。同时，通过缩短加油机或受油机停留的时间，减少了两个平台在加油过程中的燃料消耗，这意味着更多的燃料将用于作战任务。

正如美军的一些演示报告中所讨论的:KC-135在战斗机加油时每分钟燃烧超过91公斤(200磅)的燃料。通过将空中的加油时间从40分钟减少到10分钟(减少75%的时间)，可以节省大约2，722千克(6，000磅)的燃油，一组4

但也有对上述论文计算的反驳，称加油员给受油器硬管加油的全过程耗时更少，比软管加油时受油器飞行员的“长针穿刺”操作少33% ~ 50%。最后，用硬管给加油机加油还有一个好处，就是前者比软管更灵活。采用飞桁的加油机可以通过改变自适应探头锥加油系统或在机翼下悬挂加油吊舱来获得软管加油能力，而采用软管加油系统的加油机则无法实现如此灵活的转换。这种“向后兼容”的能力也体现在“加油速度”上。硬管加油可以降低加油速度以满足战斗机的加油需求，而采用软管加油的加油机在给轰炸机、运输机等大型飞机加油时，无法提高加油速度。

KC-135从硬管加油机变身为软管加油机，一种是在飞桁上转接适配探管-锥套加油系统（上图），另一种则是同时保留硬管和软管加油能力的在翼下挂上软管加油吊舱（下图）KC-135由硬管加油机改为软管加油机。一种是在飞桁上改装探针锥加油系统(上图)，另一种是在机翼下悬挂软管加油吊舱(下图)，同时保留硬管和软管的加油能力。

美国空军的KC-135加油机，飞桁在转接适配探管-锥套加油系统后，为法国空军的“幻影”2000进行软管加油美军空军的KC-135加油机，在改用自适应探头-锥套加油系统后，为法军空军的幻影2000软管加油。

半个世纪前不论是C-5（上）还是DC-10，都曾有三路硬管加油的设想。而未来随着采用联翼、翼身融合气动布局（翼尖就不易出现颤振）大型平台的出现，这种设想有了成型的可能性，如洛马的多个隐身加油机概念图中都有类似技术方案（下）半个世纪前，C-5(第一部分)和DC-10都有三通硬管加油的想法。但未来随着翼身一体化气动布局(翼尖不易颤振)的大型平台的出现，这种想法有了成型的可能。比如洛马(下)的很多隐形加油机概念图中都有类似的技术方案。

对于软管加油同时为两架战机加油的能力，曾经设想过硬管加油的设想:在两个机翼的翼尖附近安装两套硬管加油装置，提高加油效率。但在实际飞行中，靠近翼尖的位置是容易发生颤振的区域，对硬管加油的稳定性和安全性造成严重影响。所以这个方案一直停留在绘图思路上。多加油，还是让美海军航空兵空士兵缺油？

美籍华人空军机使用硬管加油，美国海军和海军陆战队使用软管加油。美国空陆军对后者的承诺是在空中加强合作并提供加油支持，最后的实际行动是在KC-135和KC-10空加油机上安装MPRS(多点加油系统)，以便空陆军的加油机

但多少有些“口惠而实不至”，长期以来美国海军/海军陆战队的战机都面临着空中加油力量不足的压力。就像在“持久自由行动”中，执行对阿富汗“塔利班”空地打击任务的美国海军/海军陆战队的飞行员们就一度抱怨缺少来自美国空军加油机的支持，反倒是英国皇家空军的6架VC-10加油机成为战场上空的“天赐之物”“沉默的英雄”。

翼下挂装软管加油吊舱的KC-135，为英国空军“狂风”战斗机加油但是，多少有些“嘴皮子功夫”。长期以来，美国海军/海军陆战队的战斗机在空都面临着加油力量不足的压力。就像在《持久自由行动》中，在阿富汗执行攻击塔利班空任务的美国海军/海军陆战队飞行员曾经抱怨缺乏美军空军用加油机的支援。反而是英国皇家空军的6架VC-10加油机在战场上变成了空。KC-135在下翼装有软管加油吊舱，为英国空陆军“风暴”战斗机加油。

VFA-115中队的F/A-18E“超级大黄蜂”正在对电子攻击中队VAQ-141中队的E/A-18G“咆哮者”进行伙伴加油VFA-115中队的F/A-18E超级大黄蜂正在为VAQ-141中队的E/A-18G咆哮者加油。

E-2预警机家族直到E-2D“先进鹰眼”出现后才具备了空中加油能力，第一次具备了留空超过7小时、可长时间执行空中预警和监视任务的能力。另外，照片中的KC-707加油机有些特殊，它并非来自美国军方，而是由私人承包商欧米加空中加油服务公司来运营E-2预警机家族直到E-2D“先进鹰眼”的出现才具备空中型加油能力。首次具备了在空停留7小时以上，长时间执行空中等预警和监视任务的能力。另外，照片中的KC-707加油机有些特殊。它并非来自美军，而是由私人承包商Omega 空中国加油服务公司运营。

在过去相当长一段时间，F-16战斗机都不具备软管加油能力，直到图中这种装备了加油探头的保形油箱系统的出现在过去相当长的一段时间里，F-16战斗机都不具备软管加油能力，直到图中出现了配备加油探头的保形油箱系统。

后来在伊拉克军事行动中，美国海军为了弥补自身空中加油力量的不足，开始频繁使用F/A-18E/F超级大黄蜂战斗机承担合作伙伴的加油任务。例如，作为美国海军部署的第一个超级大黄蜂战斗机中队，VFA-115中队从2003年3月21日到4月9日飞行了623架次，其中216次是合作伙伴的加油任务。

美国海军使用“超级大黄蜂”进行伙伴加油，确实带来了极大的自主性和灵活性，减少了对美军空军用加油机平台的依赖，但也是对稀缺高价值平台的浪费。一方面，“超级大黄蜂”在执行伙伴加油任务时只携带基本的自卫武器，没有执行攻击任务的能力；另一方面，对于有价值的舰载机飞行员来说，执行这样的任务有些“大材小用”。无人机，美国海军加油机的新选择

正是基于这种巨大需求与现实瓶颈，美国海军正在推进“舰载空中加油系统”（CBARS）。2021年6月，美国海军宣布波音公司的MQ-25“黄貂鱼”舰载无人加油机T-1原型机成功对一架F/A-18F“超级大黄蜂”进行了空中加油试验。这是史上首次无人机对有人机实施的空中加油作业，而按照计划MQ-25也将成为首型实战化部署的舰载无人加油机。

执行这类伙伴加油任务还只是MQ-25“黄貂鱼”无人机的第一步，未來随着该平台的成熟，任务载荷也将更为灵活，比如电子战、侦察、对海攻击等基于这种巨大的需求和现实的瓶颈，美国海军正在推进“舰载空中间加油系统”(CBARS)。2021年6月，美国海军宣布，波音公司的MQ-25“黄貂鱼”舰载无人加油机T-1原型机在一架F/A-18F“超级大黄蜂”上成功进行了空加油试验。这是空历史上无人机首次为有人机加油，而按照计划，MQ-25也将是第一种实战部署的舰载无人加油机。执行这种伙伴加油任务只是MQ-25黄貂鱼无人机的第一步。未来随着平台的成熟，任务载荷将更加灵活，如电子战、侦察、对海攻击等。

未来美国海军将通过MQ-25无人机为超级大黄蜂、F-35C、E-2D鹰眼等有人机加油，带来舰载机联队作战半径、灵活性和任务能力的全面提升，发挥“力量倍增器”的作用。而且MQ-25将舰载战斗机联队中的“超级大黄蜂”等战斗机从过去“伙伴加油机”的角色中彻底解放出来，变相增强了舰载战斗机联队中的战斗机出动数量和整体作战能力。

根据美国海军对舰载空加油系统的要求，MQ-25可以将大约6800公斤(15000磅)的燃油从航母的平台运输到大约930公里(500海里)的距离，为两架F-35c或超级大黄蜂空增加了555公里(300海里)的新一代加油机的一些新变化

与KC-135时代标志性的机尾加油舱相比，作为新一代空加油机的代表，KC-46和A330 MRTT上的加油机不再是目视操作，而是通过高清立体摄像头、控制台上的高分辨率拥抱显示器和佩戴3D眼镜的结合，完全取代了肉眼，座椅也可以设置在机上相对舒适的位置。

空客公司还更进一步在2018年提出了A3R概念，即“自动空对空加油系统”（Automatic Air-to-Air Refuelling，A3R），旨在开发一种减少加油机上硬管操作员的工作量、降低操作难度、提高安全性和更快更有效地空中传输燃料的新方法。2020年4月，配备了A3R系统的空客A310 MRTT在大西洋上空对葡萄牙空军的F-16战斗机进行了首次全自动空中加油试验。

KC-135这一代加油机在进行夜间加油作业时，为了加油员的目视操作需要开灯照明，这可能会暴露编队的行踪，影响生存性。而通过光学系统来取代目视，KC-46和A330 MRTT等加油机具备了在完全无光的夜间加油的能力空客户公司在2018年进一步提出了A3R概念，即“自动空对空加油系统”(A3R)，旨在开发一种自动加油系统，可以减轻加油机上硬管操作员的工作量，降低操作难度，提高安全性，并且越来越快。2020年4月，装备A3R系统的A310 MRTT在大西洋对葡空军的F-16战斗机进行了首次全自动空中途加油试验。KC-135加油机在夜间加油时，需要开灯进行加油机的目视操作，可能会暴露编队的行踪，影响生存能力。代替目视检查，KC-46和A330 MRTT加油机有能力在夜间无光加油。

從过去的直观目视改为图中这般的光学系统，加油员们还是要有一段适应、学习的时间。而过去几年里，美国空军新加油机KC-46身上的争议所在，就是这套系统的硬件设备和软件等方面存在的或大或小问题从过去的目测到图中所示的光学系统，涂油人还有一段时间的适应和学习。过去几年，美军空新型加油机KC-46的争议，在于这套系统的硬件和软件存在或大或小的问题。

2020年4月，空客公司完成了全球首次自动空对空空中加油试验2020年4月，空客运公司完成了空空的全球首次自动空加油测试

测试中，加油人员启动全自动空加油系统后，系统会自动控制飞桁架，使飞桁架与受油器之间的对准精度保持在几厘米以内；系统实时监控对中精度是否合适，受油器飞行是否平稳:飞行桁架与受油器之间始终保持安全距离，确定内管伸出的最佳时间；成功对接加油后，系统收回内管和飞桁，编队脱离。整个过程需要简单的操作和监控。

今年5月空客运公司宣布，在新加波空陆军的另一架A330 MRTT和F-16、F-15SG战斗机上，与A330 MRTT加油机联合进行了全自动空加油试验。“通过使用不同类型的接收机平台来测试我们的系统，以确保系统的正确匹配，同时收集大量数据并测试系统的极限，以完成A3R系统的开发。”

过去20年来，美国NASA也主导了诸多“自动空中加油项目”（Automated Aerial Refueling，AAR），比如在F/A-18战斗机和RQ-4“全球鹰”无人机平台上进行过的软管自主空中加油测试（对接后未加油），以及将这些积累用于测试X-47B无人机。

今年5月空客与新加坡展开的全自动空中加油试验，试验中总共完成了88次全自动干湿加油（“干”即对接后未加油，“湿”即对接后加油），传输了近30吨燃料过去20年，美国NASA也主导了很多“自动空中加油项目”(AAR)，比如在F/A-18战斗机和RQ-4全球鹰无人机平台上进行的软管自主加油试验[/K0/](对接后不加油)，以及这些的积累。今年5月，[/k0/]客专与新加坡开展了全自动空加油试验，共完成88次全自动湿式和干式加油(“干式”指对接后不加油，“湿式”指对接后加油)，运送燃油近30吨。

美国在F/A-18战斗机上进行软管自主空中加油测试软管autonomy 空的加油试验是在美国F/A-18战斗机上进行的。

美国空军新装备的搜救直升机HH-60W，专为在敌方空域搜索、定位和救援己方飞行员而设计，具备空中加油能力是其性能之必需，图中为它与HC-130J加油机对接加油HH-60W是美军空陆军新装备的搜救直升机，专门用于在敌方空领域搜索、定位和营救己方飞行员。其性能需要具备空中的加油能力。图为其与HC-130J加油机对接加油。