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中美空中加油差距大:數量差57倍 中國可能沒摸透硬管加油技術

1917年,沙俄海軍飛行員亞歷山大·塞維爾斯基提出了空中加油概念,十月革命後,亞歷山大塞維爾斯基移居美國並申請了空中加油的第一個專利。然而,這貨在申請這個專利後移居美國後卻什麼都沒做。誰能知道人類歷史上第一次空中加油居然被一個玩雜技的人給完成了…….1921年11月12日,空中雜技演員維斯里·梅把一桶航空汽油綁在腰上從一架飛行中的林肯「標準」飛機,爬上另一架飛行中的JN-4飛機,然後擰開加油蓋就拿著油桶往裡面灌......



中美空中加油差距大:數量差57倍 中國可能沒摸透硬管加油技術


圖示:早期的空中加油


到了1923年4月20日,真正的空中加油試驗終於在美國陸軍航空隊於加利福尼亞的聖地亞哥洛克威爾機場進行,兩架DH-4B雙翼機其中一架作為加油機,另一架作為受油機。加油機在空中放出一根加油軟管,受油機上一個人爬出座艙,徒手在空中抓住受到氣流到處飛舞的油管,最後再進行加油。試驗進行到1923年8月,美國陸軍的DH-4B創造了37小時的留空記錄。但此時的空中加油幾乎仍無技術性可言。另外,空中加油和留空時間記錄成了航空冒險家們的嗜好。到了1930年7月,最高紀錄達到了647.5小時,也就是整整27天飛行員吃喝拉撒都在飛機上......(也許你可以容忍在狹小的機艙內休息、吃飯,但上廁所,這就尷尬了......)


在此期間,英國皇家空軍的理查德·阿徹利少校開始研究一種更高效,更安全的方法進行空中加油。他提出讓受油機在空中平穩的前飛,尾後拖一根導索,導索末端有一個配重,使得導索在空中能夠穩定在一個位置;加油機也拖一根導索,並且也加上配重,成一定角度從受油機的一側飛往另一側,使兩根導索在空中交會掛住,然後受油機把導索拉進來,把加油機的加油軟管拖進受油機,開始輸油。此後,隨著技術成熟,油管的末端又加上了圓錐形套籠,既增加了加油管在空中的穩定性,又便於受油機的加油探頭穩定準確的插入油管。


但十分可惜,空中加油技術最開始並沒有在軍事領域發揮作用,而是在民航發揚光大。1934年,英國人阿倫·科巴姆創立了空中加油公司(FlightRefuelingLimited,簡稱FRL)意欲通過空中加油,使民航客機達到超遠程飛行,要知道FRL至今仍是空中加油領域無可爭辯的權威。自第一次空中加油出現後,各國軍方都將這項技術「束之高閣」,直到二戰後噴氣式戰機的迅速發展,空中加油技術才「重獲新生。

1949年,真正的浮錨式空中加油技術(也就是我們常說的軟管加油技術)問世。採用這種方式進行空中加油,受油機的設備非常簡單,只需要在機首或機翼前緣裝一根固定或者可伸縮的受油管即可。而加油機的一套加油設備則由絞盤、一條22至30米長的軟管和一個漏斗式的浮錨所組成。浮錨成漏斗狀,且重量輕,上面裝有機械自鎖結構。當受油管伸進浮錨後,浮錨上的機構自動鎖緊受油管扣使之與輸油軟管相銜接,軟管則由絞盤控制放出和回收。



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圖示:現實中是不可能這樣進行空中加油的,圖為網友用模擬器惡搞


軟管(浮錨式)加油系統經過逐步改進,性能不斷提高,其優點是一架大型加油機上可以布置數套加油設備,並且可以同時給幾架戰機加油。由於加油機與受油機之間進行相對運動,採用具有柔性的軟管銜接安全性好。但其也有缺點,當大氣氣流相當敏感時,銜接困難,對飛行員的操作技術要求高,從而增加對接難度;其次,軟管式加油輸油速度慢,即使氣流相對平穩時最高也僅約為每分鐘1500升左右(軟管受到氣流會變形,從而影響加油效率),因此給大型軍機加油需要耗費較長的作業時間。目前美國海軍與世界上的絕大多數空軍都採用軟管(浮錨式)加油技術來為自己的軍機進行空中加油。操作機種有洛馬公司的S-3B、洛馬公司的KC-130、波音公司的707-200等。

由於軟管(浮錨式)加油技術加油速度慢,擁有較多大型、重型軍機的美軍急需解決的辦法。就在軟管(浮錨式)加油技術定型後不久,1949年12月美國波音研製成功了伸縮桁桿式加油設備,也就是我們常說的硬式加油設備(飛桁式)。在加油機的尾部裝有一具由兩截可伸縮的剛性伸縮管所組成的加油桁桿與操作人員控制艙,其結構與機尾結構合而為一,老版的技術是讓在控制艙的操作人員是趴著進行作業的,如今已經被電子遙控操作取代。加油桁桿平時為收起狀態,進行空中加油作業時再將其放下兵伸出。在加油桁桿的中間裝有一個V形操作面,後緣間的夾角約130度左右,V形操作面的作用類似於航空器的升降舵,操縱它可使加油桁桿在一定範圍內移動。比如,美國KC-135加油機上的飛桁式(硬管)加油設備,其內管的伸縮距離為6米,上下活動範圍各為54度角,橫向活動範圍為34度角,並且由專職的加油操作人員進行操作。



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圖示:硬管加油技術


採用硬管(伸縮桁桿式)加油設備,輸油速度可達每分鐘4000至6000升,是軟管技術輸油速度的至少70%到4倍。另外,因為輸油管是剛性桿,所以對空氣亂流不大敏感,並且有銜接操作方便的優點,還減少了受油機飛行員的操作壓力。但其也有缺點,比如一次只能給一架戰機進行加油,通用性差,另外硬管加油設備重量大,需要使用專門改裝的飛機。硬管加油機的硬性連接對連接點的緩衝要求很高,必須採取特殊措施,保證連接點不會因為氣流或者其他意外斷開。對接要求也非常,比如那根如黃蜂尾刺一般的加油管需要操作員進行操作,對準。把一根長長的杆子插進一個幾米外的小孔,這個難度不是一點點,但在計算機技術突飛猛進的今天,這個問題已經得到了和好的解決。目前,美國空軍大部分戰機都是用這種方式進行空中加油,操作機種有波音公司的KC-135E/R與KC-10。另外還有義大利、日本等也有KC-767加油機,進行硬管空中加油。


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圖示:義大利裝備的KC-767,同時具備硬管與軟管兩種加油系統


還有一些特殊的加油機,就拿美國空軍的KC-135為例,其加油桁桿尾端發展除了一套漏斗式浮錨加油軟管改裝套件,使其可以因任務性質而改裝,從而可進行硬管和軟管兩種方式加油;另外,美國的KC-10也可以因任務性質,而在機尾加油桁桿結構處布置了兩套管線。最具特色的當屬義大利的KC-767,因義大利屬於北約成員國,不但需要為自己本國的颱風戰機進行軟管加油,還要為美國空軍的戰機進行硬管加油,由此義大利的KC-767居然可以同時進行硬管和軟管加油,具備了世界最強加油機。但是,義大利的加油機畢竟是從美國訂購的,美國不使用這種能夠執行硬管和軟管加油任務的加油機是因為這兩種加油他自己都足夠用。而且,就加油機來說全球的加油機也就上千架,擁有加油機的國家也連20個都不到。其中就數量而言,美國的加油機總數佔據了全球加油機數量的四分之三。幾乎是中國加油機數量的57倍!這不僅僅是美國全球戰略的產物,更是國家綜合實力的差距。

蘇俄的空中加油系統與美國海軍和英國使用的軟管加油系統並無大異,但蘇俄好像沒有在硬管加油技術上做過任何努力,具體原因至今都不清楚。但蘇俄的主力空中加油機伊爾78卻非常有特色,伊爾78由伊爾76改裝而來,除了固定安裝用於空中加油的外掛加油短艙外,還在機艙內安裝了油箱,供空中加油之用。機尾的尾門和機艙內貨物裝載系統得到保留,如果需要可以很輕鬆的將機艙內的額外油箱快速拆除,把伊爾78變回伊爾76進行貨運運輸。但是在實際應用中,幾乎沒有將伊爾-78變回貨運飛機的情況,因為加油機遠比運輸機短缺,保留貨運能力而損失的載油量是得不償失的。伊爾78在後來繼續進行改進,發展為伊爾-78M,機尾的尾門、裝卸跳板和機內所有的裝載系統都被拆除,以增載入油量。



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圖示:中國殲-20戰機伸出受油管


中國在加油機相關技術起步較晚,到了轟6入役後才開始研製,1990年才完成首架轟油6加油機。由於轟油6載油量過少、加油吊艙與加油管與自己裝備的蘇-30不兼容等原因,於是從烏克蘭訂購了3架伊爾78空中加油機。伊爾-78標誌著人民解放軍空軍的空中加油能力大大提高。烏克蘭的伊爾-78M能夠向受油機輸送105720公斤燃料,遠超中國空軍現役的轟油-6空中加油機。但伊爾78的數量太少,中國的空中加油力量還需要加快腳步才能追上世界的步伐。就拿殲20戰機來說,目前報出的信息,其仍然使用軟管加油技術,說明中國很有可能仍無法摸透硬管加油技術。


現代戰爭中,空中加油機發揮了重要作用,他可以增加受油機的航程、留空時間,從而增加己方空中力量的作戰能力。要知道,空中加油對於任何一款戰機來說都是最困難的任務之一。那麼如今戰機需要進行空中加油都需要那些步驟呢?


首先,受油機需要從AWACS系統(空中預警與控制系統)獲得加油機的位置。隨後受油機打開雷達,激活搜索模式找到加油機並鎖定他,來獲得加油機的距離、高度和速度。以上這兩個步驟是使用軟管加油,還是硬管加油都必須進行的步驟。而在第3步,這兩種加油方法會有差別。



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圖示:SU-33戰機的HUD,可見其準備進行空中加油


比如,我們就拿使用軟管加油技術的蘇33來說,獲得了加油機的距離、高度、速度後要飛行到加油機的5公里內,高度與加油機保持相同,然後受油機伸出受油管。當SU-33距離加油機1.2公里時,他的HUD上會出現加油機的速度和高度指示,這時飛行員就可以得到提示,選擇加油機提示的加油位置,伊爾-78就會伸出帶有錐套的軟性輸油管,當飛行員選擇了加油機上加油的位置,就要保持HUD上的操作環居中並飛向軟性輸油管的錐套,並啟動自動飛行模式中的高度保持。最後,當SU-33保持好高度,距離加油機50米時,需要比加油機快2-5km/h,這時飛行員只要啟動自動油門功能,保證SU-33與加油機以相同速度飛行並準確銜接上輸油管,空中加油就可以等待加油完畢了。當加油完成,SU-33的飛行員僅需將油門推到慢車位,斷開自動飛行和自動油門,平穩的脫離軟性輸油管錐套,並轉離加油機,這次空中加油就完成了。



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圖示:F-15C準備進行空中加油,可看到KC-10加油機伸出了硬性加油管


我們再用使用硬管加油的F-15來說,當飛行員通過AWACS系統找到並鎖定加油機後,獲得了加油機的距離、高度、速度後要操縱飛機到加油機後方3.2公里內。然後打開受油口,當距離加油機1.6公里內時F-15會切換到加油模式,同時F-15的HUD上會出現指示,引導飛行員調整位置,加油機也會深處硬性加油桁桿。此時,F-15飛行員要稍微下降到加油機下方30英尺,啟動自動飛行中的高度保持,當距離加油機60米時要確保速度比加油機快上2-5節,然後啟動自動油門功能,這時F-15的飛行員只需要等待加油機上的加油操作員吧硬性輸油管插入F-15的受油口了。一旦硬性輸油管與F-15的受油口銜接完畢,F-15就會自動激活自動飛行功能,飛行員只需要等待加油完畢即可。當加油結束時,同樣飛行員要將油門推到慢車位,再關閉自動飛行和自動油門,脫離硬性輸油桿,關閉受油口,最後轉離加油機,一次空中加油就算完成了。

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