繁體簡體

解讀空中加油技術的發展與技術難點

華夏經緯網 > 軍事 > 兵器大觀 > 空戰      2024-04-12 14:22:05

前不久,歐洲空客防務與航太公司開展了無人機自主化空中加油技術飛行測試。測試飛行期間,A310MRTT加油機和Do-DT25無人機全程採用人工智慧和協作控制系統指揮,引起軍迷關注。

二戰以來,世界各軍事強國競相發展空中戰略打擊武器。空中加油機作為增大戰機航程、延長續航時間的關鍵利器,可以有效提升空軍遠端作戰能力。可以説,空中加油能力是現代空戰的制勝要素,其技術及配套設施的研發製造水準體現出一個國家航空工業發展水準。

目前,世界上僅有美、俄、中、英等少數國傢具備空中加油能力。那麼,空中加油技術經歷了怎樣發展?其技術難點有哪些?未來發展趨勢如何?請看本文解讀。

空中加油——

雲端上的“穿針引線”

■姜子晗 李偉 鐘永填

A330MRTT加油機給2架戰機進行空中加油。資料照片

軟式加油上演“長空之吻”

有人把空中加油技術比作“長空之吻”,那麼這項技術又是何時誕生的呢?

早在第一架飛機問世之初,人們就開始設想各種不落地的加油方式。1923年一個清晨,美國聖地亞哥灣上空,2架DH-4B飛機編隊飛行,前方加油機在空中放出一根10多米長的加油軟管,後方受油機飛行員迅速爬出座艙,抓住飛舞的油管,徒手完成了人類歷史上的首次空中加油。

10多年後,英國人發明出帶有配重的加油軟管,通過加油機和受油機兩根導索的牽引,將加油軟管拖入受油機,開創了軟式加油方式。不過,無論是人工拖拽還是空中挂鎖,油管與加油探頭的對接始終是航空設計師持續攻關的技術難題。

如何讓飛舞的軟管完成高空精準對接?各國航空設計師首先在“管口”上下功夫。英國皇家空軍理查德少校在軟管末端增加了圓錐形套籠,既能提升軟管對接穩定性,又便於受油機的加油探頭準確地插入油管。蘇聯試飛員伊戈爾則另辟蹊徑,採用翼尖對翼尖加油,以避開飛機前後近距離飛行時的不利氣流影響,降低空中對接難度。

在萬米高空進行空中加油要攻克以下3道技術難關:

響應關。如果將空中加油比作“放風箏”,那麼加油機必須拉緊軟管這根“風箏線”——控制軟管收放的絞盤要根據2架戰機的相對速度,實時調整轉速,既要避免鬆弛的軟管在氣流的作用下産生鞭甩情況,還要防止軟管拉力過大導致斷裂。

為了讓空中加油的軟管變得“剛柔並濟”,俄羅斯軍方在加油吊艙上增設了響應裝置,與收放裝置一體隨動,完美解決這一問題。響應裝置利用風門中的隨動渦輪測量風速,通過機械傳動實時調整收放裝置的傳動比,巧妙避開了電子控制的延遲性和低可靠性,實現加油軟管的收放自如。

拋放關。當加油軟管放出後不能正常收回,需要及時將軟管松脫拋放,避免意外撞擊事故。不少國家採用軟管切斷器,由人工啟動爆炸裝置驅動刀片切斷軟管。

然而,為實現軟管的應急剪斷,加油軟管放棄了可以增加強度的鋼絲編織層,只使用了尼龍編織層,軟管壽命受到影響,維護成本直線上升。因此,部分國外航空公司選用吊艙拋放裝置,整體拋放吊艙和軟管,無須剪斷軟管也不用改變軟管材質,既保證了戰機安全,又能有效降低成本。

增壓關。為高效進行輸油,空中加油吊艙通常設置有氣動油泵,由戰機螺旋槳帶動工作。在戰機飛行過程中,因為氣動力一直存在,油泵全時工作造成故障多發,部件更換頻繁。

如何實現油泵加壓的科學高效?俄羅斯研發出可關閉的涵道風扇式渦輪泵,通過內部活動錐頭的前後調整,形成環形涵道,控制迎面氣流進入後吹動渦輪轉動,帶動燃油泵對燃油進行增壓。在不進行加油任務時,渦輪不工作,吊艙維持在待命狀態,有效減少了渦輪泵的壽命消耗。

硬式加油實現“超級快充”

萬米高空,給一架F-22戰機加滿油需要多少時間?

KC-46加油機給出答案:3分鐘。身處危機四伏的空中戰場,戰機加油時間越短,生存概率越高。

為了實現“超級快充”,軟式加油的軟管經過多輪升級,從尼龍材料到鋼絲編織,再到複合材料,隨著軟管輸油壓力提升,諸多技術瓶頸難以突破。面對現實困難,不少國家科研機構研發了硬式加油系統,借助鋼結構實現高壓加油。

硬式加油是使用大口徑的固定伸縮管將油料泵入受油機,使其快速達到滿油狀態。相比軟式加油,硬式加油方案更為複雜,一般需要在加油機尾部安裝一個由兩截剛性伸縮管組成的加油桁桿,並增設操作人員控制艙。空中加油時,加油機伸出加油桁桿,待受油機接近時,由操作人員控制加油桁桿對準受油機加油孔,完成油管銜接。

因此,硬式加油系統亦稱“飛桁式加油”。歐洲最大的空中加油機空客A330MRTT就採用了這種方式,受油機無須追逐搖擺的加油軟管,而是交由加油機操作人員完成對接。空客公司還為該機安裝大功率增壓設備,輸油速度可達到每分鐘4540升,輕鬆實現高效加油。

收益與風險往往並存。在硬式加油作業流程中,飛行員和操作人員的配合被視為最危險的一個環節。空中加油時,加油機上的操作人員需要通過操縱輸油管上的V形小翼,帶動加油桁桿伸長或收回,直至與受油管銜接,其中複雜的操作工序不能有絲毫偏差。如果在連接過程中發生錯位,加油機則要重新更換輸油管,卡滯的輸油管還會造成機毀人亡的嚴重事故。

2018年,美國海軍一架F-18戰機在加油過程中與KC-130J加油機相撞,導致兩機墜毀,機組成員傷亡慘重。2019年,美國一架F-35C戰機在加油過程中與輸油管剮蹭,導致受油管的錐套損壞,零部件還被吸入了進氣口,造成發動機嚴重受損。

近年來,為達到“一桿進洞”的理想對接,空客公司在硬式加油自動對接技術上狠下苦功,成立自動化研究團隊,通過影像學技術自動識別兩機位置,利用智慧演算法精準操控加油桁桿,減輕了加油機操作人員的工作壓力。

值得一提的是,各軍事強國還在硬式加油的平臺改裝中加強氣動分析,盡可能提升加油桁桿的操控穩定性。以美國空軍KC-46A空中加油機為例,改裝波音767客機歷時8年之久,科研人員對加油機背景氣流場、受油機氣流干擾進行大量倣真計算,形成加油系統方案,並反覆進行改裝試驗,才最終通過驗收。

空中加油開啟自動模式

進入新世紀,越來越多軍事專家開始關注一個問題:隨著戰機與導彈系統迭代升級,加油機的能力是否跟得上武器裝備發展速度?

2017年,一架美國KC-135加油機在密西西比州利福勒縣發生墜毀事故。經調查,事故原因是操作人員經驗不足,導致戰機墜毀。

武器裝備再先進,人員依舊是戰鬥力建設的關鍵因素。一般培養1名合格的加油機飛行員需要經過5至6年的學習訓練,並在數名加油機教官的指導下,通過加油對接考核後,方可駕駛“空中油車”,要想成為加油機機長更是需要長達10多年的飛行經驗。

為此,各國軍方紛紛引入模擬訓練系統。通常每名美軍飛行員需要經過6次飛行任務才能掌握空中加油技術,每人費用開支為8萬美元。當與VR訓練系統結合使用時,任務數量可以減少到4次,每人費用開支也大幅縮減。

近年來,隨著資訊化技術快速發展,空中加油模式也持續迭代升級。2021年,國外某公司公佈了新研發的LMXT加油機方案。方案顯示,LMXT繼承了空客A330MRTT的全自動吊桿系統空對空加油能力,應用了電傳操作桿技術,且裝備了基於聯合全域指揮控制的開放架構系統。這種加油機方案,有利於更好地完成作戰任務,實現資源整合利用。

空中加油機資訊化程度提高,催生出無人加油機的誕生。前不久,美國波音公司宣佈,“黃貂魚”MQ-25艦載無人加油機將部署到航母上,無人加油機在空中保持定速飛行,空中加油可實現“即停即走”。

由此可見,無人加油機的出現將降低人工操作的風險,並對環境有更強的適應能力。未來,根據多樣化作戰任務的需要,或將衍生出智慧化程度更高的無人加油平臺。


作者:姜子晗 李偉 鐘永填
文章來源:中國軍網-解放軍報
責任編輯:唐詩絮
軍情熱議
網際網路新聞資訊服務許可證10120170072
京公網安備 11010502045281號
違法和不良資訊舉報電話:010-65669841
舉報郵箱:xxjb@huaxia.com

網站簡介 / 廣告服務 / 聯繫我們

主辦:華夏經緯資訊科技有限公司   版權所有 華夏經緯網

Copyright 2001-2024 By www.huaxia.com