國(guó)外直升機(jī)空中加油技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和特點(diǎn)研究

王 慶，蔣 輝

（中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西景德鎮(zhèn) 333001）

0 引言

直升機(jī)實(shí)現(xiàn)空中加油，可增大作戰(zhàn)半徑、延長(zhǎng)留空時(shí)間，直升機(jī)的續(xù)航時(shí)間和航程將不受所帶燃油的限制，從而提高了預(yù)警、反潛、偵察和救援等任務(wù)的能力和效率。

直升機(jī)采用空中加油，使直升機(jī)能執(zhí)行遠(yuǎn)距離任務(wù)和隨機(jī)變動(dòng)部署，直接飛到目的地就可以立即投入戰(zhàn)斗，省去了使用其他交通載體進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)的時(shí)間。此外，直升機(jī)采用空中加油，能使直升機(jī)在作戰(zhàn)需要或緊急的情況下少裝燃油，增加有效載荷，在高寒高原地區(qū)可憑借少裝燃油獲得必要的懸停性能，執(zhí)行任務(wù)后再經(jīng)空中加油后返回基地。而當(dāng)直升機(jī)在崎嶇不平的地帶或有大樹的森林地帶飛行不能利用地面效應(yīng)時(shí)，空中加油有助于直升機(jī)小載油量低空持續(xù)盤旋，提高執(zhí)行諸如火場(chǎng)救援等特種任務(wù)的能力。

1 國(guó)外直升機(jī)空中加油技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前全世界有20多個(gè)國(guó)家擁有空中加油機(jī)，但是真正掌握固定翼飛機(jī)空中加油技術(shù)的只有英、美、俄、法、中5個(gè)國(guó)家，其中美國(guó)已掌握直升機(jī)空中加油技術(shù)，具備全面而完善的直升機(jī)空中加油能力，技術(shù)最為成熟和先進(jìn)。早在越南戰(zhàn)爭(zhēng)期間，美軍便利用HC-130“大力士”加油機(jī)對(duì)HH-3E“快樂綠巨人”直升機(jī)進(jìn)行空中加油，使HH-3E的留空巡邏時(shí)間增加到5小時(shí)。1967年5月兩架HH-3E直升機(jī)利用空中加油完成了直升機(jī)第一次不著陸橫越大西洋的飛行。從紐約飛到巴黎，全程6 870 km，累計(jì)飛行了30多小時(shí)，飛行途中每架HH-3E空中加油9次。1983年末，美國(guó)第六艦隊(duì)的HC-4“黑種馬”直升機(jī)作戰(zhàn)支援中隊(duì)的兩架CH-53E“超級(jí)種馬”直升機(jī)利用空中加油，從意大利的錫戈內(nèi)拉基地直接飛到塞浦路斯的拉爾納卡，以支援在貝魯特附近海面上的美國(guó)海軍艦只，飛行距離達(dá)1 650 km。1989年12月，美軍入侵巴拿馬時(shí)3架美軍特種作戰(zhàn)部隊(duì)的CH-47D“支奴干”直升機(jī)利用加油機(jī)進(jìn)行兩次空中加油，直接從美國(guó)的坎內(nèi)爾堡飛到了巴拿馬，為及時(shí)參與戰(zhàn)斗贏得了時(shí)間。相關(guān)美國(guó)進(jìn)行的直升機(jī)空中加油如圖1—3所示。

目前，除美國(guó)之外，世界上還有其他一些國(guó)家也在逐步開展直升機(jī)空中加油技術(shù)的研究。

為了參與美國(guó)空軍新型戰(zhàn)斗搜索和救援直升機(jī)計(jì)劃的競(jìng)標(biāo)，2007年2月13日，名為“HH-71”的團(tuán)隊(duì)在英格蘭上空成功地利用西班牙空軍C-130J“大力士”加油機(jī)為英國(guó)皇家空軍AW101“灰背隼”直升機(jī)實(shí)施空中加油，這是英國(guó)直升機(jī)第一次演示空中加油。試驗(yàn)的飛行高度為4 000 m，兩架飛機(jī)的航速都為127節(jié)［1］（見圖4）。

此外，法國(guó)空軍也充分認(rèn)識(shí)到直升機(jī)空中加油的重要性，把發(fā)展直升機(jī)空中加油能力提升到最高級(jí)別，并對(duì)此作長(zhǎng)期的投入。2015年10月，法國(guó)空軍首次開展了直升機(jī)晝間空中加油試驗(yàn)，此后，2016年2月，法國(guó)空軍再次以H225M“超美洲獅”為受油直升機(jī)，以MC-130J“戰(zhàn)影Ⅱ”運(yùn)輸機(jī)為加油機(jī)，首次開展了直升機(jī)夜間空中加油試驗(yàn)［2］（見圖5）。

2 直升機(jī)空中加、受油系統(tǒng)及組成

2.1 直升機(jī)空中加油系統(tǒng)組成及工作原理

國(guó)際上主流的空中加油系統(tǒng)主要分為伸縮套管式（硬式）和軟管-錐套式（軟式）兩大類。用硬式加油系統(tǒng)給直升機(jī)進(jìn)行空中加油的難度較大，目前世界范圍內(nèi)直升機(jī)空中加油主要采用的是軟式加油系統(tǒng)。

圖1 HH-60“鋪路鷹”直升機(jī)在進(jìn)行空中加油

圖2 MH-47G“支奴干”直升機(jī)在進(jìn)行空中加油

圖3 MH-53“鋪路洼”直升機(jī)在進(jìn)行空中加油

圖4 C-130J“大力士”為AW101“灰背隼”直升機(jī)進(jìn)行空中加油

圖5 MC-130J“戰(zhàn)影Ⅱ”為法國(guó)空軍H225M“超美洲獅”直升機(jī)進(jìn)行空中加油試驗(yàn)

軟式空中加油系統(tǒng)的主要設(shè)備是空中加油吊艙，通常掛在加油機(jī)左右機(jī)翼下。加油吊艙包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、軟管收放及響應(yīng)系統(tǒng)、輸油系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要是指沖壓空氣渦輪，渦輪通常安裝于吊艙的頭部，它會(huì)在迎面氣流作用下旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動(dòng)燃油泵或液壓泵，分別提供輸送燃油和收回軟管所需的動(dòng)力。軟管收放系統(tǒng)用于伸出或收回軟管。軟管的響應(yīng)系統(tǒng)是在空中加油過程中，根據(jù)軟管所受的拉力，調(diào)節(jié)軟管的伸出長(zhǎng)度，避免軟管過緊或過松。軟管過松會(huì)導(dǎo)致軟管擺動(dòng)劇烈或發(fā)生纏繞，軟管過緊則可能導(dǎo)致加、受油機(jī)輸油管路脫開。

輸油系統(tǒng)包括燃油泵、調(diào)壓系統(tǒng)、軟管和錐套。燃油泵將燃油通過軟管泵送至受油機(jī)，調(diào)壓系統(tǒng)用于調(diào)整加油接頭處的壓力在規(guī)定范圍內(nèi)變化，錐套上的穩(wěn)定傘用于保持錐套的穩(wěn)定性。

相較于硬式加油系統(tǒng)，軟式加油系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于空中加油吊艙是一個(gè)獨(dú)立的裝置，有利于將飛機(jī)改裝成加油機(jī)，拆卸方便；且不需要專門的加油員，可同時(shí)給2～3架飛機(jī)加油。其缺點(diǎn)在于加油速率要低于硬式加油系統(tǒng)的加油速率，同時(shí)，在氣流不穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行空中加油難度較大。

2.2 直升機(jī)空中受油系統(tǒng)組成及工作原理

與軟式加油系統(tǒng)相對(duì)接的空中受油系統(tǒng)的主體部分是受油插頭，通常裝在駕駛艙附近，便于飛行員目視對(duì)接。當(dāng)軟式加油系統(tǒng)的加油接頭與受油插頭對(duì)接好后，就可以進(jìn)行空中加油。受油插頭裝置可分為固定式和可收放式兩大類。固定式受油插頭固定在機(jī)體外部，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用可靠、重量較輕，但對(duì)飛機(jī)氣動(dòng)力影響較大，所以一般做成可拆卸的，不執(zhí)行空中加油任務(wù)時(shí)可在飛前迅速拆下；可收放式的受油插頭在不進(jìn)行空中加油時(shí)，可收入機(jī)體內(nèi)，避免對(duì)飛機(jī)造成額外的氣動(dòng)阻力，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

3 直升機(jī)空中加油的特點(diǎn)

直升機(jī)進(jìn)行空中加油的原理和固定翼飛機(jī)類似，所需的加油設(shè)備和操作方式也基本一致，而區(qū)別就在于兩者飛行特性不同所帶來的部分差異。通常情況下，對(duì)固定翼飛機(jī)進(jìn)行空中加油，是受油機(jī)主動(dòng)去靠近加油機(jī)，然后以稍大于加油機(jī)的速度緩慢抵近加油管，對(duì)接成功后，保持相對(duì)速度，即可進(jìn)行空中加油。而對(duì)直升機(jī)進(jìn)行空中加油，由于其旋翼的存在，會(huì)形成大片危險(xiǎn)區(qū)域使得由直升機(jī)抵近加油機(jī)的方式根本無法進(jìn)行，只能是加油機(jī)從直升機(jī)側(cè)下方（約60 m處）緩慢接近并且超越直升機(jī)，然后直升機(jī)開始下降高度，到達(dá)加油機(jī)側(cè)后方，保持相對(duì)飛行速度，并與加油機(jī)作編隊(duì)飛行。之后，加油機(jī)上的錐套被彈出吊艙，穩(wěn)定傘張開，加油軟管被拖出。直升機(jī)飛行員操縱直升機(jī)以比加油機(jī)略快的速度前進(jìn)，將受油插頭對(duì)接至錐套內(nèi)，對(duì)接成功后，直升機(jī)需繼續(xù)向前加速，同時(shí)抬高。當(dāng)油管內(nèi)壓力達(dá)到收油狀態(tài)后，可以開始進(jìn)行受油［3］。

通常直升機(jī)的巡航速度不會(huì)超過300 km/h，也就是在200～270 km/h的范圍內(nèi)，這就要求加油機(jī)能擁有較好的低速平飛能力。加油時(shí)直升機(jī)最大平飛速度與固定翼加油機(jī)的最小速度重疊至少有15～30 km/h，才能保證空中加油的安全和順利進(jìn)行，因此，擁有渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)成為直升機(jī)加油機(jī)的首選，例如，美國(guó)的KC-130系列空中加油機(jī)以及空客在研的A400M加油機(jī)。

表1為美國(guó)大型加油機(jī)適配受油機(jī)情況，表2為國(guó)外部分現(xiàn)役/在研直升機(jī)空中加油機(jī)參數(shù)對(duì)照表。

表1 美國(guó)大型加油機(jī)適配受油機(jī)情況

表2 國(guó)外現(xiàn)役/在研直升機(jī)空中加油機(jī)參數(shù)對(duì)照

4 結(jié)語

具備空中加油能力的直升機(jī)能夠大大增加其執(zhí)行任務(wù)的靈活性，是提高戰(zhàn)時(shí)機(jī)動(dòng)性的一種重要手段，在軍事斗爭(zhēng)及人道救援領(lǐng)域意義重大，為世界主要軍事強(qiáng)國(guó)所重視。通過對(duì)國(guó)外直升機(jī)空中加油技術(shù)現(xiàn)狀和特點(diǎn)研究，對(duì)國(guó)內(nèi)直升機(jī)開展空中加油技術(shù)發(fā)展提供了一定的技術(shù)基礎(chǔ)和參考，具有重大的借鑒意義。