机械工程专题讲座（空中加油）.doc

空中加油技术综述空中加油技术始于本世纪30年代，第二次世界大战后取得了较大发展，技术也日趋成熟。在近十几年发生的一系列局部战争中，空中加油无不显示其重大的作用，尤其是三年前的海湾战争中，多国部队共动用了365架大型加油机及62架伙伴加油机，在短短几个月期间共出动20410架次，飞行79032小时，为60543架飞机共加油6. 753亿升。为一赢得战争的胜利起到了相当重要的作用。难怪一些外国军事评论家称空中加油是提高飞机作战效能的关键。美军标中也明确规定军用飞机必须具有空中受油能力。当今世界已有20个国家拥有各型加油机1141架。据最近报导，法国在本世纪末还将用一批A-300大型客机改装成空中加油/运输机，以增强其空中加油能力，其他各国也在不断增加加油机数量，更新设备和提高空中加油效能。一、空中加油的作用(一)加大飞机航程及作战半径为了加大飞机航程，除提高飞机、发动机性能外只有增加机载油量，而飞机重量与飞行性能又是一个长期困扰飞机设计的矛盾。利用空中加油就可以使这一矛盾得到合理解决。一般情况下，进行一次空中加油，轰炸机作战半径可增加25%-30%，战斗机增加30%-40%，运输机的航程可增加一倍，如进行多次空中加油，则作战半径或航程可以扩大到机上贮氧量及飞行员体力能及的范围。增大航程还可以使作战飞机远距迅速转移，实施突袭或战略布防。直升机一般航程较短，进行空中加油则可使之完成远海作业，紧急救援或其它特殊任务。(二)增加飞机留空时间增加飞机留空时间对预警机及担任巡逻的飞机有特殊意义。现代战争为取得制空权，需要在战区保持不间断的巡逻或空中警戒，利用空中加油可以增加续航时间并大大减少出动架次。对舰载机来说，在舰面出现不能着陆的紧急情况，可对返航的飞机进行空中加油，使之留空待命或转飞备降场。(三)增加机载设备或飞机有效载重在飞机起飞重量限制的情况下，可以减少载油量，多装武器弹药或特种设备，起飞后再进行空中加油，完成尔后的作战任务。二、空中加油方式和系统组成空中加油系统分软管一锥管式(简称软式)及伸缩管式(简称硬式)两大类。软式空中加油系统为美国海军及大多数国家普遍采用。其主要设备是加油吊舱或加油平台。吊舱挂在加油机左右翼下，个别加油机还可装在后机身外侧(伙伴加油吊舱挂在机身腹部)。加油平台装在机身尾舱或弹舱内。吊舱，包括动力装置、软管收放及响应系统、输油系统及控制系统等四部分。动力装置一般采用冲压空气涡轮，其在迎面气流作用下驱动液压泵或燃油泵旋转，提供输油及收放软管所需的动力。也有个别小型吊舱不设动力装置而从加油机取得液压源或电源。软管收放系统用于不加油时贮存加油软管，加油时放出及收回软管，保持软管一定的张力，防止软管过度松弛而甩动或张力过大而导致加、受油机意外脱开。 输油系统，包括加油泵、调压系统、加油软管及锥套(加油接头、稳定伞及整流罩的总称)。靠作用在锥套上的气动力使软管放到全拖曳位置，稳定伞保持加油接头稳定并作为受油机对接时瞄准的“靶子”。受油机的受油接头进入稳定伞内即可沿伞的骨架滑入加油接头并与之啮合及锁定。来自加油机的压燃油经吊舱加油泵增压后经输油系统、加油接头、受油插头进人受油机。调压系统对加油泵的工作状态进行适时控制，以保持加油接头入口压力在规定范围内(通常为0. 34士0. 03MPa)变化，既可获得最高的加油率，又使受油机处于安全的压力之下工作。加油完毕受油机减速，当软管放至全拖曳位置，软管张力超过一定值，加油接头与受油插头即脱开。控制系统用于控制全系统自动完成加油全过程。加油平台工作原理与吊舱基本相同，只是没有流线型外壳并可直接从加油机获取动力。由于其外形及空间尺寸限制不严，故一般软管较粗较长，加油率也高于吊舱，适合给大型飞机加油。如翼下挂吊舱，机身内装加油平台，则可同时给3架飞机加油。软式加油系统的优点是:吊舱为一独立装置，飞机改装成加油机比较方便，取下吊舱仍可执行原型飞机的作战任务;该系统可不设专门的加油员;可同时给2-3架飞机加油;还可以给直升机加油。其缺点是:加油率低于硬式加油系统;要求受油机飞行员掌握超密集编队技术及对接技术;气流不稳定时难以进行空中加油。硬式加油系统主要是美国空军采用。其主体是安装在加油机尾部的伸缩套管，其根部用万向铰与加油机尾部承力结构相连。伸缩套管本身由内、外套管组成。它相当于液压作动筒，在液压作用下内管(相当于活塞杆)可沿外管滑动，构成可伸缩的燃油通路。内管端部装有加油接嘴，外管上装有小翼，加油员操纵小翼可使伸缩套管在一定锥角范围内绕根部作俯仰或横向运动。不加油时，伸缩套管缩至最短，并由加油机尾部的钢索提升到紧贴机身尾部。加油时放下伸缩套管，受油机进入对接范围后，加油员目视操纵小翼及伸缩内管，使加油接嘴插入受油机背部的受油插座并锁定。加油过程中受油机可在一定范围内机动，随动系统使伸缩套管作相应运动，保持受、加油机的啮合状态。通过加油接嘴及受油插座上的互感线圈，可进行加、受油机间的信号联络。加油完毕，加油员操纵缩回内管拔出加油接嘴，受油机脱离。目前已有部分加油机装了摄像系统，加油员可通过显示屏进行遥控。三、软式加油系统的关键 技术及发展(一)加油机选型国外现役的加油机除专用的KC-135型硬式加油系统的优点是:加油率高，一般可达4000升/分;可给大型飞机加油;对受油机机动性要求不高。缺点是:要设专门的加油员;每次只能给一架飞机加油;不能给直升机加油。根据使用实践及多机种协同作战的需要，目前世界上又出现了两种软硬式结合的加油机:一种是在一架飞机的尾部装伸缩套管，两翼下再挂吊舱，构成软硬式三点加油机;另一种是把伸缩套管端部的加油接嘴换成带一小段软管的锥管，使硬式加油机在必要时可临时改装，给装有软式受油系统的飞机加油。硬式加油机外，软式加油机都采用现役或退役的运输机、轰炸机改装而成。例如，美国的KC-10A, KC-130，英国的VC-lOK2,“三星”、“胜利者”B2;独联体的图一16、加油机、伊尔一78;以色列、荷兰、日本等中小国家利用波音707改装的软硬式三点加油机等。此外，还有各类与作战飞机同型的伙伴式加油机。如A-6,“超军旗，、“幻影”系列、苏一24,苏一27K等。正在进行或计划改装的还有美国的MD-1 1改装计划、法德两国的A-300B4或A-310改装计划、英国的大型四发运输机改装计划等。具备改装加油机的条件主要包括:1.飞机自身的载油量(指可供加出的油量)应较大(例如KC-1 OA可加出燃油近200吨)，飞机的巡航经济性较好，即加油机自身的耗油量应较小;2.飞行包线与受油机的飞行包线重迭范围应较宽，以便能给多型飞机加油。(二)加、受油机会合技术加、受油机会合方式一般可归纳为3类:一是伴加油机，加、受油机在同一机场起飞，途中加油后加油机返回一，此方式多用于伙伴式加油;二是在指定空域设加油区，加油机按不同高度层配置几个加油带，加油机事先在该区等待受油机，此方式多适用于大机群作战，如海湾战争等;三是事前临时确定受油机出航及返航途中的加油点，加油机在规定的时间及空域与受油机合作加油，此方式适合受油机执行单一的或特殊的作战任务。为避免加油期间受到敌方攻击，加油区或会合点要严格保密而不允许地面指挥或加、受油机间采用任何方式进行无线电联系。在此情况下，加、受油机必须设有先进可靠狗自引导设备，如塔康、惯性导航等，现代化战争已采用预警机、卫星导航及全球定位系统，以确保加、受油机准确会合。(三)加油系统的气动相容性及对接技术加油系统间的气动相容性包括三个方面。1.加油机与吊舱间的气动相容性由于吊舱挂在加油机外翼下面，机翼的翼尖涡流及下洗流、吊舱冲压空气涡轮后面的滑流、吊舱本身的扰流及尾流、吊舱与机翼间的干扰产生的规则或不规则的涡流等等，在吊舱后面形成一个复杂的流场。这个流场对吊舱锥管在收放过程及全拖曳位置的稳定性必然带来极不利的影响，当稳定伞晃动到一定程度，受油机即无法进行对接。国外普遍采用的解决办法是当吊舱与加油机进行新的组合时，首先必须在理论分析的指导下进行大量风洞吹风及预飞行试验，逐步修正并最后确定吊舱在机翼上的安装部位及吊舱相对航向的安装角(俯仰及偏航角)，采取有效的整流或其它措施，满足软管/锥管在收放过程及全拖曳位置的稳定性要求。2.加、受油机间的气动相容性由于加、受油机都有各自随飞行高度、速度变化的流场，在对接加油过程中必然出现两机流场的重迭及相互干扰，严重情况下将恶化受油机的操稳性，造成既不易对接，对接成功后又难于保持的状况。这是决不允许的。国外通常的做法是通过飞行试验，选择该型加、受油机对接加油的最佳飞行包线范围，在该包线范围内受油机可以顺利对接，在加油响应范围内机动时有较好的操稳性，满足安全飞行要求。3.吊舱锥管与受油机间的气动相容性尽管上述两方面的气动相容性得到很好解决，但仍会出现受油机对接过程中锥管向侧上方飘移而使对接十分困难。这一问题一般从4个方面解决:一是根据受油机机头外形及吹风获得的环流特性，选择受油插头相对机头的最佳位置，当然还要考虑进气道位置、飞机结构情况及便于飞行员目视对接等诸多因素;二是提高吊舱稳定伞自身的抗干扰特性及软管/卷盘系统的响应能力;三是通过飞行试验确定对接的最佳飞行包线;四是通过试飞及使用实践，总结出一套行之有效的平稳对接技术。如:对接前的飞机姿态及对接速度，对接时的飞机操纵技巧，对接后飞行高度、速度控制及加油期间受油机高度、速度的保持等。 为了提高会合及对接的成功率，国外还进行了一系列的专题研究和试验。例如:在加油机上安装红外源，受油机可利用前视红外装置，使夜间加油时受油机可在400米距离内准确安全地靠近加油机;利用激光引导原理，在加油机上设置小计算机及一台小功率连续波氦氖气体激光发生器发出连续波，经受油机上的光学反射器反射后再由加油机接收装置接收并馈入计算机，确定两机间的距离、方位和相对速度，然后通过测距波束将数据传输给受油机，指挥或引导受油机人工操纵或自动驾驶，在10-30m范围内，可采用电磁场为基础的锥管寻的系统，使加油接头在临对接前自动对准受油插头，防止稳定伞飘摆。四、加油设备当前世界上已发