彭 珂 ，喻振華 ，謝 超

（1.中航工業(yè)金城南京機電液壓工程研究中心，南京 211106；2.航空機電系統(tǒng)綜合航空科技重點實驗室，南京 211106）

空中加油技術對提高飛機作戰(zhàn)效能具有十分重要的意義，通過空中加油可以加大飛機航程和作戰(zhàn)半徑，增加飛機載彈量，延長飛機留空時間，提高飛機利用率，減少飛機出動數(shù)量。雖然發(fā)展只有幾十年的時間，但多次高技術條件下的現(xiàn)代局部戰(zhàn)爭的實踐表明：空中加油技術在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中得到越來越廣泛應用，并起到了至關重要的作用。為此美國軍方專門規(guī)定：所有新機都應具備空中加油的能力或具有供空中加油使用的空間和結構措施，我國GJB 1003A-2006 《飛機燃油系統(tǒng)通用規(guī)范》中也作了同樣的規(guī)定。而多年的理論分析和實踐經(jīng)驗也證明，空中加油能力是直接決定加油設備研制復雜度和影響空中加油系統(tǒng)使用效能（空中加油時間或加油效率）的一個重要指標，但真正決定空中加油系統(tǒng)使用效能的往往是受油機的受油能力[1]。

隨著空中加油技術的不斷發(fā)展，空中加油專業(yè)也不斷細化，逐步劃分為以加油機為主的空中加油技術和以受油機為主的空中受油技術。空中受油技術是指將安裝在飛機上的受油設備與加油機加油設備（錐套或硬管）對接，在加油機與受油機之間提供燃油通道的技術，其重點是受油方式的選擇和受油設備的研制。國內(nèi)外對空中受油技術已做了大量研究工作，但缺乏全面的總結、分析與比較，限制了相關研究工作的進行。本文對固定翼飛機空中受油方式進行全面分類與總結，介紹不同方式的基本原理，并進行深入分析與比較。最后針對國內(nèi)固定翼飛機的發(fā)展趨勢，對其空中受油方式的發(fā)展方向給出建議。

1 基本分類

空中加油和空中受油相伴而生，要研究空中受油，必須與空中加油緊密結合。目前，空中加油方式有軟管-錐套式（Hose-and-Drogue，俗稱軟式）和伸縮套管式（Boom，俗稱硬式）兩種。

一般而言，軟管-錐套式加油方式是指以加油吊艙或加油平臺作為平臺，通過加油吊艙或加油平臺放出加油軟管，軟管末端安裝一個錐套（主要包括加油接頭和穩(wěn)定傘），用以在飛行中穩(wěn)定軟管并為受油機插入受油插頭提供一個漏斗形對接輔助裝置，受油機飛行員操縱飛機使受油插頭與錐套對接，頂開錐套內(nèi)的活門實現(xiàn)加油的加油方式。

軟管-錐套式加油方式優(yōu)點表現(xiàn)在：可在大型加油機上多點安裝，具備多點加油能力（可同時為2～3架小飛機加油）；受油機控制加油過程，對加油員的操作技能要求低，甚至不需要專職加油員（如艦載伙伴加油機，由飛行員或武器控制員兼任）；可為固定翼飛機、直升機和傾轉(zhuǎn)旋翼機加油。主要缺點是：加油速度相對較慢；加油對接時錐套易受氣流擾動影響，不易控制；對受油機飛行員的技能要求較高。

軟式加油設備主要有加油吊艙（翼下加油吊艙（圖1）、伙伴加油吊艙（圖2））和機身中心線加油平臺（圖3）兩類。其中加油吊艙的加油能力一般為750～2200L/min之間，機身中心線加油平臺的加油能力一般為2000～2800L/min之間。此外，也有在硬管上搭接軟管-錐套適配器（BDA）（圖4）的，經(jīng)地面轉(zhuǎn)換后，可提供軟式加油能力[2]。

與軟管-錐套式加油方式對應的軟式受油方式主要以固定式受油裝置和可收放式受油裝置為代表。

圖1 翼下加油吊艙Fig.1 Refueling pod under wing

圖2 伙伴加油吊艙Fig.2 Buddy-buddy refueling pod

圖3 機身中心線加油平臺Fig.3 Refueling store along fuselage centerline

圖4 軟管-錐套適配器Fig.4 Hose-and-drogue adapter

伸縮套管式加油方式（圖5）是指使用一根飛行可控的伸縮式硬質(zhì)套管，由一名操作員控制其舵面，使硬管處于受油機上方，伸長套管的內(nèi)管并將加油嘴插入受油機的受油插座的加油方式。

圖5 伸縮套管式加油方式Fig.5 Refueling method by boom

伸縮套管式加油方式的主要優(yōu)點是：加油速度快，明顯優(yōu)于加油吊艙和機身中心線平臺，為大型飛機（受油能力強）加油時效率很高；硬管的可控性好、抗湍流干擾性強，能夠在較復雜的氣象條件下使用；由加油機控制加油過程，對受油機飛行員的技能要求較低。伸縮套管式加油方式的主要缺點是：只能進行單點加油，不能同時為多架受油機（與受油機尺寸大小無關）加油，為受油能力弱的小飛機加油時，加油速度快的優(yōu)勢難以有效發(fā)揮；對加油員的操作技能和動作規(guī)范要求高；不能用于艦載機伙伴加油及為直升機、傾轉(zhuǎn)旋翼機加油。

現(xiàn)階段硬式加油設備只有硬管空中加油系統(tǒng)一種類型，安裝在大中型加油機的后機身底部的中心線附近，加油能力一般大于3400L/min。

與伸縮套管式加油方式對應的硬式受油方式以受油插座為代表。

2 固定式受油裝置

固定式受油裝置是安裝在飛機機體外部，連接受油機空中受油系統(tǒng)的入口，能夠與加油機軟管-錐套式加油系統(tǒng)中的錐套聯(lián)合工作的一種受油裝置，一般固定在飛機機頭前部、座艙上方、座艙右前方或機翼下方等位置，其安裝原則是保證對接時飛行員有良好的視野，不能影響飛行員的操作和在任何情況下都不能危及飛行員的安全。值得注意的是此安裝原則所有受油方式均需嚴格遵守。

固定式受油裝置由受油插頭和受油管組成，并可根據(jù)需要加裝整流罩，主要實現(xiàn)空中對接、提供受油通道等功能，其中受油管外形一般為直線型或倒L型。

固定式受油裝置的優(yōu)點是結構簡單、質(zhì)量輕、易于布置、拆卸容易，這些優(yōu)點使得固定式受油裝置成為最早使用的受油方式，并獲得了廣泛應用，其主要用在大型飛機（圖95（圖6）、A-400M（圖7）、E-3、A-50）、飛行速度較低的飛機（幻影-5/50、掠奪者、流星、F-100（圖8））及定型飛機加裝空中受油裝置（殲8、殲10（圖9））。但飛機安裝固定式受油裝置會在飛行中帶來氣動噪聲及產(chǎn)生結構振動，產(chǎn)生飛行員無法忍受的噪聲，不僅對飛行員的無線電通話產(chǎn)生嚴重干擾，還影響了飛行員作戰(zhàn)或訓練時的注意力；另外也不利于飛機隱身。國內(nèi)羅乖林[3]、胡萍等[4]對受油管尾流特性及噪聲，祝立國等[5]對受油管繞流特性展開了研究，取得了一定成果，改進改善了因固定式受油裝置帶來的噪聲和振動問題。

圖6 圖95固定式受油裝置（機頭）Fig.6 Fixed fuel receiving device of Tu95 (nose)

圖7 A-400M固定式受油裝置（座艙上方）Fig.7 Fixed fuel receiving device of A-400M (above the cockpit)

圖8 F-100固定式受油裝置（機翼下方）Fig.8 Fixed fuel receiving device of F-100 (below the wing)

圖9 殲10固定式受油裝置（座艙右前方）Fig.9 Fixed fuel receiving device of J10 (right front of the cockpit)

3 可收放式受油裝置

隨著空中加受油技術的不斷發(fā)展以及新研飛機飛行速度的不斷提高，戰(zhàn)術指標對飛機氣動外形和隱身性能的要求越來越苛刻，攻擊機、戰(zhàn)斗機等飛機的空中受油技術已全面從固定式受油裝置向可收放式受油裝置轉(zhuǎn)換。

可收放式受油裝置是指安裝在飛機機體內(nèi)部，連接受油機空中受油系統(tǒng)的入口，執(zhí)行正常飛行任務時收藏在機體內(nèi)，需要執(zhí)行空中受油任務時從機體放出，能夠與加油機軟管-錐套式加油系統(tǒng)中的錐套聯(lián)合工作的一種受油裝置。

此類受油裝置是通過改變飛機外形，進而改善飛機氣動性能，提高飛機隱身性能、增強飛機戰(zhàn)斗力的一種有效手段，一般安裝在飛機頭部、座艙左前方、座艙右前方、座艙右下方或機翼外掛油箱等位置的機體內(nèi)，在非加油工況完全消除了由固定式受油裝置引起的振動和噪音?？墒辗攀绞苡脱b置主要由受油插頭、收放式受油探管、信號機構、整流罩等部分組成，主要實現(xiàn)收放、收放鎖緊、提供收放到位信號、空中對接、提供受油通道等功能。

可收放式受油裝置工作原理是依靠液壓作為動力源驅(qū)動收放式探管正常放出和收回并鎖緊，并發(fā)出適時的指示信號；如果液壓能源發(fā)生故障，啟用應急氣源，將受油探管一次性放出并鎖緊，保證受油機空中加受油任務完成，保障了飛機的飛行安全。

可收放式受油裝置按收放方式一般分為伸縮式受油裝置和搖臂式受油裝置，其中伸縮式受油裝置的收放方式類似于液壓作動筒的直線運動，主要是Su-24（圖10）、Su-33（圖11）、Su-35、MIG-29、MIG-31、F-16（圖12）等型號戰(zhàn)斗機中采用或裝在機翼外掛油箱上使用，其收放式受油探管組件內(nèi)部集成了液壓作動系統(tǒng)、鎖緊機構、燃油通道等功能部件，具有集成度高、占用機體空間少、便于維護的優(yōu)點，適合于新研飛機或定型飛機增加受油能力；缺點是制造精度高，加工較困難；另外其為半封閉結構，影響了隱身性能。

圖10 Su-24伸縮式受油裝置（機頭）Fig.10 Retractable fuel receiving device of Su-24 (nose)

圖11 Su-33伸縮式受油裝置（座艙左前方）Fig.11 Retractable fuel receiving device of Su-33 (lift front of the cockpit)

圖12 F-16伸縮式受油裝置（機翼外掛油箱）Fig.12 Retractable fuel receiving device of F-16(external hanging tank of wing)

搖臂式受油裝置的收放方式是利用搖臂圍繞定點做上下運動，主要是“狂風”（Tornado）（圖13）、F-14、F/A-18、美洲虎（圖14）等型號戰(zhàn)斗機使用。搖臂式受油裝置和伸縮式受油裝置的區(qū)別主要體現(xiàn)在結構的詳細設計和布置上。搖臂式受油裝置的液壓作動系統(tǒng)與燃油通道在結構上進行了分離，無需擔心燃油和液壓油的交叉污染，且鎖緊機構為開放式，其設計相對簡單，便于制造和調(diào)節(jié)，易維護，故適合新研飛機采用，特別是可以做成全封閉結構，便于實現(xiàn)隱身功能；缺點是占用機體空間縱向距離較長，涉及飛機機體改動較大，不利于已定型飛機改裝。

圖13 狂風搖臂式受油裝置（座艙右前方）Fig.13 Fuel receiving device by rocker of Tornado(right front of the cockpit)

圖14 美洲虎搖臂式受油裝置（座艙右下方）Fig.14 Fuel receiving device by rocker of Jaguar(lower right of the cockpit)

4 受油插座

受油插座是指安裝在受油機空中受油系統(tǒng)的入口，能夠與加油機伸縮套管式加油系統(tǒng)的加油接嘴聯(lián)合工作的一種受油裝置。

受油插座一般安裝在飛機座艙前方、座艙頂部、座艙后部、機翼等位置的機體內(nèi)（圖15～18），主要由殼體、鎖緊機構、自封活門和通信線圈等部分組成，用于實現(xiàn)硬式空中加油空中對接、提供燃油流道和加受油機之間通訊等功能，其工作原理是加油機加油接嘴插入受油機受油插座后，推動受油插座自封活門打開，實現(xiàn)燃油流道導通，并由鎖緊機構鎖緊加油接嘴，同時通信線圈提供對接信號給加/受油機，并可實現(xiàn)雙機通信。

受油插座由于具有受油能力強的特點，在大型飛機上獲得了廣泛使用，特別是對加油速度要求很高的遠程戰(zhàn)略大型轟炸機而言，受油插座成為唯一可選的受油方案，一度成為美國空軍的唯一受油方式，但是硬式加/受油設備結構復雜，研制難度大，且需專門的加油人員操作進行加受油，限制了大范圍應用，故現(xiàn)僅有美式空軍戰(zhàn)斗機使用受油插座。

圖15 F-117受油插座（座艙前方）Fig.15 Receptacle of F-117 (front of the cockpit)

圖16 KC-10受油插座（座艙上方）Fig.16 Receptacle of KC-10 (above the cockpit)

圖17 F-35受油插座（座艙后方）Fig.17 Receptacle of F-35 (behind the cockpit)

圖18 F-15受油插座（機翼）Fig.18 Receptacle of F-15 (wing)

5 結束語

提高加油設備的加油能力和受油機的受油能力都是提高空中加油系統(tǒng)工作效率及飛機作戰(zhàn)效能的有效途徑。在提高受油機受油能力時，更重要的是努力提高受油系統(tǒng)參數(shù)匹配能力，從而縮短加油時間。

近年來我國進行了大量新型號飛機的研制，這些飛機均提出了具備空中受油能力的要求。從我國國情考慮，在未來相當長的時間內(nèi)，國內(nèi)需要空中加油支持的固定翼飛機主要是各種戰(zhàn)斗機、艦載機、預警機、運輸機、指揮機，結合我國空中加油技術的發(fā)展趨勢，對空中受油方式的發(fā)展方向提出如下建議。

（1）對于戰(zhàn)斗機、艦載機等中小型飛機，建議采用軟式受油方式，優(yōu)先發(fā)展可收放式受油裝置。如果是新研飛機，采取伸縮式受油裝置和搖臂式受油裝置都是適合的，具體選擇因素取決于飛機結構布局需要；對于定型飛機增加受油能力來說，伸縮式受油裝置是一個較好的選擇，如果飛機結構所限，可采取固定式受油裝置。

（2）對于預警機、運輸機、指揮機等大型飛機來說，從現(xiàn)有國情考慮，建議采用軟式受油方式，主要方式為固定式受油裝置，以滿足各型預警機、運輸機、指揮機的空中加油需求；從空中加油技術發(fā)展情況考慮，建議適時發(fā)展能與伸縮管式加油系統(tǒng)配套的受油插座，以滿足日后技術發(fā)展的需要；如果飛機結構布局允許，可以在飛機上部署受油裝置和受油插座兩種方式，以適應不同的加油方式。

（3）從技術層面來講，固定式受油裝置需要向簡單實用、輕型方向發(fā)展，采用復合材料是大勢所趨；可收放式受油裝置和受油插座則除了需要更加簡單實用、輕型外，良好的隱身性能更是發(fā)展趨勢，將會越來越受到軍隊和主機所重視。

[1]王文平.空中加油系統(tǒng)主要技術指標分析[C]//航空航天科技創(chuàng)新與長三角經(jīng)濟轉(zhuǎn)型發(fā)展論壇論文集.南京：江蘇省航空航天學會，2012:64-70.

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