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小火箭详聊空中加油技术的诞生与发展

小火箭出品

本文作者:邢強博士

本文共10268字, 81圖。 預計閱讀時間:1小時

本文是小火箭現代航空技術深度分析報告系列第1季的第6篇。

在本季開篇, 《航空發動機!奮勇前進吧!》中, 我們一起探討了航空發動機的發展歷程和關鍵技術。

上圖為典型的軸流式渦輪噴氣發動機圖解(淺藍色箭頭為氣流流向)

1 - 吸氣,2 - 低壓壓縮,3 - 高壓壓縮,4 - 燃燒,5 - 排氣,6 - 熱區域,7 - 渦輪機,8 - 燃燒室,9 - 冷區域,10 - 進氣口

提升噴氣式發動機性能的慣用途徑在于布雷森循環的后半段, 即等熵膨脹和等壓放熱階段, 或者簡單來說就是要設法升高噴氣發動機的渦輪前溫度。

渦輪前溫度的升高對發動機性能的提升效果極為明顯, 而且提升渦輪前溫度涉及到耐高溫材料、冷卻技術、涂層技術乃至發動機總體設計等方方面面, 因此, 渦輪前溫度在如今已經成為給噴氣式發動機進行劃代的一個比較偷懶的方法了。

本季第2篇, 《》中, 高溫合金對航空發動機的關鍵性作用得到了體現。

裝備在F-15F-16戰斗機和X-47B無人機上面的普惠F100發動機家族的渦輪葉片的合金中, 就試驗性地添加了3%的錸, 其抗蠕變效果顯著。

本季第3篇, 《吸血鬼:最早在航母上起降的噴氣式戰斗機》中, 我們大家一起分析了艦載機。

公元1945年12月3日埃里克·布朗駕駛海吸血鬼(吸血鬼的艦載改型)在皇家海軍R68 HMS Ocean航空母艦上實現了著艦和起飛。

這使得吸血鬼戰斗機成為了世界上首款能夠在航母上起降的噴氣式戰斗機。 (之前有過成功的混合動力的飛行器起降試驗, 不是嚴格意義的噴氣式戰斗機。 )

1953年, 英國皇家海軍的一架海吸血鬼在美國安提坦號航空母艦上完成一次著艦復飛。

安提坦號航空母艦(USS CV-36)是一艘隸屬于美國海軍的航空母艦, 為埃塞克斯級航空母艦的18號艦。 該艦當時的艦載機全部為螺旋槳式的。 小火箭考證了一下, 安提坦號航母設計時的標配是F6FSB2CTBF, 都是螺旋槳飛機。 英國皇家海軍在當年用噴氣式飛機著實在美國海軍面前得瑟了一把。

噢, 另外要提一句的是, USS CV-36 安提坦號航母是美國第一艘加裝斜角飛行甲板的航空母艦

本季第4篇和第5篇,

《差點兒成為艦載機:自轉旋翼機的巔峰時刻》和《遠去的休斯傳奇:槳尖噴氣與世界最大的旋翼系統》兩份報告中, 小火箭和大家一起分析了旋翼機的技術。

本文, 是小火箭現代航空技術深度分析的第6篇, 在噴氣式發動機總體設計、高溫合金關鍵材料、艦載機技術、旋翼系統之后, 準備和大家一起聊一聊空中加油技術。

上圖為一架伊爾-78MKI為兩架幻影2000戰斗機實施空中加油的場景。

法曼

空中加油技術, 如今已經在戰場上得到了廣泛應用, 是一個國家建設戰略空軍的必備技能。

那么, 空中加油技術是怎樣誕生的呢?

因為我有著本文字數估計會超過1萬字的覺悟, 所以咱們不急, 慢慢從最早的發端開始說吧。

小火箭不得不先提一下法曼兄弟。

公元1874年5月26日, 亨利·法曼在巴黎出生。 3年后, 他的弟弟莫里斯·法曼于1877年3月21日, 也在巴黎誕生了。

原本是畫家的亨利·法曼抵擋不住速度的永恒誘惑, 與弟弟莫里斯法曼一起報名參加了雙人自行車賽。

在向冠軍挺進的過程中, 兩兄弟覺得, 自行車還是太慢了。

于是, 他們開始成為職業賽車手(效力于當時處于巔峰時期的雷諾車隊)。

在波城大獎賽上, 法曼兄弟越來越有名氣, 他們對速度的追求影響了很多人。 賽車運動開始越來越風靡。

了解F1賽車發展史的好友們, 一定對法國波城這個地方充滿敬意。 這里可以說是F1賽車的圣地了。 波城大獎賽, 稱得上是一切現代賽車大獎賽的鼻祖。

這一切, 與法曼兄弟的癡狂有很大的關系。

1902年, 弟弟莫里斯·法曼贏得了巴黎-阿拉斯大獎賽的冠軍, 緊接著, 又拿到了維也納大獎賽的冠軍。

哥哥亨利·法曼的賽車成績也是傲人的, 不過他的心思早就不在賽車上了。

亨利不止一次把油門踩到底, 直到賽車發動機因為過熱而出現故障。 他從車上跳下來, 看著騰騰冒著滾燙蒸汽的車頭, 喊道:

還是太慢了!”

1907年, 當亨利·法曼終于從雷諾車隊拿到足夠的報酬的時候, 他毅然成為了一名飛行員!

飛機, 是個新鮮事物。 1903年12月17日上午10點35分, 美國北卡羅萊納州小鷹鎮, 萊特兄弟實現了人類航空史上由人發動、控制和維持的, 重于空氣的飛行器的首次飛行。

我們這個叫做地球的星球上, 叫做人類的智慧生物第一次擁有了駕駛重于空氣的飛行器進行飛行的能力。

這次飛行,持續了12秒,飛行距離接近37米。上圖為奧維爾·萊特正在奮力操控飛行者1號飛機。

他俯臥在下部機翼上,屁股則緊貼在用于操縱機翼扭曲程度的控制支架上。威爾伯·萊特在旁邊奔跑著,告訴奧維爾飛機的姿態情況。

當天,萊特兄弟共試飛了四次,最成功的一次飛行中,飛機持續留空時間為 59 秒,飛行距離達到了260米。

(以上就是小火箭風格的有關人類首次重于空氣的飛行器的飛行記錄。)

1906年,法國的瓦贊兄弟成立了一家飛機制造公司。

亨利·法曼從瓦贊兄弟手里買到了法曼家的第一架飛機。

當時,大部分人還不知道飛機長什么樣子。亨利·法曼的媳婦兒覺得這種用帆布和鋼索拼起來的看起來一碰就散架的東西根本就不能安全飛行,認為自己的老公不務正業,想讓亨利最寵愛的弟弟莫里斯·法曼來勸勸亨利,把飛機退了。

弟弟莫里斯急忙趕回來,想著替嫂子來勸勸哥哥,回到賽車手的隊伍里來。

不過,莫里斯一眼看到飛機,就真心喜歡上了。

久未碰面的兄弟倆兒,徹夜長談后,身上帶著2個賽車大獎賽冠軍光環的弟弟莫里斯毅然向雷諾車隊提出辭呈。

天一亮,弟弟莫里斯奔赴瓦贊兄弟的飛機制造廠,也買了一架飛機!

上圖就是莫里斯坐在飛機里準備飛行的場景。

那時候,飛機太貴了。即使是對于賽車手冠軍來說,購買飛機也是一筆不菲的支出,基本上花光了兄弟兩人職業生涯的所有收入。

但是,

命運女神終究是會照顧那些充滿夢想的人的

1907年12月,消息靈通的好友找到法曼兄弟,告訴了他們一個好消息:

歐洲首富,石油大亨默爾特,在1904年的時候,得知美國萊特兄弟成功實現了飛機的飛行之后,非常激動,當即就宣布了這么一個大獎:

誰要是第一次實現駕駛飛機完成一個長度為1公里的環形軌跡飛行的話,就獎給誰5萬法郎!

法曼兄弟聽到有這么個大獎,非常高興。但是,由于當時的飛機的航向穩定性和滾轉穩定性都比較差,飛這樣的圓形軌跡有很大風險。

亨利·法曼作為二哥,毅然決定自己來飛,讓弟弟莫里斯·法曼在地面為他助威。

公元1908年1月13日,畫家亨利,自行車手亨利,職業賽車手亨利,坐進了他傾盡所有購買的瓦贊雙翼機。

晨光灑滿了法國的一片草場,發動機的轟鳴聲驚起一群飛鳥。

亨利·法曼做出了他最喜歡的舉動:把油門開到最大。

飛機拔地而起

弟弟莫里斯·法曼揮舞帽子,提醒哥哥,只要完成1公里環形飛行就行,沒人跟他比速度,獎金里對速度快慢也是沒有限制的。

亨利哪管這些

他憑著自行車手的體力和職業賽車手對機械系統的直覺,靈巧而又無畏地駕駛雙翼機,加速,加速,再加速!

雙翼機的帆布鼓了起來,迅速地抖動著。你聽到了什么?

沒錯,這是人類奮進的聲音。這聲音,來自遠古的第一次鉆木取火的摩擦,來自大航海時代那鼓漲的風帆,來自杜蒙在氫氣球下決絕和勇敢地啟動內燃機的瞬間。

一分二十八秒

亨利·法曼,駕駛一架雙翼機,僅用1分28秒就完成了人類首次環形飛行。這1公里長的空中賽道,永恒地記住了亨利·法曼對速度的追求。

5萬法郎,這在當時是一筆天文數字級別的獎金了。歐洲石油大亨默爾特對人類航空技術的發展有著突出的貢獻。

(小火箭在這里要再多說一句的是,當年桑托斯·杜蒙駕駛飛艇環繞埃菲爾鐵塔那個10萬法郎的大獎,獎金同樣也是默爾特提供的。詳見小火箭的公號文章《里約奧運會開幕式那架飛機背后的傳奇》。)

亨利·法曼的媳婦兒趕到現場,給了丈夫一個深情的擁抱,從此也就認可了亨利成為航空先驅者的事業。

亨利·法曼拿到5萬法郎的獎金后,準備怎么花呢?

他沒有買賽車,車已經不是他的最愛,他也沒有去買飛機,因為他覺得別人家造的飛機,還是慢,還是飛不遠。

亨利·法曼和三弟莫里斯·法曼,邀請巴黎最大的汽車代理商的老板,當時的世界頂級工程師理查德·法曼參加家庭聚會。

又一個法曼?

是的!世界上最早一批開發電動車、研究航空飛行動力學的工程師,同時代最成功的汽車代理商理查德·法曼,是亨利·法曼和莫里斯·法曼的親哥。

理查德·法曼是大哥,亨利·法曼是二哥,莫里斯·法曼是三弟。

三人一拍即合,成立了法曼兄弟飛機制造廠,決定自主研發最先進的飛機!

法曼三兄弟通力合作,研制了200多種飛機。

噢對了,小火箭這里要特別指出的是:亨利·法曼還是世界上最早用飛機做載客飛行的飛行員,乘客就是他的媳婦兒。

注意上圖亨利的媳婦兒的腰。那里系了一根粗繩,綁了兩圈。

那是世界上最早的給乘客用的航空安全帶。

法曼三兄弟對速度的追求是不限領域的,就像小火箭對技術的追求也不會囿于航空航天和航海的限制一樣。

1924年,法曼飛機制造廠出品了一款由螺旋槳驅動的快艇。

這艘艇能夠以67.5節(125公里/小時)的速度航行!這在當時絕對是非常驚人的船舶速度。

賽車手出身的法曼兄弟難舍對汽車的關注。法曼飛機制造廠出品了多款以高速度和發動機高可靠性聞名的汽車。上圖為法曼出品的法曼A6汽車。

按照小火箭定律:迄今為止,在人類工程技術發展史上,幾乎沒有任何一項尖端技術能夠被軍方所忽略。不管這項技術的初衷到底是用于提升人類的生活質量還是僅僅用來滿足人類的好奇心,最終這些家伙大多都被拿來用于增強軍隊的作戰效能了。

法曼三兄弟的設計,當然也難逃定律。

第一次世界大戰期間,法曼出品的法曼F.60歌利亞號重型轟炸機(一戰標準),能夠攜帶1噸重的炸彈奔赴1500公里以外的戰場。

不過,戰后,法曼兄弟還是立刻投身到商業中了,沒有持續為軍方供貨,沒能成為軍火巨頭。這也就是法曼兄弟至今不夠聞名的原因。小火箭今天就是要給他們恢復榮耀。

法曼的歌利亞號轟炸機代表了當時遠程飛行的技術巔峰。戰后,曾經把媳婦兒送上天空飽覽巴黎美景的亨利認為,如果能夠讓更多人飛到天上看一看,應該會有更多人接受和支持航空業。

于是,1919年2月8日,由歌利亞號轟炸機改裝而成的客機開始執飛巴黎與倫敦的往返航班。

藤條編制的座椅和運送行李的雙輪手推車非常有時代感。

誰知,這歌利亞號的商業運營,引發了一場鏖戰!也就催生了空中加油技術!

競賽

我們知道,人類最早的重于空氣的飛行,是萊特兄弟在1903年12月17日上午的那次12秒的飛行。

隨后,萊特兄弟自己打破了這個留空時間的世界紀錄。

在萊特兄弟18次刷新世界紀錄之后,飛機留空時間的紀錄保持在:

2小時18分33秒600毫秒 (1908年12月31日)

然后,就是法曼兄弟和其他先驅者的時代了!

1909年11月3日,亨利·法曼駕駛他自己設計的飛機,以4小時17分35秒的成績,創造了新的留空時間世界紀錄。

1910年12月18日,亨利·法曼駕駛他的三弟莫里斯·法曼設計的飛機,以8小時12分45秒的成績,再次創造了新的世界紀錄。

而歌利亞號,原本設計就是用來做戰略轟炸的飛機,進行改裝之后,用于創造重于空氣的飛行器的留空時間的世界紀錄是再合適不過的了。

1920年6月3日,滿載油料的法曼航空歌利亞號起飛,創造了24小時19分07秒的留空世界紀錄!

嗯,在這個時代,就已經有能夠持續飛行超過一天一夜的飛機了。

這期間,容克斯和福克的兩款單翼機加入了競賽,并且挑戰成功。

1921年12月29日起飛的容克斯JL-6以26小時19分35秒的成績戰勝了法曼的歌利亞F.60。

不過,這個勝利沒有維持多久。

法曼兄弟卯足了勁,準備一錘定音。

1922年10月14日,法曼的歌利亞F.60起飛,然后創造了34小時14分07秒的留空世界紀錄,也就是1天10小時14分07秒。

這是人類制造的重于空氣的飛行器首次持續飛行超過30小時。

加油

1922年年底,美國兩位軍官,史密斯和里克特,開始了一項訓練。他們像扔棒球和接棒球那樣來回拋接一根綁著銅頭的軟管子。

他們有他們的想法:

美國雖然暫時沒有法曼兄弟那樣瘋狂的設計師,暫時沒有歌利亞號那樣的重型飛機,但是美國有他們這樣不服氣的飛行員!

他們認為,美國的飛機留空時間比不過法國和德國的飛機,主要是因為載油量太少。

于是,一個大膽的想法誕生了:

史密斯和里克特,駕駛飛機升空,然后尋求雙機編隊飛行,把其中一架飛機里的油輸送給另一架,讓另一架繼續滿油飛行,去創造新的留空時間世界紀錄。

說干就干!

空中加油的設想,從1909年的這幅漫畫里,已經有所體現了。

1917年,俄國飛行先驅兼王牌飛行員亞歷山大·德塞維爾斯基少校提出了通過軟管來傳遞兩架飛機的燃油,實現空中加油的詳細技術方案。

亞歷山大后來到美國定居,成為舉世聞名的航空工程師,一生有365項專利(包括空中加油、航空炸彈的陀螺儀穩定系統等。)

所以說,空中加油至少是有理論基礎在支撐的。

1923年4月20日,史密斯和里克特駕駛飛機升空,然后嘗試用一根15米軟管實現了連接。在保持連接的40分鐘時間里,并沒有燃油通過,但是至少證明了方案是可行的。

1923年6月,兩人接受了亞歷山大的建議:給軟管的一端安裝了截止閥,這樣真的通過燃油進行加油的時候,如果突然不慎軟管接頭與受油機脫離的話,燃油不至于到處亂噴。

1923年8月27日,史密斯和里克特,駕駛英國產的DH.4雙翼轟炸機從加利福尼亞州的洛克威爾軍用機場起飛。另外一架DH.4滿載燃油也準備起飛。

隨后,兩架飛機在加利福尼亞州上空編隊飛行。

傍晚時分,驚險的一幕出現了!

只見兩架飛機十分默契地組成了一上一下,靠上的飛機略靠前的陣型。

然后,靠上的那架DH.4轟炸機的飛行員打開了轟炸艙門。

不過,飛出來的,并不是炸彈,而是一根軟管。

靠上的飛機小心翼翼地,如同牛仔拋出套索一般,把軟管甩出機身。

坐在靠下的飛機后座的里克特,則干脆從座艙里站了起來。

他嘗試抓了幾次沒抓到,后來干脆跳了起來!

終于,他抓到了軟管。并且成功把軟管的接頭連到了自己飛機的油箱口上。

小火箭費了一些周折,終于聯系到了一位好友,并且一起努力找到了有可靠證據證明的1923年8月27日當天的空中加油大挑戰的真實照片:

泛黃的歷史照片,透著一股奮力拼搏的探索精神和競技精神,這是人類文明發展史上又一次閃耀璀璨光芒的瞬間。

要知道,萬一接軟管的人一腳踩滑了可就溜到機艙外面去了。

而靠上的飛機如果把握不好拋管子的時機,管子很有可能會被絞到靠下飛機的螺旋槳上,后果不堪設想。

好在當時勇敢的嘗試,取得了可喜的成果。

公元1923年8月27日,空中加油的成功讓人類駕駛的飛機的留空時間的世界紀錄刷新為1天13小時15分14秒。

在這超過37小時的時間里,飛行先驅們進行了9次空中加油作業,共輸送了2600升航空汽油140升機油

(之前,1922年10月14日,法曼的歌利亞F.60起飛,然后創造了34小時14分07秒的留空世界紀錄,也就是1天10小時14分07秒。)

雖然法國的法曼的歌利亞F.60在1924年7月16日和7月17日的飛行中,以1天13小時59分10秒的成績從美國人手里奪回了留空時間的世界紀錄,但是空中加油的成功毫無疑問地給人類開啟了一個嶄新的航空時代。

發展

上世紀20年代,飛行先驅們對空中加油技術的癡迷達到了狂熱的程度,而留空時間的競賽也越來越白熱化。

公元1929年7月13日,美國兩位飛行家杰克遜和奧布萊恩駕駛寇蒂斯單翼機從密蘇里的圣路易斯起飛,準備向人類展示什么是真正的圣路易斯精神。

到7月14日,這架寇蒂斯飛機已經實施了空中加油作業,飛行表現很完美。

上圖為圣路易斯號接受空中加油的瞬間。杰克遜從駕駛艙里爬出,一屁股坐在飛機背部,淡定地抓取加油管。

機場上,人們已經準備好迎接兩位英雄凱旋了。

但是,人們只等到了加油機的返航,而圣路易斯號還在持續飛行。

7月15日,已經是第3天了,空中加油實施了多次,但是依然還是只有加油機返航。

天哪,這是要持續飛行100小時么?很多人這樣猜測著。

7月16日,機場上已經沒有很多人等待了,圣路易斯號飛機依然在天上飛著。

7月17日,100小時已過,圣路易斯號還是沒有準備返航的跡象。

7月18日,當地已經習慣了那架寇蒂斯飛機在上空的盤旋了。睡眠質量不太好的人,甚至開始抱怨飛機的噪聲了。

7月19日,圣路易斯號還在飛行,空中加油又進行了多次。

暴雨下過,狂風刮過,雨過天晴,撥云見日之后,圣路易斯號還在天上飛著。

直到公元1929年7月30日,圣路易斯號才終于肯返航著陸。

這架飛機,創造了17天12小時17分鐘00秒的新的人類飛機不間斷留空時間的世界紀錄!(也就是420小時17分鐘)

這次飛行,證明了空中加油技術不僅僅是飛行員一時僥幸完成的事情,而是可以成為日常操作的一部分,切實有效地提升飛機的續航時間。

同時,圣路易斯號也證明了,要想實現長時間留空,不僅體型碩大的飛機能夠做到,小飛機借助技術和膽量還有鼎力支持的隊友,也能做到!

1929年的這次持續17天12小時17分鐘00秒的世界紀錄甚至也沒有保持多久。

1930年6月,一架斯廷森小飛機以23天01小時41分30秒的成績刷新了世界紀錄。

在23天多的時間里,這架小飛機一共接受了223次空中加油作業!

期間,發動機還出了些問題,飛行員迎著風,拿著扳手趴在機頭實施了維修。爬出駕駛艙的時候,飛行員順便還向遠處扔出了幾袋子排泄物。

軟管

進入上世紀30年代,人們開始充分討論空中加油技術的應用。

美國和歐洲的郵政部門計劃用空中加油技術來拓展跨大西洋的郵政業務。北美一些航空公司甚至開始研究客機跨洲際飛行的空中加油方案了。

不過,后來,第二次世界大戰爆發,跨大西洋和橫穿亞歐大陸的洲際客機計劃被迫中止了。

二戰結束后,空中加油繼續發展。

1948年,波音推出了一款專職進行空中加油作業的飛機。

這種由B-29轟炸機改裝而來的飛機,編號定為KB-29。從此,軍用飛機里面,多了一個機種:加油機。

1949年2月26日到3月3日,美國第43轟炸機聯隊的一架B-50超級堡壘轟炸機(綽號 幸運女神II),在4架空中加油機(分別提前部署在了亞速爾群島、西非、關島和夏威夷)的協助下,歷經94小時1分鐘,實現了不間斷環球飛行。

從此,轟炸機的空中受油能力得到了驗證。戰略轟炸機和戰略空軍的概念再次被改寫。

后來,一部分B-50轟炸機也被改裝為加油機。

上圖為一架KB-50J空中加油機正在給一架北美航空的FJ-4B戰斗機加油。

這個時候,錐套+軟管式的空中加油技術已經發展成熟。

帆布或者橡膠制成的錐套起到了一定程度的空氣動力學穩定作用,同時也方便受油機的管子頭部更容易地與加油管連接。

受油機從加油機的后下部緩慢靠近,實施“投籃”操作,努力讓受油管進入錐套形成的籃筐內。

這個操作一定要足夠輕柔,此時兩架飛機的相對速度要小于成人的步行速度。

接觸瞬間,如果相對速度過大,會使得軟管和錐套擺動起來,一旦跨過空氣動力學層面的穩定范圍,管子和錐套就成了揮舞的長鞭。

曾有過受油機碰觸錐套,不慎引發甩動,加油管直接擊碎受油機的玻璃,打傷飛行員的情況出現。

接觸瞬間,相對速度還不能太小。因為要有足夠的能量給受油管和加油軟管賦予契合的狀態。否則,如果僅僅是接觸,而沒有穩定卡住的話,當燃油傳輸過來,就會因壓力的突變而造成燃油泄漏。

可以說,錐套+軟管的空中加油,就是一種在空中拿著長矛繡花的藝術。

錐套+軟管的加油技術,雖然對受油機飛行員的技術要求苛刻,而且容易受到天氣的影響,但是,她有一個明顯的好處:

能夠借助多根軟管同時給多架飛機加油。

上圖是一架來自420空中加油中隊的KB-50J準備給3架飛機加油的場景。

小火箭風格:

這3架飛機分別是麥克唐納的F-101A、道格拉斯的B-66和北美航空的F-100D。

錐套+軟管的加油方式的靈活性在上圖這個飛行展示中表現得淋漓盡致:

2架A-3和1架A-4實施空中加受油作業。其中,中間那架A3既是加油者,也是受油者。

錐套+軟管的加油技術在進行拓展后,就能夠惠及直升機了。

上圖為2006年1月7日,美國空軍特種作戰司令部派出的一架HC-130P正在路易斯安那州南部的天空中為一架HH-60鋪路鷹搜救直升機實施加油作業。

這樣的加油作業能夠使得搜救直升機連續執行10個小時以上的任務。在颶風過后,72小時的黃金救援期內,讓搜救直升機持續工作很有可能會多為幾十人提供至關重要的救援服務。

一架KC-130加油機正在同時給兩架CH-53E直升機加油。這兩架CH-53E各自吊運著兩輛多用途戰術車輛。

一架KC-130同時給兩架海鷂垂直/短距起降戰斗機加油。

一架伊爾-78空中加油機正在同時為2架蘇-30戰斗機提供空中加油服務。

錐套軟管的加油技術已經非常成熟,可以通過吊艙的方式集成在多種型號的飛機上。

上圖吊艙前部的小螺旋槳是干什么的?這個我之前已經詳細和大家分析了,詳見小火箭的公號文章《飛機上的小老鼠:沖壓空氣渦輪》,本文不再贅述。

錐套軟管式加油,往往被稱作 飛錨式。

還有一種硬桿套管的加油技術,被稱作 飛椼式。椼:yan3,音:眼。

套管

這是一架KC-135加油機通過硬桿套管的飛椼式技術給一架C-17運輸機加油的場景。

套管平時藏在加油機腹部體內,需要使用時,向下向后伸出。

套管外,有兩片呈130°布置的氣動舵面,用于加油機的精細操作。

受油機在加油機機身中軸線以后和以下800米的時候,加油機操作員開始實施精細瞄準。

上上圖是從KC-135加油機向F-15受油機拍的照片。

上圖則是F-15受油機飛行員忙里偷閑,抓拍的一張KC-135加油機的照片。

這下子,加油和受油兩個視角咱們就都有了。

這位KC-135加油機上的工程師正在聚精會神地瞄準一架F-16戰斗機的受油孔。

硬桿的上下活動范圍為0°到53.8°,左右活動范圍是±33.8°。

如果加油機操作員和受油機飛行員藝高人膽大的話,可以實施上圖這樣的超級大傾角加油作業。

通過遠處的地平線和這架B-52的機翼的夾角分析,該機此時的滾轉角超過了50°!

這種操作,在受油機徹底沒油了,需要用救命的燃料盡快恢復發動機工作的時候,或許有些作用。平時,更多地是在鍛煉飛行員的膽量和摸索武器裝備的性能極限。

要想成為真正的戰略空軍,裝備、技術和膽識,缺一不可。

有時候,加油機和受油機的巡航速度差別比較大,這就更需要大家相互配合了。

比如KC-97加油機。她是從C-97的基礎上改進而來的,由4臺普拉特·惠特尼R-4360螺旋槳發動機和2臺通用電氣的J47-GE-23渦噴發動機共同提供動力。

有關通用電氣,詳見小火箭的公號文章《小火箭 | 對工業巨頭通用電氣公司近期重大事件的分析》。

KC-97的巡航速度只有370公里/小時。

而A-7海盜II則是噴氣式戰斗機。雖然是亞聲速設計,但是想要突破1000公里/小時的速度還是比較輕松的。

于是,當我們看到由螺旋槳發動機和渦噴發動機共同驅動的KC-97采用硬桿套管給A-7噴氣式戰斗機實施空中加油作業的時候,還是會有些驚嘆飛行員的技術的。

KC-135正在給F-35加油。

一架意大利空軍的KC-767空中加油機正在美國莫哈維沙漠上空練習加油作業。

充當陪練的,是一架美國空軍的B-52H戰略轟炸機。攝于2007年3月5日。

2015年9月25日,澳大利亞皇家空軍的KC-30A加油機完成了對美國空軍F-35A的空中加油作業。這是該機第一次實施對一架F-35的加油服務。

錐套軟管式和硬桿套管式的加油方式,各有特點。

美軍KC-10空中加油機實在難以取舍的時候,干脆兩個系統都裝了。

這是一架KC-10加油機給美國海軍的F/A-18大黃蜂艦載戰斗機實施加油作業的場景,典型的錐套軟管式。

KC-10加油機正在使用硬桿套管的方式給一架F-16戰斗機加油。另外還有1架F-15和一架F-16在等候。

注意,KC-10的套管和KC-135的套管不同。KC-10的管子只有1個空氣動力控制舵面。這個非常特別,因為經典的套管加油桿使用的是V形雙舵面。

KC-10加油機比KC-135猛得多,能夠裝載161.479噸燃油!幾乎是KC-135的兩倍了。

2005年,波斯灣上空,1架KC-10正準備給1架F-14D艦載戰斗機加油,2架F/A-18C在旁邊候著。

唉,永遠的大貓。當你初次見到一個人或者一個事物,就開始隱隱感受到離別的傷痛和不舍的時候,你一定是愛上她/他了。

對了,既然說起了KC-10的硬桿套管式的特殊,此時應該有上圖這樣一張高清特寫照片比較好。

KC-10A的最新版氣動舵面則走向了另一個極端:雙水平舵面,而且有帶內傾角的垂直舵面。

上圖為一架美國空軍的F-22猛禽戰斗機正在接受一架KC-10A加油機的加油服務。攝于2009年12月9日。

結束語

空中加油技術改變了戰爭的形態。往返航程超過1萬公里的長途奔襲開始出現。

馬島戰爭期間,英國動用了15架勝利者空中加油機(有關勝利者,詳見小火箭的公號文章《勝利者:英國迄今最后一款噴氣式戰略轟炸機》)。

整個戰爭期間,英軍實施了612次空中加油作業,保證了阿森松空軍基地到馬爾維納斯群島的往返13100公里的長途奔襲的成功。

海灣戰爭期間,在109877架次的飛行任務中,加油機占了15435架次。這些加油機總飛行時長為59949小時,為45956架次的各式戰斗機和轟炸機提供了有力的保障。

0.38萬噸燃油在海灣戰爭充滿硝煙的熱點區域上空實施了空中傳輸。

空中加油為人類刷新了飛機留空時間的世界紀錄,在上世紀30年代為洲際客運提供了可行性,后來則改變了戰爭的形態,豐富了飛行器在戰爭中的應用模式。

無論是錐套軟管(飛錨式),還是硬桿套管(飛椼式),都能夠有效提升受油機的作戰半徑和持續飛行時間。

對了,除了咱們在前文探討的區別外,這兩者在燃油傳輸速度上有著較大差別:錐套軟管不能承受太大壓力,所以傳輸速度一般控制在1590升/分鐘以內;而硬桿套管則能夠以高壓方式泵油,可以達到6500升/分鐘的傳輸速度。

一架C-17運輸機正在接受伸縮套管式的空中加油。該機頭部的王的字樣,為加油機指示了受油孔的位置。

版權聲明:

本文是邢強博士原創文章,騰訊獨家內容。歡迎朋友圈轉發。

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這次飛行,持續了12秒,飛行距離接近37米。上圖為奧維爾·萊特正在奮力操控飛行者1號飛機。

他俯臥在下部機翼上,屁股則緊貼在用于操縱機翼扭曲程度的控制支架上。威爾伯·萊特在旁邊奔跑著,告訴奧維爾飛機的姿態情況。

當天,萊特兄弟共試飛了四次,最成功的一次飛行中,飛機持續留空時間為 59 秒,飛行距離達到了260米。

(以上就是小火箭風格的有關人類首次重于空氣的飛行器的飛行記錄。)

1906年,法國的瓦贊兄弟成立了一家飛機制造公司。

亨利·法曼從瓦贊兄弟手里買到了法曼家的第一架飛機。

當時,大部分人還不知道飛機長什么樣子。亨利·法曼的媳婦兒覺得這種用帆布和鋼索拼起來的看起來一碰就散架的東西根本就不能安全飛行,認為自己的老公不務正業,想讓亨利最寵愛的弟弟莫里斯·法曼來勸勸亨利,把飛機退了。

弟弟莫里斯急忙趕回來,想著替嫂子來勸勸哥哥,回到賽車手的隊伍里來。

不過,莫里斯一眼看到飛機,就真心喜歡上了。

久未碰面的兄弟倆兒,徹夜長談后,身上帶著2個賽車大獎賽冠軍光環的弟弟莫里斯毅然向雷諾車隊提出辭呈。

天一亮,弟弟莫里斯奔赴瓦贊兄弟的飛機制造廠,也買了一架飛機!

上圖就是莫里斯坐在飛機里準備飛行的場景。

那時候,飛機太貴了。即使是對于賽車手冠軍來說,購買飛機也是一筆不菲的支出,基本上花光了兄弟兩人職業生涯的所有收入。

但是,

命運女神終究是會照顧那些充滿夢想的人的

1907年12月,消息靈通的好友找到法曼兄弟,告訴了他們一個好消息:

歐洲首富,石油大亨默爾特,在1904年的時候,得知美國萊特兄弟成功實現了飛機的飛行之后,非常激動,當即就宣布了這么一個大獎:

誰要是第一次實現駕駛飛機完成一個長度為1公里的環形軌跡飛行的話,就獎給誰5萬法郎!

法曼兄弟聽到有這么個大獎,非常高興。但是,由于當時的飛機的航向穩定性和滾轉穩定性都比較差,飛這樣的圓形軌跡有很大風險。

亨利·法曼作為二哥,毅然決定自己來飛,讓弟弟莫里斯·法曼在地面為他助威。

公元1908年1月13日,畫家亨利,自行車手亨利,職業賽車手亨利,坐進了他傾盡所有購買的瓦贊雙翼機。

晨光灑滿了法國的一片草場,發動機的轟鳴聲驚起一群飛鳥。

亨利·法曼做出了他最喜歡的舉動:把油門開到最大。

飛機拔地而起

弟弟莫里斯·法曼揮舞帽子,提醒哥哥,只要完成1公里環形飛行就行,沒人跟他比速度,獎金里對速度快慢也是沒有限制的。

亨利哪管這些

他憑著自行車手的體力和職業賽車手對機械系統的直覺,靈巧而又無畏地駕駛雙翼機,加速,加速,再加速!

雙翼機的帆布鼓了起來,迅速地抖動著。你聽到了什么?

沒錯,這是人類奮進的聲音。這聲音,來自遠古的第一次鉆木取火的摩擦,來自大航海時代那鼓漲的風帆,來自杜蒙在氫氣球下決絕和勇敢地啟動內燃機的瞬間。

一分二十八秒

亨利·法曼,駕駛一架雙翼機,僅用1分28秒就完成了人類首次環形飛行。這1公里長的空中賽道,永恒地記住了亨利·法曼對速度的追求。

5萬法郎,這在當時是一筆天文數字級別的獎金了。歐洲石油大亨默爾特對人類航空技術的發展有著突出的貢獻。

(小火箭在這里要再多說一句的是,當年桑托斯·杜蒙駕駛飛艇環繞埃菲爾鐵塔那個10萬法郎的大獎,獎金同樣也是默爾特提供的。詳見小火箭的公號文章《里約奧運會開幕式那架飛機背后的傳奇》。)

亨利·法曼的媳婦兒趕到現場,給了丈夫一個深情的擁抱,從此也就認可了亨利成為航空先驅者的事業。

亨利·法曼拿到5萬法郎的獎金后,準備怎么花呢?

他沒有買賽車,車已經不是他的最愛,他也沒有去買飛機,因為他覺得別人家造的飛機,還是慢,還是飛不遠。

亨利·法曼和三弟莫里斯·法曼,邀請巴黎最大的汽車代理商的老板,當時的世界頂級工程師理查德·法曼參加家庭聚會。

又一個法曼?

是的!世界上最早一批開發電動車、研究航空飛行動力學的工程師,同時代最成功的汽車代理商理查德·法曼,是亨利·法曼和莫里斯·法曼的親哥。

理查德·法曼是大哥,亨利·法曼是二哥,莫里斯·法曼是三弟。

三人一拍即合,成立了法曼兄弟飛機制造廠,決定自主研發最先進的飛機!

法曼三兄弟通力合作,研制了200多種飛機。

噢對了,小火箭這里要特別指出的是:亨利·法曼還是世界上最早用飛機做載客飛行的飛行員,乘客就是他的媳婦兒。

注意上圖亨利的媳婦兒的腰。那里系了一根粗繩,綁了兩圈。

那是世界上最早的給乘客用的航空安全帶。

法曼三兄弟對速度的追求是不限領域的,就像小火箭對技術的追求也不會囿于航空航天和航海的限制一樣。

1924年,法曼飛機制造廠出品了一款由螺旋槳驅動的快艇。

這艘艇能夠以67.5節(125公里/小時)的速度航行!這在當時絕對是非常驚人的船舶速度。

賽車手出身的法曼兄弟難舍對汽車的關注。法曼飛機制造廠出品了多款以高速度和發動機高可靠性聞名的汽車。上圖為法曼出品的法曼A6汽車。

按照小火箭定律:迄今為止,在人類工程技術發展史上,幾乎沒有任何一項尖端技術能夠被軍方所忽略。不管這項技術的初衷到底是用于提升人類的生活質量還是僅僅用來滿足人類的好奇心,最終這些家伙大多都被拿來用于增強軍隊的作戰效能了。

法曼三兄弟的設計,當然也難逃定律。

第一次世界大戰期間,法曼出品的法曼F.60歌利亞號重型轟炸機(一戰標準),能夠攜帶1噸重的炸彈奔赴1500公里以外的戰場。

不過,戰后,法曼兄弟還是立刻投身到商業中了,沒有持續為軍方供貨,沒能成為軍火巨頭。這也就是法曼兄弟至今不夠聞名的原因。小火箭今天就是要給他們恢復榮耀。

法曼的歌利亞號轟炸機代表了當時遠程飛行的技術巔峰。戰后,曾經把媳婦兒送上天空飽覽巴黎美景的亨利認為,如果能夠讓更多人飛到天上看一看,應該會有更多人接受和支持航空業。

于是,1919年2月8日,由歌利亞號轟炸機改裝而成的客機開始執飛巴黎與倫敦的往返航班。

藤條編制的座椅和運送行李的雙輪手推車非常有時代感。

誰知,這歌利亞號的商業運營,引發了一場鏖戰!也就催生了空中加油技術!

競賽

我們知道,人類最早的重于空氣的飛行,是萊特兄弟在1903年12月17日上午的那次12秒的飛行。

隨后,萊特兄弟自己打破了這個留空時間的世界紀錄。

在萊特兄弟18次刷新世界紀錄之后,飛機留空時間的紀錄保持在:

2小時18分33秒600毫秒 (1908年12月31日)

然后,就是法曼兄弟和其他先驅者的時代了!

1909年11月3日,亨利·法曼駕駛他自己設計的飛機,以4小時17分35秒的成績,創造了新的留空時間世界紀錄。

1910年12月18日,亨利·法曼駕駛他的三弟莫里斯·法曼設計的飛機,以8小時12分45秒的成績,再次創造了新的世界紀錄。

而歌利亞號,原本設計就是用來做戰略轟炸的飛機,進行改裝之后,用于創造重于空氣的飛行器的留空時間的世界紀錄是再合適不過的了。

1920年6月3日,滿載油料的法曼航空歌利亞號起飛,創造了24小時19分07秒的留空世界紀錄!

嗯,在這個時代,就已經有能夠持續飛行超過一天一夜的飛機了。

這期間,容克斯和福克的兩款單翼機加入了競賽,并且挑戰成功。

1921年12月29日起飛的容克斯JL-6以26小時19分35秒的成績戰勝了法曼的歌利亞F.60。

不過,這個勝利沒有維持多久。

法曼兄弟卯足了勁,準備一錘定音。

1922年10月14日,法曼的歌利亞F.60起飛,然后創造了34小時14分07秒的留空世界紀錄,也就是1天10小時14分07秒。

這是人類制造的重于空氣的飛行器首次持續飛行超過30小時。

加油

1922年年底,美國兩位軍官,史密斯和里克特,開始了一項訓練。他們像扔棒球和接棒球那樣來回拋接一根綁著銅頭的軟管子。

他們有他們的想法:

美國雖然暫時沒有法曼兄弟那樣瘋狂的設計師,暫時沒有歌利亞號那樣的重型飛機,但是美國有他們這樣不服氣的飛行員!

他們認為,美國的飛機留空時間比不過法國和德國的飛機,主要是因為載油量太少。

于是,一個大膽的想法誕生了:

史密斯和里克特,駕駛飛機升空,然后尋求雙機編隊飛行,把其中一架飛機里的油輸送給另一架,讓另一架繼續滿油飛行,去創造新的留空時間世界紀錄。

說干就干!

空中加油的設想,從1909年的這幅漫畫里,已經有所體現了。

1917年,俄國飛行先驅兼王牌飛行員亞歷山大·德塞維爾斯基少校提出了通過軟管來傳遞兩架飛機的燃油,實現空中加油的詳細技術方案。

亞歷山大后來到美國定居,成為舉世聞名的航空工程師,一生有365項專利(包括空中加油、航空炸彈的陀螺儀穩定系統等。)

所以說,空中加油至少是有理論基礎在支撐的。

1923年4月20日,史密斯和里克特駕駛飛機升空,然后嘗試用一根15米軟管實現了連接。在保持連接的40分鐘時間里,并沒有燃油通過,但是至少證明了方案是可行的。

1923年6月,兩人接受了亞歷山大的建議:給軟管的一端安裝了截止閥,這樣真的通過燃油進行加油的時候,如果突然不慎軟管接頭與受油機脫離的話,燃油不至于到處亂噴。

1923年8月27日,史密斯和里克特,駕駛英國產的DH.4雙翼轟炸機從加利福尼亞州的洛克威爾軍用機場起飛。另外一架DH.4滿載燃油也準備起飛。

隨后,兩架飛機在加利福尼亞州上空編隊飛行。

傍晚時分,驚險的一幕出現了!

只見兩架飛機十分默契地組成了一上一下,靠上的飛機略靠前的陣型。

然后,靠上的那架DH.4轟炸機的飛行員打開了轟炸艙門。

不過,飛出來的,并不是炸彈,而是一根軟管。

靠上的飛機小心翼翼地,如同牛仔拋出套索一般,把軟管甩出機身。

坐在靠下的飛機后座的里克特,則干脆從座艙里站了起來。

他嘗試抓了幾次沒抓到,后來干脆跳了起來!

終于,他抓到了軟管。并且成功把軟管的接頭連到了自己飛機的油箱口上。

小火箭費了一些周折,終于聯系到了一位好友,并且一起努力找到了有可靠證據證明的1923年8月27日當天的空中加油大挑戰的真實照片:

泛黃的歷史照片,透著一股奮力拼搏的探索精神和競技精神,這是人類文明發展史上又一次閃耀璀璨光芒的瞬間。

要知道,萬一接軟管的人一腳踩滑了可就溜到機艙外面去了。

而靠上的飛機如果把握不好拋管子的時機,管子很有可能會被絞到靠下飛機的螺旋槳上,后果不堪設想。

好在當時勇敢的嘗試,取得了可喜的成果。

公元1923年8月27日,空中加油的成功讓人類駕駛的飛機的留空時間的世界紀錄刷新為1天13小時15分14秒。

在這超過37小時的時間里,飛行先驅們進行了9次空中加油作業,共輸送了2600升航空汽油140升機油

(之前,1922年10月14日,法曼的歌利亞F.60起飛,然后創造了34小時14分07秒的留空世界紀錄,也就是1天10小時14分07秒。)

雖然法國的法曼的歌利亞F.60在1924年7月16日和7月17日的飛行中,以1天13小時59分10秒的成績從美國人手里奪回了留空時間的世界紀錄,但是空中加油的成功毫無疑問地給人類開啟了一個嶄新的航空時代。

發展

上世紀20年代,飛行先驅們對空中加油技術的癡迷達到了狂熱的程度,而留空時間的競賽也越來越白熱化。

公元1929年7月13日,美國兩位飛行家杰克遜和奧布萊恩駕駛寇蒂斯單翼機從密蘇里的圣路易斯起飛,準備向人類展示什么是真正的圣路易斯精神。

到7月14日,這架寇蒂斯飛機已經實施了空中加油作業,飛行表現很完美。

上圖為圣路易斯號接受空中加油的瞬間。杰克遜從駕駛艙里爬出,一屁股坐在飛機背部,淡定地抓取加油管。

機場上,人們已經準備好迎接兩位英雄凱旋了。

但是,人們只等到了加油機的返航,而圣路易斯號還在持續飛行。

7月15日,已經是第3天了,空中加油實施了多次,但是依然還是只有加油機返航。

天哪,這是要持續飛行100小時么?很多人這樣猜測著。

7月16日,機場上已經沒有很多人等待了,圣路易斯號飛機依然在天上飛著。

7月17日,100小時已過,圣路易斯號還是沒有準備返航的跡象。

7月18日,當地已經習慣了那架寇蒂斯飛機在上空的盤旋了。睡眠質量不太好的人,甚至開始抱怨飛機的噪聲了。

7月19日,圣路易斯號還在飛行,空中加油又進行了多次。

暴雨下過,狂風刮過,雨過天晴,撥云見日之后,圣路易斯號還在天上飛著。

直到公元1929年7月30日,圣路易斯號才終于肯返航著陸。

這架飛機,創造了17天12小時17分鐘00秒的新的人類飛機不間斷留空時間的世界紀錄!(也就是420小時17分鐘)

這次飛行,證明了空中加油技術不僅僅是飛行員一時僥幸完成的事情,而是可以成為日常操作的一部分,切實有效地提升飛機的續航時間。

同時,圣路易斯號也證明了,要想實現長時間留空,不僅體型碩大的飛機能夠做到,小飛機借助技術和膽量還有鼎力支持的隊友,也能做到!

1929年的這次持續17天12小時17分鐘00秒的世界紀錄甚至也沒有保持多久。

1930年6月,一架斯廷森小飛機以23天01小時41分30秒的成績刷新了世界紀錄。

在23天多的時間里,這架小飛機一共接受了223次空中加油作業!

期間,發動機還出了些問題,飛行員迎著風,拿著扳手趴在機頭實施了維修。爬出駕駛艙的時候,飛行員順便還向遠處扔出了幾袋子排泄物。

軟管

進入上世紀30年代,人們開始充分討論空中加油技術的應用。

美國和歐洲的郵政部門計劃用空中加油技術來拓展跨大西洋的郵政業務。北美一些航空公司甚至開始研究客機跨洲際飛行的空中加油方案了。

不過,后來,第二次世界大戰爆發,跨大西洋和橫穿亞歐大陸的洲際客機計劃被迫中止了。

二戰結束后,空中加油繼續發展。

1948年,波音推出了一款專職進行空中加油作業的飛機。

這種由B-29轟炸機改裝而來的飛機,編號定為KB-29。從此,軍用飛機里面,多了一個機種:加油機。

1949年2月26日到3月3日,美國第43轟炸機聯隊的一架B-50超級堡壘轟炸機(綽號 幸運女神II),在4架空中加油機(分別提前部署在了亞速爾群島、西非、關島和夏威夷)的協助下,歷經94小時1分鐘,實現了不間斷環球飛行。

從此,轟炸機的空中受油能力得到了驗證。戰略轟炸機和戰略空軍的概念再次被改寫。

后來,一部分B-50轟炸機也被改裝為加油機。

上圖為一架KB-50J空中加油機正在給一架北美航空的FJ-4B戰斗機加油。

這個時候,錐套+軟管式的空中加油技術已經發展成熟。

帆布或者橡膠制成的錐套起到了一定程度的空氣動力學穩定作用,同時也方便受油機的管子頭部更容易地與加油管連接。

受油機從加油機的后下部緩慢靠近,實施“投籃”操作,努力讓受油管進入錐套形成的籃筐內。

這個操作一定要足夠輕柔,此時兩架飛機的相對速度要小于成人的步行速度。

接觸瞬間,如果相對速度過大,會使得軟管和錐套擺動起來,一旦跨過空氣動力學層面的穩定范圍,管子和錐套就成了揮舞的長鞭。

曾有過受油機碰觸錐套,不慎引發甩動,加油管直接擊碎受油機的玻璃,打傷飛行員的情況出現。

接觸瞬間,相對速度還不能太小。因為要有足夠的能量給受油管和加油軟管賦予契合的狀態。否則,如果僅僅是接觸,而沒有穩定卡住的話,當燃油傳輸過來,就會因壓力的突變而造成燃油泄漏。

可以說,錐套+軟管的空中加油,就是一種在空中拿著長矛繡花的藝術。

錐套+軟管的加油技術,雖然對受油機飛行員的技術要求苛刻,而且容易受到天氣的影響,但是,她有一個明顯的好處:

能夠借助多根軟管同時給多架飛機加油。

上圖是一架來自420空中加油中隊的KB-50J準備給3架飛機加油的場景。

小火箭風格:

這3架飛機分別是麥克唐納的F-101A、道格拉斯的B-66和北美航空的F-100D。

錐套+軟管的加油方式的靈活性在上圖這個飛行展示中表現得淋漓盡致:

2架A-3和1架A-4實施空中加受油作業。其中,中間那架A3既是加油者,也是受油者。

錐套+軟管的加油技術在進行拓展后,就能夠惠及直升機了。

上圖為2006年1月7日,美國空軍特種作戰司令部派出的一架HC-130P正在路易斯安那州南部的天空中為一架HH-60鋪路鷹搜救直升機實施加油作業。

這樣的加油作業能夠使得搜救直升機連續執行10個小時以上的任務。在颶風過后,72小時的黃金救援期內,讓搜救直升機持續工作很有可能會多為幾十人提供至關重要的救援服務。

一架KC-130加油機正在同時給兩架CH-53E直升機加油。這兩架CH-53E各自吊運著兩輛多用途戰術車輛。

一架KC-130同時給兩架海鷂垂直/短距起降戰斗機加油。

一架伊爾-78空中加油機正在同時為2架蘇-30戰斗機提供空中加油服務。

錐套軟管的加油技術已經非常成熟,可以通過吊艙的方式集成在多種型號的飛機上。

上圖吊艙前部的小螺旋槳是干什么的?這個我之前已經詳細和大家分析了,詳見小火箭的公號文章《飛機上的小老鼠:沖壓空氣渦輪》,本文不再贅述。

錐套軟管式加油,往往被稱作 飛錨式。

還有一種硬桿套管的加油技術,被稱作 飛椼式。椼:yan3,音:眼。

套管

這是一架KC-135加油機通過硬桿套管的飛椼式技術給一架C-17運輸機加油的場景。

套管平時藏在加油機腹部體內,需要使用時,向下向后伸出。

套管外,有兩片呈130°布置的氣動舵面,用于加油機的精細操作。

受油機在加油機機身中軸線以后和以下800米的時候,加油機操作員開始實施精細瞄準。

上上圖是從KC-135加油機向F-15受油機拍的照片。

上圖則是F-15受油機飛行員忙里偷閑,抓拍的一張KC-135加油機的照片。

這下子,加油和受油兩個視角咱們就都有了。

這位KC-135加油機上的工程師正在聚精會神地瞄準一架F-16戰斗機的受油孔。

硬桿的上下活動范圍為0°到53.8°,左右活動范圍是±33.8°。

如果加油機操作員和受油機飛行員藝高人膽大的話,可以實施上圖這樣的超級大傾角加油作業。

通過遠處的地平線和這架B-52的機翼的夾角分析,該機此時的滾轉角超過了50°!

這種操作,在受油機徹底沒油了,需要用救命的燃料盡快恢復發動機工作的時候,或許有些作用。平時,更多地是在鍛煉飛行員的膽量和摸索武器裝備的性能極限。

要想成為真正的戰略空軍,裝備、技術和膽識,缺一不可。

有時候,加油機和受油機的巡航速度差別比較大,這就更需要大家相互配合了。

比如KC-97加油機。她是從C-97的基礎上改進而來的,由4臺普拉特·惠特尼R-4360螺旋槳發動機和2臺通用電氣的J47-GE-23渦噴發動機共同提供動力。

有關通用電氣,詳見小火箭的公號文章《小火箭 | 對工業巨頭通用電氣公司近期重大事件的分析》。

KC-97的巡航速度只有370公里/小時。

而A-7海盜II則是噴氣式戰斗機。雖然是亞聲速設計,但是想要突破1000公里/小時的速度還是比較輕松的。

于是,當我們看到由螺旋槳發動機和渦噴發動機共同驅動的KC-97采用硬桿套管給A-7噴氣式戰斗機實施空中加油作業的時候,還是會有些驚嘆飛行員的技術的。

KC-135正在給F-35加油。

一架意大利空軍的KC-767空中加油機正在美國莫哈維沙漠上空練習加油作業。

充當陪練的,是一架美國空軍的B-52H戰略轟炸機。攝于2007年3月5日。

2015年9月25日,澳大利亞皇家空軍的KC-30A加油機完成了對美國空軍F-35A的空中加油作業。這是該機第一次實施對一架F-35的加油服務。

錐套軟管式和硬桿套管式的加油方式,各有特點。

美軍KC-10空中加油機實在難以取舍的時候,干脆兩個系統都裝了。

這是一架KC-10加油機給美國海軍的F/A-18大黃蜂艦載戰斗機實施加油作業的場景,典型的錐套軟管式。

KC-10加油機正在使用硬桿套管的方式給一架F-16戰斗機加油。另外還有1架F-15和一架F-16在等候。

注意,KC-10的套管和KC-135的套管不同。KC-10的管子只有1個空氣動力控制舵面。這個非常特別,因為經典的套管加油桿使用的是V形雙舵面。

KC-10加油機比KC-135猛得多,能夠裝載161.479噸燃油!幾乎是KC-135的兩倍了。

2005年,波斯灣上空,1架KC-10正準備給1架F-14D艦載戰斗機加油,2架F/A-18C在旁邊候著。

唉,永遠的大貓。當你初次見到一個人或者一個事物,就開始隱隱感受到離別的傷痛和不舍的時候,你一定是愛上她/他了。

對了,既然說起了KC-10的硬桿套管式的特殊,此時應該有上圖這樣一張高清特寫照片比較好。

KC-10A的最新版氣動舵面則走向了另一個極端:雙水平舵面,而且有帶內傾角的垂直舵面。

上圖為一架美國空軍的F-22猛禽戰斗機正在接受一架KC-10A加油機的加油服務。攝于2009年12月9日。

結束語

空中加油技術改變了戰爭的形態。往返航程超過1萬公里的長途奔襲開始出現。

馬島戰爭期間,英國動用了15架勝利者空中加油機(有關勝利者,詳見小火箭的公號文章《勝利者:英國迄今最后一款噴氣式戰略轟炸機》)。

整個戰爭期間,英軍實施了612次空中加油作業,保證了阿森松空軍基地到馬爾維納斯群島的往返13100公里的長途奔襲的成功。

海灣戰爭期間,在109877架次的飛行任務中,加油機占了15435架次。這些加油機總飛行時長為59949小時,為45956架次的各式戰斗機和轟炸機提供了有力的保障。

0.38萬噸燃油在海灣戰爭充滿硝煙的熱點區域上空實施了空中傳輸。

空中加油為人類刷新了飛機留空時間的世界紀錄,在上世紀30年代為洲際客運提供了可行性,后來則改變了戰爭的形態,豐富了飛行器在戰爭中的應用模式。

無論是錐套軟管(飛錨式),還是硬桿套管(飛椼式),都能夠有效提升受油機的作戰半徑和持續飛行時間。

對了,除了咱們在前文探討的區別外,這兩者在燃油傳輸速度上有著較大差別:錐套軟管不能承受太大壓力,所以傳輸速度一般控制在1590升/分鐘以內;而硬桿套管則能夠以高壓方式泵油,可以達到6500升/分鐘的傳輸速度。

一架C-17運輸機正在接受伸縮套管式的空中加油。該機頭部的王的字樣,為加油機指示了受油孔的位置。

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