加油机的诞生与发展
加油机是给飞行中的飞机和直升机补加燃油的飞机,通常由大型运输机改装而成,在部队编成上,大都隶属于运输机航空兵。经过空中加油的飞机飞得更远,可以有效地扩大战场的空间范围,因此,人们将加油机称为战场“放大器”。
一、早期的空中加油活动
人类进入航空时代后,飞得更快、更高、更远,就成为人们永恒的追求。要想飞机留空时间更长,飞行得更远,主要办法是加大飞机的油箱,多装载油料。这个道理很简单,但实行起来却很困难。因为飞机是一个完整的系统,飞行得远,只是衡量飞机性能的一个指标。特别是军用飞机,在有效载荷确定的条件下,多载油,只能减少其装载武器弹药的数量,降低作战飞机的作战能力;而多载武器弹药少装载油料,虽然作战飞机作战能力得到提高,但飞机航程和留空时间短,影响到它的作战范围和待续时间,同样会影响飞机的作战效能。在多载武器弹药还是多载油料这对矛盾中,人们往往面临两难的选择。在飞机载荷已定的条件下,能不能既不减少飞机的武器弹药,又使飞机飞行得更远、留空时间更长呢?于是,有人想到了在空中为飞行中的飞机进行加油的办法。不过,在两架高速飞行中的飞机之间进行空中加油谈何容易。
翻开历史不难发现,很多伟大的发明都是源自人们的一些异想天开的美妙想法。空中加油技术也是这样。在第一次世界大战结束后风靡西方的飞行表演中,人们为正在飞行的飞机进行空中加油想法,竟然是在现代人眼中看来颇具神秘色彩的一个传奇故事中得到实现。1921年12月11日,美国人韦斯利·梅作出了一个胆大妄为的举动,他将一个装有5加仑汽油的桶绑在背上,从一架“林肯标准”型飞机的机翼上,爬到另一架与其几乎没有间隔的保持紧密编队飞行的JN-4“珍妮”型飞机的翼尖滑橇上。然后,再爬到JN-4的发动机处,取下油桶,将汽油倒进油箱,完成了人类史上的第一次空中加油。韦斯利·梅的成功,有力地促进了人们进行更为大胆和现实的空中加油活动。
1923年8月27日,美国陆军的两架DH-4B型飞机,在加利福尼亚州的圣地亚哥湾上空一上一下、一前一后地编队飞行。忽然,从上面一架飞机上垂下一根10米多长的软管。下面那架飞机上有一人站在座舱里,伸手抓住这根飘摇不定的软管,把它插进自己飞机的油箱。一会儿,一股航空燃油从上面那架飞机注入了下面这架飞机的油箱。这次空中加油,与现代的空中加油技术已经比较接近,因而被认为是飞机发展史上第一次真正意义上的空中加油。1929年元旦,发生了一件堪称空中加油发展史上里程碑的事件。那天,一架福克C-2A飞机,轮流接受两架道格拉斯C-1飞机的连续空中加油和其他补给大约40吨物资,创造了持续飞行150小时40分15秒的纪录。具体作法是:两架C-1飞机各携带2个装满油料的129加仑油料箱和1根能够从飞机底板舱口伸出的15米长的金属衬里软管在上方飞行。当C-2A从C-1下方靠近时,C-1的飞行人员从底板舱口放下软管,C-2A上的人员抓住软管后接到油箱口上。当C-1的飞行员打开携带油料箱的开关后,油在重力作用下流进C-2A的油箱,一次空中加油完成。这样,两架C-1轮流给C-2A加油43次,使它创造连续飞行时间的纪录。1930年这个纪录被提高到持续飞行25天。
二、空中加油技术的突破
早期的原始空中加油方式,完全靠飞行人员的技巧,重复性很差,与其说是空中加油,不如说是一种具有广告色彩的宣传性活动,不具备普遍推广的意义。然而,这种原始的空中加油活动预示着巨大的军事和经济效应,促进了机械空中加油技术的不断发展。20世纪30年代,真正具有普遍意义和大规模使用价值的机械空中加油技术终于诞生。
1933年,苏联的1架TB-1式轰炸机采用A·H·扎帕诺万内负责研制的加油设备,成功地给1架P-5侦察机进行了空中加油。美国是开展空中加油技术研究最早的国家之一。1934年美国空中加油公司成立后,加紧了空中加油技术与装置的研究。经过几年的研究,终于在1939年发明了“套住软管法”,这标志着空中加油技术有了突破性进展,空中加油的技术概念随之确立。然而,这种空中加油方法也存在不足,一是进行空中加油的加、受油机必须各由一名专职操作员完成加油软管的传递工作,这样,就没有可能为载油量小的、急需进行空中加油的单座作战飞机进行空中加油;二是这种加油技术,仍然采用重力加油方式,油料在两架飞机之间流速慢,空中加油耗时长,不适应给轰炸机、运输机等大型飞机进行空中加油;三是由于加、受油时间长,加、受油机之间保持密集的编队队形困难,容易对飞行安全产生不利影响。由于存在上述问题,这种空中加油技术未能推广应用。
另一个在空中加油领域享有盛誉的国家是英国。英国也是早期的航空大国之一,在空中加油领域作出了开拓性的贡献。还在1934年,英国就成功地进行了空中加油试验。20世纪40年代中期,英国研制出最早的“绞盘软管”式空中加油设备。这种设备很快在战争中得到应用。第二次世界大战中,英、美众多的轰炸机在太平洋上空进行了空中加油,然后进入德国占领区执行轰炸任务。
三、加油机的诞生
第二次世界大战末期,空中加油技术已经基本上达到了实用的水平,限于当时的作战方式和战场环境,人们的眼光都在关注着比空中加油技术发展更为重要的问题,专用空中加油机的研制显得并非急切。然而,大战末期发生的一件大事,为专用空中加油机的研制埋下了伏笔,这就是美国对日本的原子弹轰炸。大战刚刚结束,世界就形成了以美国为首的北大西洋公约组织和以苏联为首的华沙条约组织对立的两极冷战格局,展开了以研制核武器及运载工具为中心内容的军备竞赛,准备打一场核战争。当时,战略导弹还未研制成功,原子弹的唯一载体是战略轰炸机。当时的重型轰炸机都是活塞式飞机,最大航程只有几千千米,不可能携带原子弹飞行上万千米进入对方的国土投掷原子弹。在这种情况下,研制专用的空中加油机,通过空中加油延长战略轰炸机的航程能达到进入对方领土进行原子弹轰炸,就成为军事大国优先发展的项目。
1948年底,美国空军从英国购买了全套空中加油设备,美国波音公司也研制出硬管式(即伸缩套管式)空中加油设备。美国空军决定选择合适的飞机与空中加油系统研制专用的空中加油机。波音公司承担了研制任务后,采用当时技术比较成熟的软管式空中加油系统,很快将正在淘汰的B-29和B-50轰炸机改装成KB-29M和KB-50空中加油机。交付使用后,美国空军于当年6月30日组建了最早的两个空中加油机中队。这两种空中加油机的研制成功并装备使用,标志着空中加油机的诞生。
1949年3月2日,又是空中加油史上一个值得记念的日子。这一天,美国空军的B-50轰炸机经过KB-29M加油机的4次空中加油,实现了环绕地球一周不着陆飞行,航程达到37523千米,这标志着空中加油技术达到了一个新水平。
50年代初,苏联也研制出类似的加油设备,研制了加油机。加油机的诞生,促进了空中加油技术、装置和加油机的快速发展。
四、活塞式加油机的发展
空中加油机的第一次大发展发生在20世纪40年代末期至50年代初期。通过这次发展,活塞式空中加油机达到了较大规模,使空军初步具备了大规模空中加油的能力,大幅度提高了作战飞机的航程,使空军基本上具备了跨越洲际进行远程作战的能力。
1949年,英国空中加油有限公司在“绞盘软管”式空中加油技术与设备基础上,推出的一种更加成熟的、能够大量使用的插头-锥管式加油技术和设备。这种设备延用至今,仍然是支撑空中加油的两种技术设备之一。英国空中加油有限公司的另外一种空中加油设备是编号为MK的“伙伴式空中加油”吊舱系统,皇家海军最先使用了这种吊舱,开创了伙伴式空中加油的先例。英国空中加油有限公司生产的这两种设备具有技术性能与稳定性好、维护方便简捷、使用寿命长、成本低的特点,被包括美国在内的世界上很多国家采用。
1950年,美国波音公司又将自己研制的硬管式空中加油技术安装在B-29轰炸机上,研制了最早的KB-29P硬管式空中加油机。美国空军在装备了KB-50软管式和KB-29P硬管式两种加油机后,经过反复比较,最终选择了加油速度快的硬管式空中加油系统。为了支持庞大的机群对苏联进行大规模空中核进攻的需要,美国空军将116架B-29和136架B-50轰炸机改装成硬管式空中加油机,初步形成了大规模空中加油的能力。
1951年,美国为了争夺核优势,开始加速战略空军的建设。为了与数量众多的核作战飞机相匹配,美国空军又将C-97运输机改装成硬管式空中加油机,用于给中程轰炸机和护航战斗机进行空中加油。KC-97空中加油机共生产了814架,成为美国空军第一代空中加油机的主力机型。
1957年1月,美国空军为了验证全球空中打击能力,命令装备不久的5架B-52战略轰炸机从加利福尼亚州的卡斯尔空军基地起飞,在98架KC-97加油机的支持下作环球飞行,历时45小时15分。KC-97加油机的速度与飞行高度均小于B-52战略轰炸机,不能伴随其飞行,只能在B-52飞行途中定点进行空中加油。这样,20架KC-97在加拿大东部上空、22架在北非上空、18架在波斯湾上空、12架在菲律宾上空、26架在关岛上空依次给B-52加油,才完成此次保障任务。
五、喷气式加油机的诞生
20世纪50年代中期至60年代,空中加油机迎来了第二次大发展时期。供油量更大,加油速度更快、载机飞行速度更大的喷气式加油机问世,1架加油机同时给多架飞机进行空中加油的技术成为喷气式加油机的基本技术。空中加油机的这次发展,是对应军用飞机喷气化和对美国苏联争夺军事优势需求的回应。
军用飞机进入喷气化后,巡航速度普遍达到亚音速和高亚音速,飞行高度普遍达到1万米以上的高空。航程远,载油量大,飞机的重量大幅度增加,发动机功率加大,耗油率大幅度提高。军用飞机的跨越式发展对加油机也提出新的需求,活塞式加油机已不能满足需要:一是飞行速度慢,高度低,与喷气式飞机飞行性能差距大;二是载油量小,不用说需要大量加油的重型轰炸机和运输机,就是对大量的战斗机、攻击机的需求也很难满足;三是加油速度慢,不能满足军用飞机对于快速空中加油的要求。由于存在上述差距,喷气式飞机当需要进行空中加油时,不得不降低高度,减小速度,长时间与加油机保持密集编队飞行才能完成空中加油,不但加油效率低,而且也容易发生事故。这样,研制载油量更大、加油速度更快、飞行高度速度与喷气式飞机相匹配的喷气式加油机势在必行。
1956年,美国空军的第一架KC-135A“同温层油船”喷气式加油机首飞。第二年,美国空军KB-29加装了英国空中加油公司生产的MK-17型空中加油吊舱,成为多点式空中加油机。60年代中期,英国空军将“胜利者”战略轰炸机改装成空中加油机进入皇家空军服役。该空中加油机用两个MK-20翼下空中加油吊舱和一个装在机身下面的MK-17B软管绞盘装置,首次开创了一架油机同时为3架战斗机进行空中加油的先例。在这一时期,苏联空军在图-16喷气式中型轰炸机的基础上研制了图-16型空中加油机,组建了喷气式空中加油机部队。
六、加油机的发展趋势
在现代战争中,加油机已经成为军队机动作战的一个支柱,对战争的进程与结局有着重要影响。当前,加油机的发展表现出五点趋势:
一是全面完善自动化空中加油技术。不断提高空中加油的自动化程度,当前主要是在技术上克服机翼振动、阵风和空气涡流对输油管稳定性的影响;继续完善计算机控制技术和摄像监控显示技术;加强自动加油管理系统和自动加油结合系统等。
二是发展能够提供更多油料的大型加油机。加油机主要用于为军用飞机在空中补充油料,支援作战飞机机动、战略空运、战略侦察和远程作战。加油机所能提供的油料越多,作用越明显。因此,发展载油量更大的加油机成为军事强国的一种要求。
三是提高空中加油机的自卫能力。当前装备的绝大部分加油机既无火力系统,又无预警装置,主要采用将加油区域放置在战场后方并采取安排战斗机掩护等措施保证加油机安全。由于加油机大都是大型飞机,机体大,飞行速度和机动能力都有限,加之有时需要安排到有一定危险的区域进行空中加油,加油机还是容易受到攻击,特别是红外导弹的攻击。当前,一些国家正在加油机上安装卫星数据系统和联合作战信息分发系统,以使加油机飞行员随时了解空中安全形势;加装无源导弹告警系统和多普勒雷达系统,并安装投放红外干扰弹、金属箔条丝的综合防卫装置,以对付敌红外导弹的攻击;在加油机上使用隐身材料,减少雷达反射面积,提高隐身性。
四是发展运输、加油两用机。大型加油机都由同型运输机改装而成。如果将其改装成专用加油机,当不需要空中加油时则会闲置无用而造成资源的浪费。如将其改装成空中运输、加油两用飞机,使用起来就方便得多。当需要当运输机使用时就进行空运;当空中加油任务多时就作为加油机使用。这也是当前装备加油机较多国家的基本作法。如英国皇家空军研制的“空中客车”飞机,既可作为洲际运输机使用,执行战略空运任务;也可兼作空中加油机,为战略空运和远程作战进行空中加油。美国空军的KC-10、KC-135都是运输、加油两用机。
五是世界强国空军在研制新型军用飞机时通常都要求具有加油、受油能力。美国军用标准规定:所有飞机都应该具备空中加油的能力或具有供空中加油使用的空间和结构措施。英国和法国等西方国家在军用飞机研制的初始阶段都考虑空中加油、受油
问题。
空中加油机的作用与
操作过程