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空中加油机制造难度大技术挑战不断

来源:解放军报
2022-04-22 08:12:14

  原标题:制造空中加油机有多难

  王明森 雷柱 李瑞

  年初,据以色列国防部透露,以色列将购买2架由波音公司制造的KC-46A“飞马座”新一代空中加油机,以提升空军远程打击能力。

  作为在飞行状态下为其他飞机补充燃油的特种飞机,空中加油机在现代战争中发挥着不可替代的作用,一直是各国空军竞相发展的主战装备之一。其在增加战机航程、续航时间和有效载重等方面的突出表现,赢得“空中力量倍增器”的美誉,并成为衡量一个国家远程空战能力的重要标志之一。

  浪漫的“长空之吻”,背后需要精湛的驾驭操控,更需要精良的制造工艺。此前,以色列已与美国签订购买8架KC-46A空中加油机的军购合同,但由于波音公司在制造过程中“小问题”接连不断,交付日期一再后延。这也足以见得,制造空中加油机并非易事。

  相比一般大型飞机,空中加油机既要有很大的载油量,又要有很高的经济性,空中加油技术方面难度则更大,这些都给空中加油机的制造提出了挑战。

空中加油机。资料图片

  “转身”升级:充满艰难的改装之路

  目前,全球范围内已有不少国家装备了空中加油机,但大多依靠购买他国产品,能够自主制造空中加油机的国家少之又少。

  作为现代空军武器装备中不可或缺的一员,空中加油机大多是由运输机、轰炸机乃至民航客机等改装而来。这对缺乏大型飞机研制技术的国家而言,无疑抬高了制造空中加油机的门槛。

  拥有大型飞机并不代表能制造出空中加油机,如何实现这场高难度跨越,背后充满着各种技术挑战。

  为满足加油机的特殊功能需求,一般需要对其原始平台重新进行结构调整。从内部结构看,主要是调整油箱和货舱的布局,以最大限度满足载油需求。从外部结构看,加油机还需要在机尾和机翼等位置安装相应的加油装置,实现与机身内油箱相连。

  最初,各国发展加油机都是以轰炸机为主要平台。二战末期,美国对B-29轰炸机进行升级改装。将其作为加油机并投入实战。英国则以“胜利者”轰炸机为平台进行加油机改装。苏联早期加油机也是由图-16和米亚-4轰炸机起步。

  由于这些飞机载荷有限,加上自身采用大耗油量涡喷发动机,难以提供较大的空中给油能力。发展更实用的空中加油机,急需一种载重能力更强、内部空间更大的改装平台。

  成熟的大型客机以其巡航油耗较低、维护保障便利、多用途潜力出色等优势,很快成为西方国家改装空中加油机的全新选择。法国依靠多型号空客飞机,一跃成为空中加油机研发强国。

  与轰炸机等大型军用飞机相比,民航客机改装加油机难度更大。民航客机在追求燃油经济性和远航性能的同时,不得不牺牲滑跑距离、机动性能、飞行速度适应范围、抗气流干扰能力和主体机构抗损伤能力等要素。在改装加油机的过程中,人们必须对这些性能进行合理改进,才能最终改装成功一款加油机。

  此外,繁琐的改装工艺也是一大技术挑战。除了常规加装加油设备和油箱外,按照军标重新进行电路走线和改进通信设备等,也是一件不容小觑的“麻烦”事。据报道,法国空客公司在A330客机改装多用途空中加油机的过程中,大概需要安装16000种新部件和约450种新电气线束,以及6000个支架和1700个连接器。

  事实上,加油机一旦经过改装“投身行伍”,还必须结合战场实际考虑自身配置。俄罗斯的伊尔78M-90A除采用更先进的机载设备和加油装置外,还专门加装了L370“维特伯斯克”机载主动防御系统,能有效应对来自红外和激光制导导弹的威胁。这些技术,无一不在加大一台先进空中加油机的制造难度。

  “长空之吻”:暗藏惊险的浪漫之举

  空中加油这项技术是何时出现的?

  早在第一架飞机问世之初,人们就开始设想各种不落地的加油方式。

  1923年,美国首次实现真正意义上的空中加油。美陆军一架单发动机DH-4B型飞机,在飞行中由另一架同型飞机以软管自流的方式进行了两次加油,从而揭开了空中加油史上新的篇章。当然,这个过程全程需要有人用双手捏住软管,操作难度等同一次“空中杂技”。

  20世纪30年代,空中加油技术有了一定发展,美国、苏联等国家都研制出了相应的机载空中加油设备。第二次世界大战期间,空中加油技术开始用于实战。盟军许多轰炸机通过在大西洋上空进行空中加油,实现了对德国本土的远程奔袭。

  目前,比较成熟并被广泛采用的空中加油技术主要有两种:软管-浮锚式加油方案和飞桁式加油方案(也称为硬式加油方案)。

  软管-浮锚式加油方案由英国空中加油公司于20世纪40年代开发,是应用最为广泛的空中加油技术。采用该方式进行空中加油,受油机只需在机首或机翼前缘加装一根受油管即可,加油机的加油设备则由绞盘、一条软管和一个漏斗式浮锚组成。浮锚上装有机械自锁装置,当受油管伸进浮锚后,浮锚会自动锁紧受油管口,使之与输油软管相衔接,从而完成加油工作。

  由于构造简单,便于拆装,一架大型加油机可安装数套软式加油设备,从而实现同时为多架战机加油,柔性的软管衔接也提高了加油机与受油机相对运动时的安全性。但软式加油的缺点也很突出:受气体紊流影响较大,衔接较为困难,对飞行员操作技术要求更高;输油软管承压能力有限,输油速度较慢,因此给大型军机加油时需要较长作业时间。

  飞桁式加油方案相比软管-浮锚式加油方案要更复杂。一般需在加油机尾部安装一个由两截刚性伸缩管组成的加油桁杆,以及一个操作人员控制舱。空中加油时,加油机伸出加油桁杆,待受油机接近时,由控制舱操作人员控制加油桁杆对准受油机加油孔,从而有效完成油管衔接。

  硬式加油可以采用增压设备提高输油速度,输油效率更高,设备稳定性和可控性也更好,受油机无须再去追逐晃动摇摆的加油软管,更容易对接成功。安装硬式加油设备的加油机一次只能给一架战机加油,并且需要有受过专业训练的加油操作员。

  现代空中加油技术在加油速度、可靠性、加油量等方面有了较大进步,但加油的惊险程度与早期几乎不相上下。空中加油,一场看似华丽的“长空之吻”,背后依然暗藏着无数风险。

  2018年,美国海军一架F18在加油过程中与KC-130J加油机相撞,导致两机坠毁,机组成员伤亡惨重。2019年,美国一架F35C在加油过程中与输油管剐蹭,导致受油管的锥套被破坏,零部件还被吸入了进气口,造成F35C发动机严重受损。

  此外,空中加油机还涉及多项关键技术。例如,为实现空中加油过程中“对接后自动输油”“脱开自动断油”,加油浮锚和受油管的机械结构在设计上必须十分可靠。硬管加油的输油速度普遍高达4000多升/分钟,但研发难度大,仍是很多国家需要突破的难点。

  光明前景:强能加身的“远航驿站”

  走过百年历程,空中加油机技术已由单机加油发展到30-50架飞机间的编队加油,由昼间加油发展到夜间加油,由一般气象条件下的加油发展到复杂气象条件下的加油。随着各种新技术的不断应用,新一代空中加油机也必将成为各型战机更加可靠的“远航驿站”。

  空中加油能力全方位增强。空中加油能力作为一项核心指标,一直以来是各国建造空中加油机的首要考虑。一方面,各国普遍选择运载量大的飞机作为新空中加油平台,以增强供油能力;另一方面,各国都在不断研发加油速率更高的加油系统,以提高加油效率。以空客公司研发的A330MRTT为例,该机同时拥有2型3个空中加油接口,其中软管加油器可以实现1590升/分钟加油作业,硬管加油器输油速度可达4540升/分钟,可以更好满足多个机型多种受油需求。

  执行任务类型多领域拓展。空中加油机作为一个重要的支援保障平台,其经济集约性越来越受到重视。从KC-767和A330MRTT两款空中加油机来看,未来的空中加油机应具备执行多种任务的能力,兼顾对燃料、货物、兵员的运输需求。特别是当战略空运力量紧缺时,兼具空运能力的加油机可有效减轻空军战略运输机群的压力。此外,通过安装传感器、战术数据链、通信网关等设备,空中加油机还可具备预警机、电子战飞机的部分功能,成为网络化战场环境中一个信息节点,为友机提供信息支援。

  信息化水平不断提高。机载设备高信息化已然是各国发展空中加油机的必然趋势。去年9月,国外某公司公布了新研发的LMXT加油机方案。方案显示,LMXT继承了空客A330MRTT的全自动吊杆系统空对空加油能力,应用了电传操作杆技术,且装备了基于联合全域指挥控制的开放架构系统。信息化、智能化不断提升,有利于更好完成作战任务,实现资源整合利用,还能实现加油机与广域战场空间其他作战单位的互联互通。

  同时,空中加油机在防御性和隐身性方面的发展,也为其更好遂行加油任务提供了保障。

  空中加油机一直以来都是敌方攻击的目标,因此,各国都在努力采取各种防护措施,以增强空中加油机自我保护能力。KC-46A加油机在制造时,便加装有雷达警告接收机和电磁脉冲防护、红外对抗设备,战场生存能力可见一斑。此外,通过对空中加油机机翼等外观的设计,并结合低可观察特征和伪装标记,也意在追求“隐身”效果而降低被攻击的概率。

责任编辑:王沥慷

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