云端上的“穿针引线”

本文转自：解放军报

空中加油——

云端上的“穿针引线”

■姜子晗李 伟钟永填

前不久，欧洲空客防务与航天公司开展了无人机自主化空中加油技术飞行测试。测试飞行期间，A310MRTT加油机和Do-DT25无人机全程采用人工智能和协作控制系统指挥，引起军迷关注。

二战以来，世界各军事强国竞相发展空中战略打击武器。空中加油机作为增大战机航程、延长续航时间的关键利器，可以有效提升空军远程作战能力。可以说，空中加油能力是现代空战的制胜要素，其技术及配套设施的研发制造水平体现出一个国家航空工业发展水平。

目前，世界上仅有美、俄、中、英等少数国家具备空中加油能力。那么，空中加油技术经历了怎样发展？其技术难点有哪些？未来发展趋势如何？请看本文解读。

软式加油上演“长空之吻”

有人把空中加油技术比作“长空之吻”，那么这项技术又是何时诞生的呢？

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年一个清晨，美国圣地亚哥湾上空，2架DH-4B飞机编队飞行，前方加油机在空中放出一根10多米长的加油软管，后方受油机飞行员迅速爬出座舱，抓住飞舞的油管，徒手完成了人类历史上的首次空中加油。

10多年后，英国人发明出带有配重的加油软管，通过加油机和受油机两根导索的牵引，将加油软管拖入受油机，开创了软式加油方式。不过，无论是人工拖拽还是空中挂锁，油管与加油探头的对接始终是航空设计师持续攻关的技术难题。

如何让飞舞的软管完成高空精准对接？各国航空设计师首先在“管口”上下功夫。英国皇家空军理查德少校在软管末端增加了圆锥形套笼，既能提升软管对接稳定性，又便于受油机的加油探头准确地插入油管。苏联试飞员伊戈尔则另辟蹊径，采用翼尖对翼尖加油，以避开飞机前后近距离飞行时的不利气流影响，降低空中对接难度。

在万米高空进行空中加油要攻克以下3道技术难关：

响应关。如果将空中加油比作“放风筝”，那么加油机必须拉紧软管这根“风筝线”——控制软管收放的绞盘要根据2架战机的相对速度，实时调整转速，既要避免松弛的软管在气流的作用下产生鞭甩情况，还要防止软管拉力过大导致断裂。

为了让空中加油的软管变得“刚柔并济”，俄罗斯军方在加油吊舱上增设了响应装置，与收放装置一体随动，完美解决这一问题。响应装置利用风门中的随动涡轮测量风速，通过机械传动实时调整收放装置的传动比，巧妙避开了电子控制的延迟性和低可靠性，实现加油软管的收放自如。

抛放关。当加油软管放出后不能正常收回，需要及时将软管松脱抛放，避免意外撞击事故。不少国家采用软管切断器，由人工启动爆炸装置驱动刀片切断软管。

然而，为实现软管的应急剪断，加油软管放弃了可以增加强度的钢丝编织层，只使用了尼龙编织层，软管寿命受到影响，维护成本直线上升。因此，部分国外航空公司选用吊舱抛放装置，整体抛放吊舱和软管，无须剪断软管也不用改变软管材质，既保证了战机安全，又能有效降低成本。

增压关。为高效进行输油，空中加油吊舱通常设置有气动油泵，由战机螺旋桨带动工作。在战机飞行过程中，因为气动力一直存在，油泵全时工作造成故障多发，部件更换频繁。

如何实现油泵加压的科学高效？俄罗斯研发出可关闭的涵道风扇式涡轮泵，通过内部活动锥头的前后调整，形成环形涵道，控制迎面气流进入后吹动涡轮转动，带动燃油泵对燃油进行增压。在不进行加油任务时，涡轮不工作，吊舱维持在待命状态，有效减少了涡轮泵的寿命消耗。

硬式加油实现“超级快充”

万米高空，给一架F-22战机加满油需要多少时间？

KC-46加油机给出答案：3分钟。身处危机四伏的空中战场，战机加油时间越短，生存概率越高。

为了实现“超级快充”，软式加油的软管经过多轮升级，从尼龙材料到钢丝编织，再到复合材料，随着软管输油压力提升，诸多技术瓶颈难以突破。面对现实困难，不少国家科研机构研发了硬式加油系统，借助钢结构实现高压加油。

硬式加油是使用大口径的固定伸缩管将油料泵入受油机，使其快速达到满油状态。相比软式加油，硬式加油方案更为复杂，一般需要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，并增设操作人员控制舱。空中加油时，加油机伸出加油桁杆，待受油机接近时，由操作人员控制加油桁杆对准受油机加油孔，完成油管衔接。

因此，硬式加油系统亦称“飞桁式加油”。欧洲最大的空中加油机空客A330MRTT就采用了这种方式，受油机无须追逐摇摆的加油软管，而是交由加油机操作人员完成对接。空客公司还为该机安装大功率增压设备，输油速度可达到每分钟4540升，轻松实现高效加油。

收益与风险往往并存。在硬式加油作业流程中，飞行员和操作人员的配合被视为最危险的一个环节。空中加油时，加油机上的操作人员需要通过操纵输油管上的V形小翼，带动加油桁杆伸长或收回，直至与受油管衔接，其中复杂的操作工序不能有丝毫偏差。如果在连接过程中发生错位，加油机则要重新更换输油管，卡滞的输油管还会造成机毁人亡的严重事故。

2018年，美国海军一架F-18战机在加油过程中与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F-35C战机在加油过程中与输油管剐蹭，导致受油管的锥套损坏，零部件还被吸入了进气口，造成发动机严重受损。

近年来，为达到“一杆进洞”的理想对接，空客公司在硬式加油自动对接技术上狠下苦功，成立自动化研究团队，通过影像学技术自动识别两机位置，利用智能算法精准操控加油桁杆，减轻了加油机操作人员的工作压力。

值得一提的是，各军事强国还在硬式加油的平台改装中加强气动分析，尽可能提升加油桁杆的操控稳定性。以美国空军KC-46A空中加油机为例，改装波音767客机历时8年之久，科研人员对加油机背景气流场、受油机气流干扰进行大量仿真计算，形成加油系统方案，并反复进行改装试验，才最终通过验收。

空中加油开启自动模式

进入新世纪，越来越多军事专家开始关注一个问题：随着战机与导弹系统迭代升级，加油机的能力是否跟得上武器装备发展速度？

2017年，一架美国KC-135加油机在密西西比州利福勒县发生坠毁事故。经调查，事故原因是操作人员经验不足，导致战机坠毁。

武器装备再先进，人员依旧是战斗力建设的关键因素。一般培养1名合格的加油机飞行员需要经过5至6年的学习训练，并在数名加油机教官的指导下，通过加油对接考核后，方可驾驶“空中油车”，要想成为加油机机长更是需要长达10多年的飞行经验。

为此，各国军方纷纷引入模拟训练系统。通常每名美军飞行员需要经过6次飞行任务才能掌握空中加油技术，每人费用开支为8万美元。当与VR训练系统结合使用时，任务数量可以减少到4次，每人费用开支也大幅缩减。

近年来，随着信息化技术快速发展，空中加油模式也持续迭代升级。2021年，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。这种加油机方案，有利于更好地完成作战任务，实现资源整合利用。

空中加油机信息化程度提高，催生出无人加油机的诞生。前不久，美国波音公司宣布，“黄貂鱼”MQ-25舰载无人加油机将部署到航母上，无人加油机在空中保持定速飞行，空中加油可实现“即停即走”。

由此可见，无人加油机的出现将降低人工操作的风险，并对环境有更强的适应能力。未来，根据多样化作战任务的需要，或将衍生出智能化程度更高的无人加油平台。

上图：A330MRTT加油机给2架战机进行空中加油。资料照片