国外直升机空中加油技术应用现状和特点研究

王 庆，蒋 辉

（中国直升机设计研究所，江西景德镇 333001）

0 引言

直升机实现空中加油，可增大作战半径、延长留空时间，直升机的续航时间和航程将不受所带燃油的限制，从而提高了预警、反潜、侦察和救援等任务的能力和效率。

直升机采用空中加油，使直升机能执行远距离任务和随机变动部署，直接飞到目的地就可以立即投入战斗，省去了使用其他交通载体进行转运的时间。此外，直升机采用空中加油，能使直升机在作战需要或紧急的情况下少装燃油，增加有效载荷，在高寒高原地区可凭借少装燃油获得必要的悬停性能，执行任务后再经空中加油后返回基地。而当直升机在崎岖不平的地带或有大树的森林地带飞行不能利用地面效应时，空中加油有助于直升机小载油量低空持续盘旋，提高执行诸如火场救援等特种任务的能力。

1 国外直升机空中加油技术的应用现状

目前全世界有20多个国家拥有空中加油机，但是真正掌握固定翼飞机空中加油技术的只有英、美、俄、法、中5个国家，其中美国已掌握直升机空中加油技术，具备全面而完善的直升机空中加油能力，技术最为成熟和先进。早在越南战争期间，美军便利用HC-130“大力士”加油机对HH-3E“快乐绿巨人”直升机进行空中加油，使HH-3E的留空巡逻时间增加到5小时。1967年5月两架HH-3E直升机利用空中加油完成了直升机第一次不着陆横越大西洋的飞行。从纽约飞到巴黎，全程6 870 km，累计飞行了30多小时，飞行途中每架HH-3E空中加油9次。1983年末，美国第六舰队的HC-4“黑种马”直升机作战支援中队的两架CH-53E“超级种马”直升机利用空中加油，从意大利的锡戈内拉基地直接飞到塞浦路斯的拉尔纳卡，以支援在贝鲁特附近海面上的美国海军舰只，飞行距离达1 650 km。1989年12月，美军入侵巴拿马时3架美军特种作战部队的CH-47D“支奴干”直升机利用加油机进行两次空中加油，直接从美国的坎内尔堡飞到了巴拿马，为及时参与战斗赢得了时间。相关美国进行的直升机空中加油如图1—3所示。

目前，除美国之外，世界上还有其他一些国家也在逐步开展直升机空中加油技术的研究。

为了参与美国空军新型战斗搜索和救援直升机计划的竞标，2007年2月13日，名为“HH-71”的团队在英格兰上空成功地利用西班牙空军C-130J“大力士”加油机为英国皇家空军AW101“灰背隼”直升机实施空中加油，这是英国直升机第一次演示空中加油。试验的飞行高度为4 000 m，两架飞机的航速都为127节［1］（见图4）。

此外，法国空军也充分认识到直升机空中加油的重要性，把发展直升机空中加油能力提升到最高级别，并对此作长期的投入。2015年10月，法国空军首次开展了直升机昼间空中加油试验，此后，2016年2月，法国空军再次以H225M“超美洲狮”为受油直升机，以MC-130J“战影Ⅱ”运输机为加油机，首次开展了直升机夜间空中加油试验［2］（见图5）。

2 直升机空中加、受油系统及组成

2.1 直升机空中加油系统组成及工作原理

国际上主流的空中加油系统主要分为伸缩套管式（硬式）和软管-锥套式（软式）两大类。用硬式加油系统给直升机进行空中加油的难度较大，目前世界范围内直升机空中加油主要采用的是软式加油系统。

图1 HH-60“铺路鹰”直升机在进行空中加油

图2 MH-47G“支奴干”直升机在进行空中加油

图3 MH-53“铺路洼”直升机在进行空中加油

图4 C-130J“大力士”为AW101“灰背隼”直升机进行空中加油

图5 MC-130J“战影Ⅱ”为法国空军H225M“超美洲狮”直升机进行空中加油试验

软式空中加油系统的主要设备是空中加油吊舱，通常挂在加油机左右机翼下。加油吊舱包括驱动系统、软管收放及响应系统、输油系统和控制系统。驱动系统主要是指冲压空气涡轮，涡轮通常安装于吊舱的头部，它会在迎面气流作用下旋转并驱动燃油泵或液压泵，分别提供输送燃油和收回软管所需的动力。软管收放系统用于伸出或收回软管。软管的响应系统是在空中加油过程中，根据软管所受的拉力，调节软管的伸出长度，避免软管过紧或过松。软管过松会导致软管摆动剧烈或发生缠绕，软管过紧则可能导致加、受油机输油管路脱开。

输油系统包括燃油泵、调压系统、软管和锥套。燃油泵将燃油通过软管泵送至受油机，调压系统用于调整加油接头处的压力在规定范围内变化，锥套上的稳定伞用于保持锥套的稳定性。

相较于硬式加油系统，软式加油系统的优点在于空中加油吊舱是一个独立的装置，有利于将飞机改装成加油机，拆卸方便；且不需要专门的加油员，可同时给2～3架飞机加油。其缺点在于加油速率要低于硬式加油系统的加油速率，同时，在气流不稳定时进行空中加油难度较大。

2.2 直升机空中受油系统组成及工作原理

与软式加油系统相对接的空中受油系统的主体部分是受油插头，通常装在驾驶舱附近，便于飞行员目视对接。当软式加油系统的加油接头与受油插头对接好后，就可以进行空中加油。受油插头装置可分为固定式和可收放式两大类。固定式受油插头固定在机体外部，结构简单、使用可靠、重量较轻，但对飞机气动力影响较大，所以一般做成可拆卸的，不执行空中加油任务时可在飞前迅速拆下；可收放式的受油插头在不进行空中加油时，可收入机体内，避免对飞机造成额外的气动阻力，但系统结构较复杂。

3 直升机空中加油的特点

直升机进行空中加油的原理和固定翼飞机类似，所需的加油设备和操作方式也基本一致，而区别就在于两者飞行特性不同所带来的部分差异。通常情况下，对固定翼飞机进行空中加油，是受油机主动去靠近加油机，然后以稍大于加油机的速度缓慢抵近加油管，对接成功后，保持相对速度，即可进行空中加油。而对直升机进行空中加油，由于其旋翼的存在，会形成大片危险区域使得由直升机抵近加油机的方式根本无法进行，只能是加油机从直升机侧下方（约60 m处）缓慢接近并且超越直升机，然后直升机开始下降高度，到达加油机侧后方，保持相对飞行速度，并与加油机作编队飞行。之后，加油机上的锥套被弹出吊舱，稳定伞张开，加油软管被拖出。直升机飞行员操纵直升机以比加油机略快的速度前进，将受油插头对接至锥套内，对接成功后，直升机需继续向前加速，同时抬高。当油管内压力达到收油状态后，可以开始进行受油［3］。

通常直升机的巡航速度不会超过300 km/h，也就是在200～270 km/h的范围内，这就要求加油机能拥有较好的低速平飞能力。加油时直升机最大平飞速度与固定翼加油机的最小速度重叠至少有15～30 km/h，才能保证空中加油的安全和顺利进行，因此，拥有涡桨发动机的飞机成为直升机加油机的首选，例如，美国的KC-130系列空中加油机以及空客在研的A400M加油机。

表1为美国大型加油机适配受油机情况，表2为国外部分现役/在研直升机空中加油机参数对照表。

表1 美国大型加油机适配受油机情况

表2 国外现役/在研直升机空中加油机参数对照

4 结语

具备空中加油能力的直升机能够大大增加其执行任务的灵活性，是提高战时机动性的一种重要手段，在军事斗争及人道救援领域意义重大，为世界主要军事强国所重视。通过对国外直升机空中加油技术现状和特点研究，对国内直升机开展空中加油技术发展提供了一定的技术基础和参考，具有重大的借鉴意义。