美国硬管加油机 (中国硬管加油机)

美国硬管加油机

硬管的允许排量很小，一旦超过其允许范围，就可能破裂漏油。下面我从力学的角度详细分析硬管加油的技术难点。

1.空中加油的运动状态

战斗机不同于客机，对机动性要求高，这就决定了其油箱容量小，从而减轻了整架飞机的重量，获得了更高的机动性，导致续航能力下降。于是空中加油应运而生，既保证了战斗机的机动性，又提高了其续航能力。

讨论加油之前，先搞清楚飞机在空中的状态。如上图，它们是偏航、滚转、俯仰，也就是可以绕三个坐标轴旋转。此外，飞机还可以沿三个坐标轴平行运动。机械地说，我们说飞机有六个自由度(三个位移，三个旋转)。在空中，飞机是完全自由的，所以气流对飞机状态的影响非常大，飞机的六个自由度一直在变化。

在加油过程中，飞机的受力如上图所示，包括向上升力、向下自重、向前推力和空气阻力。此外，油管结构对飞机的作用力也不容忽视。在加油的过程中，这个力是最重要的力，如图中斜箭头所示。

2.硬管和软管加油的优缺点

油气管道施工中，除末端加油部分外，所有输送部分都是硬管道。我们在加油站加油，软管接加油枪。其实硬管和软管的优劣是显而易见的。

对于软管来说，活动范围更大，空中加油时可以降低软管和软管之间的同步要求。但是软管不能做得太厚(太厚的软管结构承受不了载荷)，影响加油效率。因此，在生活中，软管仅用于末端输入，不用于传输。硬管可以提供更大的流量，提高加油效率。但很明显硬管太硬，无法自由活动，气流容易造成很大的应力和损伤。此外，软管容易受到气流的影响，被吹走。

3.硬管加油的技术难点

通过以上分析，硬管加油的技术难点暴露无遗。因为飞机有六个自由度，气流很容易影响飞机的位置。在加油过程中，加油机和战斗机之间的相对位移一直是不可避免的。这种相对位移对来自硬管的水是致命的。因为，刚性管要求的允许相对位移要比柔性管小得多。

但是刚性管的角度可以左右方向和上下方向调节，这样就可以捕捉到战斗机。因此，在加油过程中，这两个方向可以旋转，但不能完全固定，也可以减少硬管中可能产生的应力。另外，硬管本身不是绝对刚体，它是半刚体，它的允许位移比我们常见的金属大。正是因为硬管的这些特殊要求，硬管本身的材质就有很高的要求。它必须具有高强度和良好的柔韧性。通常两者是矛盾的。这是第一个难点，就材料而言。其次，在制造方面，肯定是很重要的结构，有硬管。在制造过程中，需要高精度来减少制造缺陷，这对制造工艺提出了新的要求。再次，在控制方面，由于硬管的允许位移很小，所以加油机和战斗机之间的相对位移也很小。所以对飞机控制系统的要求很严格，两个系统总是可以同步的。

4.摘要

因为飞机在空中处于自由运动状态，所以有六个自由度。气流对飞机影响很大。在加油过程中，加油机和战斗机之间的相对位移非常容易。当相对位移过大时，容易使硬管内部应力过大而破裂。因此，这就要求硬管本身的材质更好，具有更好的强度和柔韧性；硬管生产要求精度高，避免制造缺陷；还要求飞机的控制系统能够随时调整飞机的姿态，减小相对位移。

中国硬管加油机

目前飞机空中加油的两种方式：硬管加油和软管加油。

软管式空中加油

软管式空中加油设备亦称为软管-浮锚式（Probe Drogue）加油系统，是英国空中加油有限公司在继承前人经验的基础上所研发出来的，于 1949 年问世。采用此种方式进行空中加油，受油机的设备非常简单，只要在机首或机翼前缘装一根固定的或可伸缩的受油管即可。而加油机的加油设备则由绞盘、一条 22 至 30 米长的软管和一个漏斗式浮锚所组成。浮锚呈漏斗状，且重量轻，上面装有机械自锁机构。当受油管伸进浮锚后，浮锚上的机构自动锁紧受油管口使之与输油软管相衔接，软管则由绞盘控制放出和回收。

硬式空中加油

硬式加油设备采用伸缩桁杆式空中加油设备亦称“飞桁”式加油装置，由美国波音飞机公司所研发成功，紧随在英国的软管式加油设备之后，于 1949 年 12 月开始使用。加油机的尾部结构装有一具由两截可伸缩的刚性伸缩管所组成的加油桁杆与操作人员控制舱，其结构与机尾结构合而为一，在控制舱的操作人员是在机上趴着操作的。加油桁杆平时为收起状态，进行空中加油作业时将其伸出。在加油桁杆的中间装有V形操作面，后缘间的夹角约 130 度左右，V形操作面的作用类似于航空器的升降舵，操纵它可使加油桁杆在一定范围内移动。例如美国 KC-135 加油机上的飞桁式空中加油设备，其内管的伸缩距离为 6 米，上下活动范围各为 54 度角，横向活动范围为 34 度角，并且由专职的加油操作人员进行操作。

硬管加油能达到软管2-3倍燃油传输速度、有高加油成功率的优势，硬管加油需要独立的操作舱、操作员，对于飞机结构有很大的重量和空间占用要求，因此只有大型加油机用硬管才有性价比。

而对于软管加油来说，它对于加油机的改装是相对最简单的，软管加油系统难度相对要求低，但是对于战斗机设计和飞行员的技术要求却相对要求高。飞行员必须在能够目视观察探头和锥套结合过程的情况下，不断的调整飞机的飞行姿态来完成加油任务。并且软管加油的兼容性广，特别针对中小型飞机有优势。

我国目前的歼-20战机只曝光过装载受油口的验证机，还没有实践过空中加油，有公开资料显示，国内多年前已经在验证机上实现了硬管加油能力的突破，至今没有在部队中实际装备和普及，关键在于我们的硬管加油机平台的逐步跟上，虽然软管加油可以实现，但对于现代最先进的J-20来说，软管加油的方式就是得不偿失性价比低。相信未来不久我国在硬管加油方面会有很满意的结果。