美国硬管加油 (硬管加油技术)

美国硬管加油

空中加油技术，简单地说，就是在空中一架飞机给另一架或几架飞机（或直升机）加注燃油，使之飞行范围扩大，飞行时间增加的技术。对于一般的军用飞机来说，不着陆加油，飞行一次万公里，在过去似乎难以想象，但现在随着空中加油技术的出现和实用，已经成为事实。kc10加油机是美国军方设计和生产的。它配备了浮锚式和飞鹤式两种加油装置。在第一架固定翼飞机问世之初，就有人提出了空中加油的方案，以延长飞机的滞空时间，或减少飞机内部的油量，便于起飞。第一次空中加油出现在20世纪的20年代。其方法是在加油机上安装一条15米长的软管。软管的头部有一个可以快速开启的活门。在空中加油的时候，加油机放下软管，从后上方慢慢掠过受油机。当加油机上的人抓住软管时，他们打手势，表示连接成功，然后把软管插入油箱，打开活门开始加油。飞机在空中加油的原因：空中加油是空军后勤部队中极其重要的角色。可以大大延伸战斗机、攻击机等武装机种的留空和续航能力，使它们可以加强制空权，增加纵深打击。由于不再降落加油，飞机对机场的依赖性大大减少，航程数增加一倍甚至更多。空中加油机一般都是由性能好的客机改装而成，内部有容量较大的油箱，通过管道将燃油输送给加油机。一般来说，它分为软管加油和硬管加油。软管加油相对安全，不受加油机速度的差异影响。要求受油机有突出的加油管和软管口。缺点是软管易受气流影响，对接需要耐心，加油速度低。硬管加油速度快，受气流影响小，但比较危险。因为是硬管，油管的速度差会干扰加油机的推力，可能导致事故。加油机的油嘴通常在机身或机颈。空中加油需要相当的技术，危险系数很高。如果操作不当，很可能会导致两架飞机受损或坠毁。

硬管加油技术

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。