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空中加油:從“高空雜技”到“死亡之吻”
送交者: 嵐少爺 2024年11月26日17:02:20 於 [軍事天地] 發送悄悄話

俄塔社近日刊文“空中加油——炫技還是剛需?”,講述了軍用飛機空中加油的前世今生。文章稱,空中加油是軍用飛機飛行中一個複雜而頗具風險的環節。時至今日,在各種航空秀和飛行表演中,觀眾們仍然是屏住呼吸觀看空中加油的過程。空中加油要求飛行員具備過硬的飛行技能,因為加油機和受油機要彼此靠近至20米間距,而且這一切要在高速飛行中完成。70年前,1954年秋季,米格-15比斯噴氣式戰鬥機與圖-4加油機完成了首次空中加油試驗。這項重要的成就使得戰鬥機的航程得以大幅增加,成為重型飛機(如轟炸機)飛抵目標途中的可靠衛士。

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圖-142MR遠程偵察機與加油機伊爾-78

早期空中加油:手提油桶

最初的空中加油方法之一,是飛行員從一架低速飛行的飛機上用長竿將油桶直接傳遞給旁邊的一架飛機,還有翼裝勇士直接提着油桶從機翼上爬到另一架飛機將燃油注入油箱。這些方法在上世紀初都用過,但很難給它們命名。“真正的”空中加油是1917年夏季由飛行員、軍事理論家,後來則成為航空設計師的亞歷山大·普羅科菲耶夫·謝韋爾斯基提出的。當然,他之後移居美國後於1921年在那裡註冊了這一專利。1930年代初期,一些國家,首先是英國和美國對空中加油系統進行了進一步完善。此舉除增加航程外,還有一個好處就是減少了飛機的起飛重量。這使得轟炸機能夠攜帶更多的航空炸彈。這個時期研製成了第一種使用特殊夾具和導索的加油系統。

在蘇聯的發明家中,涉足這個領域的還有一個人,他是蘇聯空降兵的創始人之一——帕維爾·格羅霍夫斯基。他的主要工作是為空降兵研製各種裝備,最終並沒有正經投身於空中加油系統的改進。航空設計師、“合成飛機”(或“轟-殲聯合體飛機”)思想創始人——弗拉季米爾·瓦赫米斯特羅夫對於空中加油系統的研究更為紮實有效。他在1932年完成了首批成功試驗,但當時並沒有獲得實際應用。1933~1935年,在工程師兼飛行員特羅菲姆·阿爾德諾夫的領導下,測試了阿爾卡季·扎帕諾瓦內加油法。按照此加油法,將燃油從一架R-5型多用途單發雙翼機上轉注至TB-1型魚雷轟炸機、由TB-1轉注至戰鬥機I-15和I-16,並由一架轟炸機給另一架轟炸機加油。但所有這些加油方式都相當複雜,飛行風險很大。

噴氣時代初期

再回到二戰後的加油問題。隨着第一批噴氣式飛機入役,空中加油方法的改進需求愈加突顯。相比於前一代活塞式飛機,新型飛機的油耗更大,使得其作用半徑大為縮水。譬如,雅克-15滿油(590千克)航程為510千米,而它的始祖雅克-3滿油(350千克)航程可達780千米。

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雅克-3戰鬥機

蘇聯的噴氣式飛機首次亮相於1947年5月1日航空閱兵式。當時有50架米格-9和同樣數量的雅克-15飛機編成兩隊飛越紅場上空。這是一次斯大林航空成就展示。當時決定將整個殲擊航空兵改裝為噴氣式飛機。1948年初,當時在蘇聯航空工業部飛行研究院服役的工程師瓦赫米斯特羅夫領受了研製空中加油系統並付諸實際應用的任務。他研究了國外的經驗後,決定採用軟管和導索加油系統的思路。當時在飛行研究院工作的還有試飛員伊格爾·舍列斯特和維可多·瓦夏寧。他們對瓦赫米斯特羅夫的研究進行了觀察,然後又進行了一番自主研究,並建議製造一種不同於瓦赫米斯特羅夫方案的加油系統。試飛員認為,加油過程應當是自動化且儘可能簡單化。

按照試飛員的建議,加油機和受油機應彼此並行飛行,以免受到彼此尾流互擾。授油方式不應採用瓦赫米斯特羅夫的自流式,而應採用加壓式,以便加快授油過程。他們的方案被認為大有希望,得到領導認可後抽調了2架圖-2轟炸機專門用於試驗。一架飛機上安裝了實體模型加油設備,另一架飛機上安裝了受油模型。1949年6月16日,舍列斯特和試飛員阿邁特-漢·蘇爾坦完成了首次空中對接。之後將受油模型裝在雅克-15戰鬥機機翼上也進行了空中試驗。而之前瓦赫米斯特羅夫提出的加油系統也被束之高閣了。

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就在那時候,在研製第二代噴氣式戰鬥機時,設計師們解決了續航問題:米格-15的航程(在無外掛油箱情況下)已經達到1330千米。然而,冷戰開始了。蘇聯主用轟炸機圖-4的航程不夠用了:潛在對手位於大洋彼岸。因此,舍列斯特和瓦夏寧受命為圖-4研製“翼尖對翼尖”實用加油系統,而不再是模型。而且要求授油機也採用圖-4型機。此外,還提出了在20分鐘時間內完成35–40%燃油總儲量加注的要求。同時建議兩名試飛員考慮在彈艙加裝副油箱的問題,並要求受油設備儘可能輕型化,以免影響圖-4的作戰性能。

最終,加油過程是這樣的:由轟炸機外翼端放出一條導索,導索末端裝有一個阻力傘和一個配重(耦合鎖);加油機從受油機右後方接近,用左翼前緣搭上導索,讓導索沿機翼前緣滑向翼尖,最後配重塊滑入加油機翼尖的一個卡口鎖住,完成初步對接。之後,受油機啟動絞車把加油機機翼內的輸油管拉出,並與自己翼尖的加油口對接,開始進行空中加油。

飛行員亞吉莫夫和蘇爾坦進行了系統試驗。試驗結束後,“翼尖對翼尖”加油系統被安裝在一些圖-4以及之後的圖-16型機上。圖-16上安裝的加油系統沒有導索,從而簡化了加油過程。按照新的加油方式,加油機在左前方飛行,開始加油時,從機翼端放出裝有一條帶阻力傘和耦合鎖的輸油軟管,對接方式沒有變。加油機由圖-16改裝而成,取名圖-163。

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圖-16轟炸機加油

1949年4月12日,時任蘇聯空軍總司令帕維爾日加列夫致蘇聯航空工業部長赫魯尼切夫的信函中寫到:“我們所完成的用圖-4加油機向圖-4轟炸機加油的初步計算表明,通過兩次空中加油將一架帶2噸彈藥的飛機的航程增加至9700千米是沒有任何技術困難的。而這個航程並不是極限,通過進一步的試驗還可能增加。並且不需要對圖-4進行大改。通過進一步適度改進後,其航程(在2~3次空中加油後)可能達到15000~16000千米,從而使單架飛機——重型轟炸機的戰術半徑達到6000~7000千米(考慮到15%的航行儲備)。如果使用摩爾曼斯克地區的魯道夫機場或楚科奇東部的機場,這樣的作戰半徑可以覆蓋加拿大和美國大部分地區。因此,使用圖-4型機為同型轟炸機空中加油,可以將空中作戰延伸至北美,而且3/4的航程在北極和極圈內地區上空,這些地區不可能布滿強大的防空武器。” 

“空中縴夫”

似乎可以認為航程問題已經解決,但任何一種轟炸機,即便武裝到了牙齒,如果沒有戰鬥機護航也會面臨很大的風險。1943~1944年,美國的B-17“飛行堡壘”轟炸機在突襲歐洲時就遭到了希特勒軍隊的重創(儘管這些飛機配備了強大的防衛武器),這種情況一直持續到“雷電”和“野馬”遠程戰鬥機開始為轟炸機提供全程護航。早在二戰爆發之前,前面提到的蘇聯工程師瓦赫米斯特羅夫就實現了在機翼上面背負或機翼下面懸掛戰鬥機的系統——TB-3“空天母艦”,而航空設計師亞歷山大·雅科夫列夫則建議用剛性聯結器牽引戰鬥機。1949年2月22日,蘇聯政府通過了一項代號“縴夫”的決定,授命亞歷山大·雅科夫列夫設計局實現這種新方法。毋庸置疑,當時正是考慮到該設計局具有用聯結器牽引飛機的經驗。該設計局試驗了幾種飛行中捕獲牽引索的方式。但軍方要求系統能夠完成多次性飛機連接-脫鈎。設計師們分析了6種牽引索夾子和尖端,最終選擇了“錐套-魚叉”系統。

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剛開始時進行了雅克-25戰鬥機的牽引試驗,牽引飛機是V-25轟炸機。1949年6月1日開始試驗,一直持續了16個月。在試驗過程中進行了9次連接,每次都是在約2000米高度、350千米/小時的飛行條件下完成的。之後,又用米格-15比斯與圖-4結對進行了牽引試驗。其中,對圖-4進行了改裝:在機尾射擊員艙左側安裝了一個錐套,其纜繩沿機身穿入尾部,而在噴氣式戰鬥機上安裝了類似雅克-25的魚叉。1951年3月開始進行這項試驗。當年10月30日簽發了關於籌備5場此類“縴夫”部隊試驗的決定。這些試驗從1952年7月9日至9月8日在白俄羅斯進行,期間完成了142次對接,其中17次為夜間完成。時間最長的一次牽引持續2小時30分鐘,其中有2小時27分鐘是在關閉發動機條件下完成的。整個試驗期間沒有發生一起飛行事故。

在研試過程中,專家們產生一個問題:能不能用鋼纜進行空中加油?於是便開始了研製高效空中加油法的第二階段。改進版系統——末端帶錐套的軟管配合探管受油器的試驗始於1954年9月24日,1955年3月結束。在國家試驗期間,進行了米格戰鬥機與圖-4加油機的空中加油試驗。期間完成了5次2000米和4000千米空中對接,其中3次對接進行了實際加油。

然而,在8500米高度的試驗沒有成功:系統外部接頭橡膠部件老化喪失彈性,導致對接沒有完成。此外,軍方認為圖-4牽引機航速下降過大,無法在轟炸機編隊中保持位置。在戰鬥機關閉一台發動機之後(加油與牽引同時進行,飛機在關閉一台工作發動機情況下也能飛行),座艙增壓和加溫系統停止工作,戰鬥機飛行員在7000米高度被凍得琵琶發抖。

但整體上系統能夠在發動機關車飛行中完成戰鬥機遠程牽引,然後重啟發動機為遠程轟炸機提供護航,即完成主要任務。此外,和之前進行的試驗一樣,系統保證了低空和中空飛行狀態下的可靠加油。

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伊爾-78加油機為圖-160轟炸機空中加油

後來,這項工作得以延續。目前,俄軍裝備了多用途伊爾-78和伊爾-78M加油機,它們能夠為幾乎整個空軍機隊提供服務,包括新型護航戰機。近年來,加油機廣泛參加各種大型軍演。

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