金起范:苏联空中加油小史

 谢莱斯特/瓦西亚宁系统在图-2 轰炸机和雅克-15 战斗机上的最初实验

 从图-2 加油机上看雅克-15 战斗机

    空中加油的概念开始得很早。早在1917年，沙俄海军飞行员亚历山大.塞维尔斯基就提出了空中加油的概念。塞维尔斯基在十月革命后移居美国，在美国申请了空中加油的第一个专利。

    历史上的第一次空中加油与其说是实验，不如说是杂技。1921年11月12日，空中杂技演员维斯里.梅把一桶航空汽油绑在腰上，从一架飞行中的林肯“标准”飞机的机翼，爬上另一架飞行中的寇蒂斯JN-4飞机的机翼，然后拧开加油盖就开灌。

    首次真正的空中加油实验在1923年4月20日，美国陆军航空队在加利福尼亚圣地亚哥的洛克威尔机场，在两架 DH-4B 双翼机之间进行。加油机在空中放出一根加油软管，受油机上一个人爬出座舱，徒手在空中抓住飞舞的油管，然后加油。到8月间，通过空中加油，DH-4B已经创造了高达37小时的留空纪录。此后一段时间里，追求空中加油和留空时间纪录成了航空冒险家们的嗜好，到1930年7月间，最高纪录已经达到不可思议的647.5小时，也就是说几乎整整27天在空中不落地，吃喝拉撒睡全在窄小、吵闹、颠簸的座舱里。不过这已经没有任何实用价值了。

    在此期间，英国皇家空军的理查德.阿彻利少校开始研究更安全的空中加油方法。他提出让受油机在空中平稳地前飞，尾后拖一根导索，导索末端有一个配重，使导索在空中稳定；加油机也拖一根导索，也带一个配重，成一定角度从受油机的一侧飞往另一侧，使两根导索在空中交会挂住，然后受油机把导索拉进来，把加油机的加油软管拖进受油机，开始输油。此后，油管的末端增加了圆锥形套笼，既增加油管在空中的稳定性，又便于受油机的加油探头准确地插入油管。1934年，英国人阿伦.科巴姆创立了空中加油公司（Flight Refueling Limited，FRL），意欲通过空中加油，使民航客机达到超远程飞行，FRL 至今仍然是空中加油领域无可争辩的权威。

    除了沙俄时代的“异想天开”，苏联在1931年也开始研究空中加油的问题。帕维尔.格洛科夫斯基的早期实验很简陋，基本就是用一架波利亚克夫R5侦察机作加油机，用一架图波列夫TB-1双发轻轰炸机作受油机，重复美国陆军航空队在1923年的实验。实验是成功的，TB-1的留空纪录达到25小时。

    第二次世界大战中，苏联空军的主要使命是要地防空和空中支援，简易机场紧贴前线，对航程的要求不高，空中加油没有太大的必要。第二次世界大战后，喷气式战斗机的发展风起云涌，但喷气式战斗机的胃口太惊人，航程和同期的螺旋桨战斗机不可相提并论。苏联的第一种喷气式战斗机雅克-15的载油量比二战名机雅克-3大一倍，但航程只有一半。

    1948年，弗拉德米尔.瓦克米斯特洛夫受命为雅克-15研制空中加油系统。瓦克米斯特洛夫参照了当时世界上的几种方案，最后选用英国方案。在该方案交付茹科夫斯基试飞中心试验时，试飞员伊戈尔.谢莱斯特和维克托.瓦西亚宁提出另一个方案：翼尖对翼尖加油。这是一个别出心裁的方案，可以避开飞机前后近距离飞行时的不利气流影响，紧急情况下，两机分离也容易。谢莱斯特和瓦西亚宁还提出压力加油，而不是瓦克米斯特洛夫的重力加油，以加快输油速度。

 在米格-19上试验的谢莱斯特/瓦西亚宁系统

    冷战期间，苏联战略轰炸机的主要目标是美国本土，但图-4轰炸机的航程只有5,100公里，达不到美国。另外，在核警戒期间，战略轰炸机要求长时间在空中徘徊，一避免遭受第一次打击，和尽快实施核反击。这都要求空中加油。于是，谢莱斯特和瓦西亚宁将翼尖对翼尖加油系统安装到部分图-4轰炸机上，以后还安装到部分图-16上。安装翼尖对翼尖加油系统的图-4和图-16没有什么明显的外部特征，只有翼尖有专用的收放油管的设备。额外的油箱装在炸弹舱内，不用时可以很快拆除，转回到普通的轰炸机。这种可以在不作加油机用时可以转换回常规的轰炸机的特性是一个苏联特色，在以后的伊尔-78上也得到继承。

    谢莱斯特和瓦西亚宁在图-4上安装了翼尖对翼尖加油系统，在受油机右机翼尖拖出一根导索，末端有一个小型阻力伞和一个配重块。加油机从受油机的右下方接近，设法用左机翼捕捉住受油机的导索，导索沿机翼前缘滑向翼尖，配重块滑入一个卡口锁住，然后受油机就可以用绞车把油管拉出来，接上加油口，开始输油。有意思的是，油管在加油机内是平整地铺在机翼内，而不是像通常的那样，盘绕在转鼓上。这个系统被进一步发展到图-16轰炸机上。图-16上的系统进行了简化，取消了导索，加油机直接将油管放出来，加油机作平直飞行，改由受油机作机动飞行，接近加油机。1954年时，翼尖对翼尖加油系统在米格-19战斗机上短暂复活，试验中，一架米格-19曾前后两次空中加油，留空6小时。但翼尖对翼尖加油的空中机动动作复杂，只能一对一加油，不能同时对两、三架飞机加油，米格-19的实验最终成为翼尖对翼尖加油系统的天鹅之歌。

    与此同时，苏联也在积极研制导管-套笼系统。苏联的导管-套笼系统尽管在概念上和英国的系统很相似，但苏联系统的灵感来自于对轰炸机拖带护航战斗机的研究。长期以来，远程轰炸机的护航一直是一个大问题。前文提到过的瓦克米斯特洛夫在30年代就研究子母式战斗机，在1931年将两架伊-4战斗机挂载在TB-1双发轻型轰炸机的机翼上，遇到敌机时，伊-4从TB-1释放，投入战斗，然后自行返航。美国在40年代也研究过类似的系统，试验过在B-36重轰炸机的炸弹舱里挂载XF-85战斗机，也在 B-36的机腹下试验过挂载过F-84E战斗机。

 XF-85 和 B-36

    然而，子母式战斗机概念有几个不可克服的问题：

    1、必须研制专用的超轻型护航战斗机，其轻小的尺寸又注定其有限的火力和性能不能和常规战斗机比美，而且由于尺寸的巨大差别，这种超轻型护航战斗机将要永远和常规战斗机并行发展，而难于将常规战斗机的改进和发展经验直接借鉴到超轻型护航战斗机上。

    2、不管是在炸弹舱内挂载，还是在机腹或翼下挂载，作为母机的轰炸机的载弹和航程要受到严重影响，外部挂载还要影响速度。

 雅克-25 的空中对接步骤

    子母式战斗机的概念最终被放弃了。从1949年开始，苏联另辟蹊径，研究空中拖带系统，意图将战斗机像滑翔机一样拖带在后面，拖带期间战斗机的发动机关掉。投入战斗时，战斗机可以方便地和拖带索脱开；战斗结束时，可以重新和拖带索在空中对接。战斗机和轰炸机分别起飞，这样两者都可以按最大起飞重量起飞。在空中巡航期间，功率要求比起飞、加速期间低得多，所以拖带对轰炸机发动机没有特殊要求，这和真正的拖带滑翔机起飞是很不一样的。显然，空中拖带系统可以有效地解决子母式战斗机的许多问题，但在试验中也发现，拖带战斗机时，轰炸机的速度明显降低，航程也受到影响。战斗机在长时间的拖带过程中，由于发动机和空调系统关闭，座舱极其寒冷。空中起动发动机也不是一件可靠和轻而易举的事。

    苏联的空中拖带系统被冠名为“纤夫”（Burlaki）。“纤夫”在轰炸机的尾炮塔里安装一台绞车和一定长度的在末端带圆锥型套笼的拖带索，战斗机的头部则安装一个套管式探头，管内是一个滑动的梭镖，在空中对接时，用压缩空气将梭镖射入拖带索尽头的圆锥形套笼内，完成对接，再把梭镖用绞车收回来锁定，这样就可以开始拖带了。压缩空气的量够用3-4次。

    最初的试验是在一架二战中租借法案获得的B-25轰炸机和喷气式的雅克-25实验型战斗机（和52年首飞的雅克-25战斗机不是一回事）之间进行，试验获得成功。同样的试验在图-4 轰炸机和米格-15战斗机之间重复，同样获得成功。

    苏联的研制人员很快就意识到，圆锥可以沿拖带索牵引一根加油软管，可以为被拖带的战斗机空中加油。负责试制“纤夫”系统的MAPO（苏联解体后，和米格设计局合并成为 Mig-MAPO，以后简称为 MAPO）很快在B-25和雅克-25上试验了这一概念，并获得了成功。但这毕竟是实验性的临时改装，输油速率很低，油管也没有必要的闭锁装置，加油完毕、软管脱开后，软管里的剩余油料随气流到处飞舞，进入战斗机的发动机，甚至通过空调进气口进入战斗机的座舱，造成很大的危险。

    弗拉德米尔.瓦克米斯特洛夫在1952年将“纤夫”系统开发成正规的空中加油系统，原设计得到大幅度的改进，加油软管不再从机尾的尾炮塔放出，而是从翼尖放出，这样可以同时为两架飞机加油。新系统很快通过了国家验证试验，但苏联空军当时没有急切的用处，所以被作为技术储备束之高阁。

    值得一提的是，在空中加油的圈子以外，空中对接的概念也不是匪夷所思的。80 年代英阿马岛战争后，海鹞式战斗机风头正健，很多人开始琢磨把海鹞装备到驱逐舰、护卫舰一级的军舰，从而大大提高没有航母的舰队的自卫放空和攻势制海能力。很多驱护舰有直升机起落平台，但海鹞的起降要求比一般舰载直升机要高，要求起落平台的面积更大，在海上的起伏更小。更要命的是，在驱护舰上起落，海鹞只有垂直起落，这时下射的炽热喷气流可能烧熔甲板，至少使甲板的寿命大大缩短，严重影响到这个概念的实用性。在宇宙飞船太空对接的启发下，有一个方案用一个具有三轴稳定能力的可伸缩的大型吊杆，将海鹞吊到舰侧的海面上空，然后点火起飞。这样，甲板烧熔的问题就没有了。着陆时，海鹞飞到舰侧悬停，和吊杆对接，然后关闭发动机，由吊杆把飞机放到甲板上。吊杆的三轴稳定能力使吊杆绕各个“关节” 自动地转动，使吊挂的海鹞保持稳定。吊杆还可以完成对悬停的海鹞空中加油。这个方案在技术上没有不可克服的困难，但最终没有为各国海军所采用。

    冷战伊始，苏联开始研制新型的远程战略轰炸机，除核轰炸外，主要目标是具有足够到美国来回的航程。在主要的竞标对手中，使用涡桨发动机的图-95貌似陈旧，但速度超过0.8马赫，和同期的喷气式轰炸机相比并不低多少，载弹和电子系统能力强大，而且具有惊人的13,000公里以上的航程。相比之下，喷气发动机的米亚-4 更时尚、更诱人，但问题在于，米亚-4达不到设计规定的11,000-12,000公里航程，在试验中，空载也勉强达到9,800公里的航程，所以必须用空中加油来弥补航程的不足。当时已经投用的翼对翼空中加油技术具有太明显的图波列夫标记，米亚希斯契夫打死也不愿意用，于是找上了瓦克米斯特洛夫的“纤夫”系统。其实图波列夫也没有那么君子风度，在首飞的图-95原型机的机舱内，也悄悄地涂上了“打倒米亚希斯契夫”的口号。

 米格-19 在试验不同的受油管位置：机头上，右机翼，左机翼上方

 米亚-4 伙伴加油

    经过若干年的经验，翼尖对翼尖加油系统得缺点也逐渐显现：

    1、翼尖气流对加油软管的稳定性影响很大。机翼是产生升力的地方，气流从机翼上下表面流过，流速差形成升力，这是基本的贝努力原理。但是，机翼前缘的后略角使气流运动有沿着机翼横向流动的分量，即所谓展向流动。这展向流动和机翼在翼尖出终止所造成的气流流场的不连续性，使翼尖附近的气流流动格外复杂。现代飞机的翼尖小翼就是用来克服这个问题的。但这翼尖气流使加油软管在空中飘舞得格外起劲，为空中加油带来额外的困难。

    2、两架大型飞机作精确的平行飞行，加上加油管和受油口都远离视线，对飞行员的要求很高。

    3、在短时间内通过一侧的机翼大量输送燃油，容易造成飞机的不平衡，所以输油速率较低。

    4、对接前和脱离后，空中飞舞的油管可能卡在副翼和机翼的间隙中。这是非常非常危险的。

    50年代末开始，翼尖对翼尖加油系统被放弃，所有苏联战略轰炸机都装备空中加油设备，而且全统一到KAZ。

    KAZ采用液压机构收放油管，重量较大。米亚-4作为轰炸机最终是不成功的，大量米亚-4安装了KAZ系统，改为加油机使用，一直到90年代末还在预备役中服役。相比之下，图-16的载油量太小，作为加油机使用并没有太大的优点，但是图-16可以和图-22“眼罩”和图-22M“逆火”超音速中程轰炸机驻扎在同一个基地，部署和使用比较方便，用图-1进行空中加油训练也比较经济，所以还是有一些图-16轰炸机也安装了KAZ。

    在此期间，苏联做了大量实验，试图使空中飞舞的套笼稳定下来。有一个方案是用机动的环形翼来控制套笼。试验获得成功，但这些结果局限在试验室，没有得到推广。

    除了固定翼飞机，直升机的空中加油也得到研究。60年代初，弗拉德伦.希洛在阿克祖宾斯克，成功地试验了用米-6 作为加油机，对米-4和米-6实行空中加油。加油软管从左机门拖出，因为旋翼顺时针旋转的关系，机身左侧的湍流较弱。

    然而，50-60年代对空中加油的紧张研究，到60年代末和70年代初嘎然而止。战略轰炸机的空中加油系统统一到KAZ，由于苏联空军作战思想的缘故，战术飞机没有空中加油的要求。这种情况直到苏-24 的出现才得到改变。

    在苏-24之前，苏联战术空军（所谓前线航空兵）的使命很简单，就是防空和近距支援，对敌人纵深的攻击是交给战略空军（所谓远程航空兵）完成的。在战略空军的眼光越来越远的同时，中程的战役纵深目标受到了一定的忽视。用机动性较差的大型轰炸机攻击价值相对不及战略目标的战役纵深目标，其效益和生存力也有问题。苏-24是苏联第一种航程较长的以攻击战役纵深目标为主要使命的战术攻击飞机，为了使苏-24 能够攻击整个西欧范围内的目标，战术飞机的空中加油重新提上了日程。空中加油还有容许战术飞机满载弹药但是减油起飞，而在空中再灌满油箱的作用。这是美国空军和海军的基本战术，但对很多别的国家，还是一个新鲜事。

    经过系统的研究，苏-24之间的伙伴加油是最好的方案。于是KAZ系统被大幅度改进，成为PAZ（podvesnoy agregant zapravki，外挂加油装置）系统。PAZ在1974年首先在两架苏-15战斗机上试验成功，然后在两架伊尔-38巡逻机上再次试验成功。

 Su-24 的 UPAZ     在PAZ的成功经验上，研制人员再接再厉，进一步研制了UPAZ，其中U指unifitsirovannyi，意为通用的。UPAZ是按从战斗机到战略轰炸机的各种飞机通用的空中加油系统来设计的，任何飞机都可以挂载。燃油直接从机内油箱里抽取。和早年的KAZ相比，UPAZ不采用沉重的液压系统，没有自身的动力，也不需要从母机上接驳电源或液压系统。UPAZ巧妙地利用飞机飞行中的气流驱动轻巧的风车，带动输油泵和绞车，重量和系统复杂性大大改善。 （五） 伊尔-78 为“俄罗斯骑士”的苏-27 空中加油

 伊尔-78 加油机

    在研制通用的UPAZ的同时，苏联空军也同时研制专用的伊尔-78加油机。UPAZ首先与1983年在苏-24上服役，伊尔-78于1987年投入现役。

    伊尔-78从伊尔-76发展而来，除了固定安装用于空中加油的外挂短舱外，还在机舱安装了油箱，供空中加油之用。尾门、装卸跳板和机内所有货物装载系统都得到保留，如果需要，可以很容易地把机舱内的额外油箱拆除，把伊尔-78作为伊尔-76使用。但是实际经验表明，伊尔-78基本没有转换回到基本货运飞机的情况，加油机远比运输机短缺，保留货运能力而损失的载油量是得不偿失的。因此，伊尔-78被进一步发展为伊尔-78M，尾门、装卸跳板和机内所有装载系统被拆除，以增加载油量。

    进入90年代，随着新一代战术飞机的服役，海外战争的影响，以及出口市场的需求，基本上所有的苏联/俄罗斯主要新型战术飞机都具备了空中加油的能力，UPAZ成为标准装备，空中加油也在训练和演习中得到越来越多的应用。

    苏联的空中加油系统和英国及美国海军的软管加油系统相似，但和美国空军的硬管加油系统截然不同。事实上，苏联好像从来没有在硬管加油系统上下过功夫，这其中的原因不是很清楚。和软管加油相比，硬管加油的压力高，流量比软管要大 6 倍，所以对需要输送大量燃油的重型轰炸机特别适合。但是硬管也有很多问题：

    1、只能为一架飞机加油。

    2、硬性连接对连接点的缓冲要求很高，也要采取特殊措施，保证连接点不会意外脱开。

    3、对接要求高，那根黄蜂尾刺一样的加油管（flying boom）要由专门的控制员操作、对准。把一根长长的杆子插进一个远远的小孔，这个难度不是一点点。不过flying boom毕竟是可操纵的，比起纯粹靠气动稳定的软管，稳定性更容易保证，所以也是有好处的。

    4、系统重量大，只能用于专门改装的飞机。

    不管是KC-135、KC-10、KC-767、A310MRTT 还是A330MRTT，美国和西方总是用大型民航机改装专用的加油机，至少是共用平台。相比之下，苏联用军用运输机改装加油机。显得是一个例外。苏联当然不是没有相应的民航机可以选用，图-154或许小了一点，但伊尔-86是现成的。其实这反映了两种不同的指导思想。民航机改装的加油机无疑经济性更好，在采购费用和日常运行费用上有无与伦比的优越性。但民航机对大型机场高度依赖，即使在民航已经高度发达的今天，在一个特定战区内，能够起降 K-C767 和 A330MRTT 的机场还是屈指可数的，一旦遭到毁坏，空中加油作业就难以保证。相反，军用运输机可以在简易跑道上起降，在战时的生存力要高得多。同时，军用运输机架装自卫电子系统也要容易一些，在日益复杂的空战环境中，这或许会很重要。中国空军正面临大规模采用空中加油的关头，正确选择技术道路是十分重要的。