AA82276761 2014-10-25 12:36
淺談蘇聯空中加油史
空中加油的概念開始得很早。早在1917 年，沙俄海軍飛行員亞歷山大.塞維爾斯基就提出了空中加油的概念。塞維爾斯基在十月革命後移居美國，在美國申請了空中加油的第一個專利。
歷史上的第一次空中加油與其說是實驗，不如說是雜技。1921 年11 月12 日，空中雜技演員維斯里.梅把一桶航空汽油綁在腰上，從一架飛行中的林肯“標準”飛機的機翼，爬上另一架飛行中的寇蒂斯JN-4 飛機的機翼，然後擰開加油蓋就開灌。
首次真正的空中加油實驗在1923 年4 月20 日，美國陸軍航空隊在加利福尼亞聖地亞哥的洛克威爾機場，在兩架DH-4B 雙翼機之間進行。加油機在空中放出一根加油軟管，受油機上一個人爬出座艙，徒手在空中抓住飛舞的油管，然後加油。到8 月間，通過空中加油，DH-4B 已經創造了高達37 小時的留空紀錄。此後一段時間裡，追求空中加油和留空時間紀錄成了航空冒險家們的嗜好，到1930 年7 月間，最高紀錄已經達到不可思議的647.5 小時，也就是說幾乎整整27 天在空中不落地，吃喝拉撒睡全在窄小、吵鬧、顛簸的座艙裡。不過這已經沒有任何實用價值了。
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早期的空中加油
在此期間，英國皇家空軍的理查德.阿徹利少校開始研究更安全的空中加油方法。他提出讓受油機在空中平穩地前飛，尾後拖一根導索，導索末端有一個配重，使導索在空中穩定；加油機也拖一根導索，也帶一個配重，成一定角度從受油機的一側飛往另一側，使兩根導索在空中交會掛住，然後受油機把導索拉進來，把加油機的加油軟管拖進受油機，開始輸油。此後，油管的末端增加了圓錐形套籠，既增加油管在空中的穩定性，又便於受油機的加油探頭準確地插入油管。1934 年，英國人阿倫.科巴姆創立了空中加油公司（Flight Refueling Limited，FRL），意欲通過空中加油，使民航客機達到超遠程飛行，FRL 至今仍然是空中加油領域無可爭辯的權威。
除了沙俄時代的“異想天開”，蘇聯在1931 年也開始研究空中加油的問題。帕維爾.格洛科夫斯基的早期實驗很簡陋，基本就是用一架波利亞克夫R5 偵察機作加油機，用一架圖波列夫TB-1 雙發輕轟炸機作受油機，重複美國陸軍航空隊在1923 年的實驗。實驗是成功的，TB-1 的留空紀錄達到25 小時。
第二次世界大戰中，蘇聯空軍的主要使命是要地防空和空中支援，簡易機場緊貼前線，對航程的要求不高，空中加油沒有太大的必要。第二次世界大戰後，噴氣式戰鬥機的發展風起雲湧，但噴氣式戰鬥機的胃口太驚人，航程和同期的螺旋槳戰鬥機不可相提並論。蘇聯的第一種噴氣式戰鬥機雅克-15 的載油量比二戰名機雅克-3 大一倍，但航程只有一半。
1948 年，弗拉德米爾.瓦克米斯特洛夫受命為雅克-15 研製空中加油系統。瓦克米斯特洛夫參照了當時世界上的幾種方案，最後選用英國方案。在該方案交付茹科夫斯基試飛中心試驗時，試飛員伊戈爾.謝萊斯特和維克托.瓦西亞寧提出另一個方案：翼尖對翼尖加油。這是一個別出心裁的方案，可以避開飛機前後近距離飛行時的不利氣流影響，緊急情況下，兩機分離也容易。謝萊斯特和瓦西亞寧還提出壓力加油，而不是瓦克米斯特洛夫的重力加油，以加快輸油速度。
新方案概念新穎，又不重蹈帝國主義的覆轍，得到上峰的讚許，瓦克米斯特洛夫的方案被放棄了。1949 年6 月，翼尖對翼尖加油在兩架圖波列夫圖-2 轟炸機得到試驗，謝萊斯特親自操縱加油機，然後再在雅克-15 上試驗成功。然而，此時雅克-15 已經停產，新一代的噴氣戰鬥機的載油量大幅度增加，航程問題不再突出。空中加油的重點轉移到戰略轟炸機。
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謝萊斯特/瓦西亞寧系統在圖-2 轟炸機和雅克-15 戰鬥機上的最初實驗
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從圖-2 加油機上看雅克-15 戰鬥機
冷戰期間，蘇聯戰略轟炸機的主要目標是美國本土，但圖-4 轟炸機的航程只有5,100 公里，達不到美國。另外，在核警戒期間，戰略轟炸機要求長時間在空中徘徊，一避免遭受第一次打擊，和盡快實施核反擊。這都要求空中加油。於是，謝萊斯特和瓦西亞寧將翼尖對翼尖加油系統安裝到部分圖-4 轟炸機上，以後還安裝到部分圖-16 上。安裝翼尖對翼尖加油系統的圖-4 和圖-16 沒有什麼明顯的外部特徵，只有翼尖有專用的收放油管的設備。額外的油箱裝在炸彈艙內，不用時可以很快拆除，轉回到普通的轟炸機。這種可以在不作加油機用時可以轉換回常規的轟炸機的特性是一個蘇聯特色，在以後的伊爾-78 上也得到繼承。
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謝萊斯特/瓦西亞寧系統在圖-4 轟炸機上的試驗，圖-4 是蘇聯仿造的B-29
謝萊斯特和瓦西亞寧在圖-4 上安裝了翼尖對翼尖加油系統，在受油機右機翼尖拖出一根導索，末端有一個小型阻力傘和一個配重塊。加油機從受油機的右下方接近，設法用左機翼捕捉住受油機的導索，導索沿機翼前緣滑向翼尖，配重塊滑入一個卡口鎖住，然後受油機就可以用絞車把油管拉出來，接上加油口，開始輸油。有意思的是，油管在加油機內是平整地舖在機翼內，而不是像通常的那樣，盤繞在轉鼓上。這個系統被進一步發展到圖-16 轟炸機上。圖-16 上的系統進行了簡化，取消了導索，加油機直接將油管放出來，加油機作平直飛行，改由受油機作機動飛行，接近加油機。1954 年時，翼尖對翼尖加油系統在米格-19 戰鬥機上短暫復活，試驗中，一架米格-19 曾前後兩次空中加油，留空6 小時。但翼尖對翼尖加油的空中機動動作複雜，只能一對一加油，不能同時對兩、三架飛機加油，米格-19 的實驗最終成為翼尖對翼尖加油系統的天鵝之歌。
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在米格-19上試驗的謝萊斯特/瓦西亞寧系統
與此同時，蘇聯也在積極研製導管-套籠系統。蘇聯的導管-套籠系統儘管在概念上和英國的系統很相似，但蘇聯繫統的靈感來自於對轟炸機拖帶護航戰鬥機的研究。長期以來，遠程轟炸機的護航一直是一個大問題。前文提到過的瓦克米斯特洛夫在30 年代就研究子母式戰鬥機，在1931 年將兩架伊-4 戰鬥機掛載在TB-1 雙發輕型轟炸機的機翼上，遇到敵機時，伊-4 從TB-1 釋放，投入戰鬥，然後自行返航。美國在40 年代也研究過類似的系統，試驗過在B-36 重轟炸機的炸彈艙裡掛載XF-85 戰鬥機，也在B-36 的機腹下試驗過掛載過F-84E 戰鬥機。
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XF-85 和B-36
然而，子母式戰鬥機概念有幾個不可克服的問題：
1、必須研製專用的超輕型護航戰鬥機，其輕小的尺寸又注定其有限的火力和性能不能和常規戰鬥機比美，而且由於尺寸的巨大差別，這種超輕型護航戰鬥機將要永遠和常規戰鬥機並行發展，而難於將常規戰鬥機的改進和發展經驗直接借鑒到超輕型護航戰鬥機上。
2、不管是在炸彈艙內掛載，還是在機腹或翼下掛載，作為母機的轟炸機的載彈和航程要受到嚴重影響，外部掛載還要影響速度。
3、護航戰鬥機基本上是一次性使用，脫離母機後難以再和母機在空中匯合，重新掛載。
子母式戰鬥機的概念最終被放棄了。從49 年開始，蘇聯另闢蹊徑，研究空中拖帶系統，意圖將戰鬥機像滑翔機一樣拖帶在後面，拖帶期間戰鬥機的發動機關掉。投入戰鬥時，戰鬥機可以方便地和拖帶索脫開；戰鬥結束時，可以重新和拖帶索在空中對接。戰鬥機和轟炸機分別起飛，這樣兩者都可以按最大起飛重量起飛。在空中巡航期間，功率要求比起飛、加速期間低得多，所以拖帶對轟炸機發動機沒有特殊要求，這和真正的拖帶滑翔機起飛是很不一樣的。顯然，空中拖帶系統可以有效地解決子母式戰鬥機的許多問題，但在試驗中也發現，拖帶戰鬥機時，轟炸機的速度明顯降低，航程也受到影響。戰鬥機在長時間的拖帶過程中，由於發動機和空調系統關閉，座艙極其寒冷。空中起動發動機也不是一件可靠和輕而易舉的事。
蘇聯的空中拖帶系統被冠名為“縴夫”（Burlaki）。“縴夫”在轟炸機的尾砲塔里安裝一台絞車和一定長度的在末端帶圓錐型套籠的拖帶索，戰鬥機的頭部則安裝一個套管式探頭，管內是一個滑動的梭鏢，在空中對接時，用壓縮空氣將梭鏢射入拖帶索盡頭的圓錐形套籠內，完成對接，再把梭鏢用絞車收回來鎖定，這樣就可以開始拖帶了。壓縮空氣的量夠用3-4 次。
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作縴夫的B-25
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雅克-25 的空中對接步驟
最初的試驗是在一架二戰中租借法案獲得的B-25 轟炸機和噴氣式的雅克-25 實驗型戰鬥機（和52 年首飛的雅克-25 戰鬥機不是一回事）之間進行，試驗獲得成功。同樣的試驗在圖-4 轟炸機和米格-15 戰鬥機之間重複，同樣獲得成功。
蘇聯的研製人員很快就意識到，圓錐可以沿拖帶索牽引一根加油軟管，可以為被拖帶的戰鬥機空中加油。負責試制“縴夫”系統的MAPO（蘇聯解體後，和米格設計局合併成為Mig-MAPO，以後簡稱為MAPO）很快在B-25 和雅克-25 上試驗了這一概念，並獲得了成功。但這畢竟是實驗性的臨時改裝，輸油速率很低，油管也沒有必要的閉鎖裝置，加油完畢、軟管脫開後，軟管裡的剩餘油料隨氣流到處飛舞，進入戰鬥機的發動機，甚至通過空調進氣口進入戰鬥機的座艙，造成很大的危險。
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雅克-25 上的受油步驟
弗拉德米爾.瓦克米斯特洛夫在52 年將“縴夫”系統開發成正規的空中加油系統，原設計得到大幅度的改進，加油軟管不再從機尾的尾砲塔放出，而是從翼尖放出，這樣可以同時為兩架飛機加油。新系統很快通過了國家驗證試驗，但蘇聯空軍當時沒有急切的用處，所以被作為技術儲備束之高閣。
值得一提的是，在空中加油的圈子以外，空中對接的概念也不是匪夷所思的。80 年代英阿福島戰爭後，海鷂式戰鬥機風頭正健，很多人開始琢磨把海鷂裝備到驅逐艦、護衛艦一級的軍艦，從而大大提高沒有航母的艦隊的自衛放空和攻勢制海能力。很多驅護艦有直升機起落平台，但海鷂的起降要求比一般艦載直升機要高，要求起落平台的面積更大，在海上的起伏更小。更要命的是，在驅護艦上起落，海鷂只有垂直起落，這時下射的熾熱噴氣流可能燒熔甲板，至少使甲板的壽命大大縮短，嚴重影響到這個概念的實用性。在宇宙飛船太空對接的啟發下，有一個方案用一個具有三軸穩定能力的可伸縮的大型吊桿，將海鷂吊到艦側的海面上空，然後點火起飛。這樣，甲板燒熔的問題就沒有了。著陸時，海鷂飛到艦側懸停，和吊桿對接，然後關閉發動機，由吊桿把飛機放到甲板上。吊桿的三軸穩定能力使吊桿繞各個“關節” 自動地轉動，使吊掛的海鷂保持穩定。吊桿還可以完成對懸停的海鷂空中加油。這個方案在技術上沒有不可克服的困難，但最終沒有為各國海軍所採用。
冷戰伊始，蘇聯開始研製新型的遠程戰略轟炸機，除核轟炸外，主要目標是具有足夠到美國來回的航程。在主要的競標對手中，使用渦槳發動機的圖-95 貌似陳舊，但速度超過0.8 馬赫，和同期的噴氣式轟炸機相比並不低多少，載彈和電子系統能力強大，而且具有驚人的13,000公里以上的航程。相比之下，噴氣發動機的米亞-4 更時尚、更誘人，但問題在於，米亞-4 達不到設計規定的11,000-12,000 公里航程，在試驗中，空載也勉強達到9,800 公里的航程，所以必須用空中加油來彌補航程的不足。當時已經投用的翼對翼空中加油技術具有太明顯的圖波列夫標記，米亞希斯契夫打死也不願意用，於是找上了瓦克米斯特洛夫的“縴夫”系統。其實圖波列夫也沒有那麼君子風度，在首飛的圖-95 原型機的機艙內，也悄悄地塗上了“打倒米亞希斯契夫”的口號。
裝備空中加油設備的米亞-4 首先在56 年的土希諾航展露面。經過不斷完善，並在伊爾-28 輕型轟炸機和米格-19 戰鬥機之間試驗，瓦克米斯特洛夫的設計最終演變成KAZ（kompleksniy agregat zapravki，意為複雜加油裝置）。受油機的加油探針仍然從套筒探管中射出，射入加油機拖弋的加油軟管末端的套籠中，完成對接，輸油輸率高於翼尖對翼尖加油系統。
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米格-19 在試驗不同的受油管位置：機頭上，右機翼，左機翼上方
經過若干年的經驗，翼尖對翼尖加油系統得缺點也逐漸顯現：
1、翼尖氣流對加油軟管的穩定性影響很大。機翼是產生升力的地方，氣流從機翼上下表面流過，流速差形成升力，這是基本的貝努力原理。但是，機翼前緣的後略角使氣流運動有沿著機翼橫向流動的分量，即所謂展向流動。這展向流動和機翼在翼尖出終止所造成的氣流流場的不連續性，使翼尖附近的氣流流動格外複雜。現代飛機的翼尖小翼就是用來克服這個問題的。但這翼尖氣流使加油軟管在空中飄舞得格外起勁，為空中加油帶來額外的困難。
2、兩架大型飛機作精確的平行飛行，加上加油管和受油口都遠離視線，對飛行員的要求很高。
3、在短時間內通過一側的機翼大量輸送燃油，容易造成飛機的不平衡，所以輸油速率較低。
4、對接前和脫離後，空中飛舞的油管可能卡在副翼和機翼的間隙中。這是非常非常危險的。
50 年代末開始，翼尖對翼尖加油系統被放棄，所有蘇聯戰略轟炸機都裝備空中加油設備，而且全統一到KAZ。
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米亞-4 夥伴加油
KAZ 採用液壓機構收放油管，重量較大。米亞-4 作為轟炸機最終是不成功的，大量米亞-4 安裝了KAZ 系統，改為加油機使用，一直到90 年代末還在預備役中服役。相比之下，圖-16 的載油量太小，作為加油機使用並沒有太大的優點，但是圖-16 可以和圖-22“眼罩”和圖-22M“逆火”超音速中程轟炸機駐紮在同一個基地，部署和使用比較方便，用圖-1 進行空中加油訓練也比較經濟，所以還是有一些圖-16 轟炸機也安裝了KAZ。
在此期間，蘇聯做了大量實驗，試圖使空中飛舞的套籠穩定下來。有一個方案是用機動的環形翼來控制套籠。試驗獲得成功，但這些結果局限在試驗室，沒有得到推廣。
除了固定翼飛機，直升機的空中加油也得到研究。60 年代初，弗拉德倫.希洛在阿克祖賓斯克，成功地試驗了用米-6 作為加油機，對米-4 和米-6 實行空中加油。加油軟管從左機門拖出，因為旋翼順時針旋轉的關係，機身左側的湍流較弱。
然而，50-60 年代對空中加油的緊張研究，到60 年代末和70 年代初嘎然而止。戰略轟炸機的空中加油系統統一到KAZ，由於蘇聯空軍作戰思想的緣故，戰術飛機沒有空中加油的要求。這種情況直到蘇-24 的出現才得到改變。
在蘇-24 之前，蘇聯戰術空軍（所謂前線航空兵）的使命很簡單，就是防空和近距支援，對敵人縱深的攻擊是交給戰略空軍（所謂遠程航空兵）完成的。在戰略空軍的眼光越來越遠的同時，中程的戰役縱深目標受到了一定的忽視。用機動性較差的大型轟炸機攻擊價值相對不及戰略目標的戰役縱深目標，其效益和生存力也有問題。蘇-24 是蘇聯第一種航程較長的以攻擊戰役縱深目標為主要使命的戰術攻擊飛機，為了使蘇-24 能夠攻擊整個西歐範圍內的目標，戰術飛機的空中加油重新提上了日程。空中加油還有容許戰術飛機滿載彈藥但是減油起飛，而在空中再灌滿油箱的作用。這是美國空軍和海軍的基本戰術，但對很多別的國家，還是一個新鮮事。
經過系統的研究，蘇-24 之間的伙伴加油是最好的方案。於是KAZ 系統被大幅度改進，成為PAZ（podvesnoy agregant zapravki，外掛加油裝置）系統。PAZ 在74 年首先在兩架蘇-15 戰鬥機上試驗成功，然後在兩架伊爾-38 巡邏機上再次試驗成功。
在PAZ 的成功經驗上，研製人員再接再厲，進一步研製了UPAZ，其中U 指unifitsirovannyi，意為通用的。UPAZ 是按從戰鬥機到戰略轟炸機的各種飛機通用的空中加油系統來設計的，任何飛機都可以掛載。燃油直接從機內油箱裡抽取。和早年的KAZ 相比，UPAZ 不採用沉重的液壓系統，沒有自身的動力，也不需要從母機上接駁電源或液壓系統。UPAZ 巧妙地利用飛機飛行中的氣流驅動輕巧的風車，帶動輸油泵和絞車，重量和系統複雜性大大改善
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Su-24 的UPAZ
在研製通用的UPAZ 的同時，蘇聯空軍也同時研製專用的伊爾-78 加油機。UPAZ 首先與1983 年在蘇-24 上服役，伊爾-78 於1987 年投入現役。
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伊爾-78 加油機
伊爾-78 從伊爾-76 發展而來，除了固定安裝用於空中加油的外掛短艙外，還在機艙安裝了油箱，供空中加油之用。尾門、裝卸跳板和機內所有貨物裝載系統都得到保留，如果需要，可以很容易地把機艙內的額外油箱拆除，把伊爾-78 作為伊爾-76 使用。但是實際經驗表明，伊爾-78 基本沒有轉換回到基本貨運飛機的情況，加油機遠比運輸機短缺，保留貨運能力而損失的載油量是得不償失的。因此，伊爾-78 被進一步發展為伊爾-78M，尾門、裝卸跳板和機內所有裝載系統被拆除，以增加載油量。
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伊爾-78 為“俄羅斯騎士”的蘇-27 空中加油
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伊爾-78 機艙內的油箱
進入90 年代，隨著新一代戰術飛機的服役，海外戰爭的影響，以及出口市場的需求，基本上所有的蘇聯/俄羅斯主要新型戰術飛機都具備了空中加油的能力，UPAZ 成為標準裝備，空中加油也在訓練和演習中得到越來越多的應用。
蘇聯的空中加油系統和英國及美國海軍的軟管加油系統相似，但和美國空軍的硬管加油系統截然不同。事實上，蘇聯好像從來沒有在硬管加油系統上下過功夫，這其中的原因不是很清楚。和軟管加油相比，硬管加油的壓力高，流量比軟管要大6 倍，所以對需要輸送大量燃油的重型轟炸機特別適合。但是硬管也有很多問題：
1、只能為一架飛機加油。
2、硬性連接對連接點的緩衝要求很高，也要採取特殊措施，保證連接點不會意外脫開。
3、對接要求高，那根黃蜂尾刺一樣的加油管（flying boom）要由專門的控制員操作、對準。把一根長長的桿子插進一個遠遠的小孔，這個難度不是一點點。不過flying boom 畢竟是可操縱的，比起純粹靠氣動穩定的軟管，穩定性更容易保證，所以也是有好處的。
4、系統重量大，只能用於專門改裝的飛機。
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從波音767 改裝的KC-767，注意這是第一架真正從改裝民航機改裝的波音加油機，KC-135 嚴格來說不是波音707 改裝的，只能說是同源
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A330 加油機，一看就不是很認真的，連機艙上的窗都還留著
不管是KC-135、KC-10、KC-767、A310MRTT 還是A330MRTT，美國和西方總是用大型民航機改裝專用的加油機，至少是共用平台。相比之下，蘇聯用軍用運輸機改裝加油機。顯得是一個例外。蘇聯當然不是沒有相應的民航機可以選用，圖-154 或許小了一點，但伊爾-86 是現成的。其實這反映了兩種不同的指導思想。民航機改裝的加油機無疑經濟性更好，在採購費用和日常運行費用上有無與倫比的優越性。但民航機對大型機場高度依賴，即使在民航已經高度發達的今天，在一個特定戰區內，能夠起降K-C767 和A330MRTT 的機場還是屈指可數的，一旦遭到毀壞，空中加油作業就難以保證。相反，軍用運輸機可以在簡易跑道上起降，在戰時的生存力要高得多。同時，軍用運輸機架裝自衛電子系統也要容易一些，在日益複雜的空戰環境中，這或許會很重要。中國空軍正面臨大規模採用空中加油的關頭，正確選擇技術道路是十分重要的。