Заправка самолетов топливом в воздухе (Инженер-майор Ю. Русянцев)

Дальность полета без посадки всегда была одной из важнейших характеристик самолетов, особенно бомбардировщиков.

С внедрением в авиацию реактивных двигателей и в результате общего роста скоростей полета увеличение дальности стало еще более актуальным. Решить полностью эту задачу за счет повышения экономичности двигателей и улучшения аэродинамики самолета пока не удается. Вот почему конструкторы настойчиво ищут иные пути увеличения дальности полета.

Один из таких путей - применение дополнительных баков с топливом, подвешиваемых под крылом (подвесные баки) или в бомбоотсеках самолета. Емкость таких баков может быть довольно значительной. Однако баки, подвешенные под крылом, увеличивают аэродинамическое сопротивление самолета, ограничивают его скорость и маневренность. Подвеска же баков в бомбоотсеках возможна лишь за счет снижения бомбовой нагрузки.

Поэтому особенно заманчивой и многообещающей оказалась идея пополнения запасов топлива в воздухе от специальных самолетов-заправщиков. Эта идея, выдвинутая более 25 лет назад, нашла свое применение прежде всего в спортивной, а затем и в гражданской авиации. В период второй мировой войны проводились работы по созданию систем заправки топливом в воздухе и военных самолетов. Однако достаточно надежных конструкций тогда создать не удалось.

В послевоенный период было установлено, что заправка топливом в воздухе может применяться для увеличения радиуса действия самолетов различных типов. Кроме того, таким путем можно удлинить время патрулирования истребителей и увеличить бомбовую нагрузку бомбардировщиков за счет уменьшения количества топлива, заправляемого в баки перед взлетом. Дозаправка самолетов в воздухе до перегрузочного полетного веса приобретает большое значение также и в случае взлета самолетов с аэродромов, имеющих недостаточную длину взлетных полос.

Немаловажным является вопрос о том, насколько пополнение запасов топлива в воздухе увеличивает дальность полета. Теоретически можно применять любое количество заправок. Однако практически для бомбардировщиков, например, применяют одну или две заправки.

Если применяется одна заправка, то выгоднее всего пополнять топливо в момент, когда бомбардировщик прошел около двух третей расстояния до цели. Самолет-заправщик отдает весь избыточный запас топлива, оставляя себе лишь то, что ему необходимо для возвращения на аэродром. При этом радиус действия бомбардировщика увеличится примерно на 33%.

Могут быть осуществлены и две заправки бомбардировщика топливом в воздухе. При полете к цели самолет пополняет запас топлива в точке, удаленной на две трети расстояния от места взлета до цели. Вторую заправку производят в этой же точке маршрута при возвращении бомбардировщика на аэродром взлета. Применение двух заправок топливом в воздухе позволяет увеличить радиус действия самолета примерно на 67%.

Указанное увеличение радиуса действия бомбардировщика достигается в том случае, если заправка его топливом в воздухе производится до того же веса, какой он имел при взлете. Однако в воздухе бомбардировщик можно дозаправить до максимального допустимого перегрузочного веса. Это позволит еще больше увеличить дальность полета.

Радиус действия современного среднего реактивного бомбардировщика, имеющего нормальный взлетный вес около 70000 кг и бомбовую нагрузку 4500 кг, при одной заправке его топливом в воздухе в наивыгоднейшей точке может быть увеличен в полтора раза, а при двух заправках примерно в два раза. При большей бомбовой нагрузке процентное увеличение радиуса действия бомбардировщика за счет дозаправки топливом в воздухе будет еще больше. Так, например, радиус действия этого же бомбардировщика при бомбовой нагрузке 9000 кг за счет двух заправок топливом в воздухе будет увеличен в 2,2 раза, а при бомбовой нагрузке 18000 кг - почти в три раза.

Как же осуществляется заправка самолетов топливом в воздухе? До настоящего времени применялись три системы заправки: с помощью тросов и гибкого шланга, жесткой телескопической трубы или гибкого шланга и конуса. Система заправки самолетов топливом в воздухе с помощью тросов и гибкого шланга обладает рядом серьезных недостатков и в настоящее время считается устаревшей, хотя и применяется.

Система заправки с помощью телескопической раздвижной трубы предназначена для заправки как бомбардировщиков, так и истребителей. На самолете-заправщике устанавливаются топливные баки, насосы и жесткая телескопическая труба, на конце, которой имеется датчик топлива. Труба крепится шарнирно в хвостовой части самолета-заправщика и имеет аэродинамические рули, управление которыми осуществляет оператор, находящийся на самолете-заправщике.

Для заправки по этой системе заправляемый самолет с некоторым принижением пристраивается сзади к заправщику и продолжает полет на равной с ним скорости. Оператор самолета-заправщика с помощью имеющихся на трубе аэродинамических рулей направляет ее на приемник топлива заправляемого самолета и вводит в зацепление датчик с приемником. Как только датчик входит в зацепление с приемником, открывается клапан, и топливо из баков самолета-заправщика начинает поступать в топливную систему заправляемого самолета (см. на рис. 55 справа внизу). Телескопическая труба допускает поступательные перемещения самолетов относительно друг друга. Они возможны благодаря шарнирному креплению трубы к фюзеляжу самолета-заправщика и шарнирному замку сцепления датчика с приемником. Если давление топлива или механические усилия, возникающие при относительных перемещениях самолетов, превышают допустимые, датчик и приемник выходят из зацепления и перекачивание топлива прекращается.

Рис. 55. Заправка самолетов топливом в полете

Заправка самолетов топливом в воздухе при использовании жесткой трубы может осуществляться на скоростях полета до 500 км/час. Максимальная скорость перекачивания топлива составляет около 1900 л/мин. Основной недостаток подобной системы - уменьшение максимально возможной высоты полета во время заправки примерно на 3000-3500 м. Этот недостаток особенно сильно сказывается при заправке скоростных реактивных самолетов самолетами-заправщиками с поршневыми двигателями. В этом случае реактивный самолет в процессе заправки вынужден совершать полет при большом коэффициенте подъемной силы и на скорости, значительно меньше крейсерской.

Другими недостатками системы являются возникающая на больших скоростях вибрация заправочной телескопической трубы и пульсация давления топлива при относительных перемещениях самолетов. Это требует установки специальных гасителей вибраций в топливных системах. Кроме того, в некоторых случаях механическая связь между самолетом-заправщиком и заправляемым самолетом может способствовать сближению самолетов и вызывать опасность их столкновения или поломки заправочной трубы. Возможны также случаи разъединения датчика с приемником топлива.

Система пополнения топливом в воздухе с помощью гибкого шланга и конуса предназначена для заправки бомбардировщиков и истребителей. Оборудование этой системы на самолете-заправщике состоит из топливных баков, насосов и лебедки, с помощью которой выпускается гибкий заправочный шланг. На конце шланга установлен конус с датчиком топлива. Заправляемый самолет пристраивается сзади с некоторым принижением к самолету-заправщику, занимая такое положение, при котором его приемник топлива может войти в конус выпущенного заправочного шланга и при помощи замка сцепиться с датчиком топлива (см. на рис. 55 сверху и слева внизу). Клапан открывается, и топливо по шлангу начинает подаваться на самолет. После окончания заправки клапан закрывается и заправляемый самолет начинает сбавлять скорость, натягивая заправочный шланг. При определенном натяжении шланга происходит разъединение приемника и датчика топлива.

По сравнению с системой заправки с помощью жесткой телескопической, трубы система с гибким шлангом позволяет быстро пополнять запас топлива даже на больших скоростях и не требует специального оператора заправочного оборудования. Управление выпуском и уборкой заправочного шланга - дистанционное. Оно может выполняться любым членом экипажа самолета-заправщика. Эта система позволяет также одновременно заправлять несколько истребителей или других небольших самолетов от одного самолета-заправщика. В последнем случае заправочное оборудование устанавливается на самолете-заправщике в фюзеляже и в специальных гондолах на концах крыла.

К недостаткам системы заправки с помощью гибкого шланга и конуса следует отнести образующиеся в шланге большие гидравлические потери при перекачивании топлива, что требует установки на самолете-заправщике нескольких насосов большой мощности. При сближении заправляемого самолета с самолетом-заправщиком происходит провисание заправочного шланга, который под действием аэродинамических сил получает колебательные движения. Колебания шланга могут привести к его разрушению. Для предупреждения этого с помощью лебедки поддерживается нужное натяжение шланга. Существенным недостатком системы является также недостаточная гибкость шланга при низких температурах окружающего воздуха, требующая значительных усилий для его уборки.

Сокращение времени заправки самолетов может достигаться перекачкой топлива под давлением, создаваемым специальными насосами на самолете-заправщике. В используемых в настоящее время системах заправки топливом в воздухе перекачивание топлива происходит под давлением около 3,6 кг/см². В топливных системах заправляемых самолетов устанавливаются автоматические клапаны, перекрывающие доступ топлива в баки после их наполнения. Кроме того, в топливных системах заправляемых самолетов предусматриваются специальные устройства, предохраняющие системы от гидравлического удара, возникающего в случае закрытия автоматических клапанов топливных баков заправляемого самолета или при нарушении контакта между датчиком и приемником. Подача топлива под давлением вызывает необходимость установки на заправляемых самолетах трубопроводов увеличенного сечения с улучшенными уплотнениями в местах соединения.

Дальнейшее совершенствование заправки самолетов в воздухе связано с увеличением надежности оборудования, достижением возможности снабжения самолетов топливом на больших высотах и скоростях в сжатые сроки. Принимаются меры по созданию самолетов-заправщиков, однотипных со скоростными реактивными бомбардировщиками.