[科普中國(guó)]-保形油箱

簡(jiǎn)介

外掛武器和副油箱是保證及提高現(xiàn)代軍用飛機(jī)戰(zhàn)斗力的主要設(shè)備。為了布置這些設(shè)備，傳統(tǒng)方法是將它們安裝在機(jī)體的特定掛架上，其優(yōu)點(diǎn)是：一方面可以極大地增加飛機(jī)燃油貯存總量，另一方面，當(dāng)副油箱內(nèi)燃油耗完后根據(jù)需要可以在飛行中投放，以減輕飛機(jī)負(fù)載。但是這樣將使飛機(jī)的外形變得極為復(fù)雜，這種做法改變了飛機(jī)的原始?xì)鈩?dòng)布局，極大地增加了飛行阻力，削弱了飛機(jī)的氣動(dòng)性能，同時(shí)副油箱作為外掛物體，對(duì)飛機(jī)的雷達(dá)反射面積也有較大的擴(kuò)大。并且懸掛在機(jī)體下方的副油箱占用了武器掛載點(diǎn)，削弱了飛機(jī)的戰(zhàn)斗力。

保形油箱(CFT, Conformal Fuel Tank)就是在解決飛機(jī)性能與外部裝載的矛盾過(guò)程中產(chǎn)生的。為了克服副油箱的缺點(diǎn)，保形油箱便應(yīng)運(yùn)而生。保形郵箱通常根據(jù)特定飛機(jī)全機(jī)面積分布來(lái)布置，充分考慮飛機(jī)其它部件、系統(tǒng)的正常運(yùn)行、維修、拆裝的方便，以盡量避免飛機(jī)性能的惡化。其設(shè)計(jì)思想是在保持或不大改變飛機(jī)整體流線型(保形)的氣動(dòng)布局的前提下，緊貼機(jī)體添置貯存容器，使容器光滑的表面與機(jī)翼或機(jī)身的表面相切，以求減小飛行阻力和雷達(dá)散射面積(RCS)。合理地設(shè)計(jì)外掛艙的位置和形狀，可以使全機(jī)的面積分布更接近理想狀態(tài)，以改善飛機(jī)的阻力特性；有時(shí)還可以對(duì)飛機(jī)的強(qiáng)散射源起到修正和遮蔽作用，從而改善飛機(jī)的隱身性能。1

保形油箱的優(yōu)點(diǎn)擴(kuò)大燃油貯存總量，增加飛機(jī)航程對(duì)于殲擊機(jī)、強(qiáng)擊機(jī)和殲擊轟炸機(jī)等高速飛機(jī)而言，它們機(jī)翼的展弦比小，不便于在機(jī)翼內(nèi)安裝主油箱，安裝在機(jī)身內(nèi)的主油箱其貯存容積極為有限，不適應(yīng)現(xiàn)代空中作戰(zhàn)的遠(yuǎn)程要求，而安裝保形油箱能增大飛機(jī)燃油貯存總量，提高飛機(jī)航程和機(jī)動(dòng)能力。不僅如此，保形油箱中大都裝有增壓系統(tǒng)和油泵式供油系統(tǒng)，能在各種情形下為發(fā)動(dòng)機(jī)提供燃油。如洛克希德-馬丁公司研制的安裝在F-16機(jī)身頂部的保形油箱可在不減少武器裝備空間的情況下，為F-16戰(zhàn)斗機(jī)多攜帶1.4噸憔料，大大增加F-16的航程。2

維持其整體流線型，減少飛行阻力眾所周知，流線型的物體在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的阻力要比不規(guī)則凸出型物體或外掛型物體所受阻力小得多。也就是說(shuō)，流線型保形油箱相比外掛副油箱阻力大幅下降。在F-15C飛機(jī)上，保形油箱的阻力比掛副油箱的阻力減小50%，這得益于該保形油箱優(yōu)秀的外形設(shè)計(jì)恰好填補(bǔ)進(jìn)氣道外壁和翼根之間的空間，與飛機(jī)的外形融合為一體，使飛機(jī)在亞音速飛行時(shí)不增加飛行阻力，即使是超音速飛行阻力增加也不大，不會(huì)影響飛機(jī)的載荷系數(shù)和速度極限。2

增加裝載平衡，提高飛行穩(wěn)定性在飛機(jī)上配置燃油箱時(shí)，除考慮油量容積外還必須考慮飛機(jī)重心位置和容許變化范圍。保形油箱有效地縮短了副油箱到飛機(jī)重心的距離，增大了左右油箱油量容許變化范圍，增強(qiáng)了飛機(jī)的穩(wěn)定性。憑直觀我們就可以理解，機(jī)翼下的副油箱因?yàn)檫h(yuǎn)離飛機(jī)的中心軸線，載滿燃油時(shí)，飛機(jī)左右平衡的難度系數(shù)會(huì)較大。而保形油箱一般緊貼機(jī)身，與飛機(jī)重心點(diǎn)的距離較近。飛機(jī)擺動(dòng)時(shí)，保形油箱因力臂短而產(chǎn)生的擺動(dòng)力矩也就小了，飛機(jī)自然就穩(wěn)定得多。雖然飛機(jī)一般都有平衡輸油系統(tǒng)，但飛行中難免出現(xiàn)飛機(jī)左右發(fā)動(dòng)機(jī)組耗油量不等，而導(dǎo)致出現(xiàn)左右油箱剩油量不等的情況。較之副油箱，保形油箱距飛機(jī)重心較近，左右油箱油量不等而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩就不會(huì)很大，這樣就增大了左右油箱油量容許變化范圍，使得飛行更為安全可靠。2

減少雷達(dá)反射面積，加強(qiáng)隱形能力實(shí)驗(yàn)證明，投影面積相同的一塊平板和一個(gè)球體，其雷達(dá)反射截面積竟相差4個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，合理設(shè)計(jì)飛機(jī)外形，對(duì)于減小其雷達(dá)反射截面積有決定性的作用。而飛機(jī)安裝適當(dāng)?shù)谋Ｐ斡拖?，不僅不會(huì)增加飛機(jī)的雷達(dá)反射截面積，而且還能減少飛機(jī)整體雷達(dá)反射截面積。如F-15C飛機(jī)上的保形油箱就不僅可以避免進(jìn)氣道與外壁和翼根之間垂直相交的接面，使油箱與飛機(jī)的外形融合成一體，還可以避免副油箱的反射截面，減小反射源數(shù)量，使機(jī)身形成平滑過(guò)渡的曲線形體。2

增加裝載空間，提高載彈能力一般來(lái)講，飛機(jī)通過(guò)保形設(shè)計(jì)可以讓出副油箱所占用的武器裝載空間或掛載位置，甚至可以創(chuàng)造出新的武器掛架，從而提高載彈能力。例如在設(shè)計(jì)F-15C/D保形油箱時(shí)，為了增加掛架，又不影響原先進(jìn)氣道下的4個(gè)半埋式的“麻雀”導(dǎo)彈掛架，設(shè)計(jì)人員在保形油箱下方前后增加了2個(gè)掛架，可以掛載“麻雀”導(dǎo)彈，也可以掛載航空炸彈。后來(lái)在設(shè)計(jì)F-15E時(shí)，設(shè)計(jì)人員又重新安排了保形油箱下方的掛架：最下方安裝了一體式掛架，其中整合了3個(gè)小掛架，在一體式掛架上方又增加了3個(gè)單獨(dú)的掛架，這樣每個(gè)保形油箱就有6個(gè)掛架，每個(gè)掛載能力達(dá)454公斤。

除上述幾點(diǎn)外，保形油箱的優(yōu)點(diǎn)還有很多。例如，因?yàn)楸Ｐ斡拖浯蠖际褂昧烁襞摶O(shè)計(jì)，它們除了能裝載燃油還可以安裝偵察傳感器、雷達(dá)探測(cè)干擾設(shè)備、激光識(shí)別器、微光電視設(shè)備和偵察照相機(jī)等額外裝備。

當(dāng)然，保形油箱并非世間完美之物。保形油箱多是半永久性安裝的，在保形油箱與機(jī)身之間的縫隙用密封條填補(bǔ)，將其拆下來(lái)的幾率都不大，更不用說(shuō)飛行中投擲了。不能投放的保形油箱會(huì)增加飛機(jī)的重量，從而影響飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性。2

應(yīng)用在F-15上的保形油箱性能數(shù)據(jù)Conformal Fuel Tank (CFT)保形油箱是在設(shè)計(jì)F-15C/D 型時(shí)為了增加航程引入的，外掛式保形油箱是兩個(gè)鋁制的細(xì)長(zhǎng)形油箱，保形油箱安裝時(shí)緊貼在 F-15 兩側(cè)進(jìn)氣道外壁。每個(gè)保形油箱可以提供 3.226 立方米的可用空間，如果用來(lái)載油的話，可裝載 3,228 升。當(dāng)初在設(shè)計(jì)保形油箱時(shí)使用了隔艙化設(shè)計(jì)，因此除了裝載燃油還可以安裝偵察傳感器、雷達(dá)探測(cè)干擾設(shè)備、激光識(shí)別器、微光電視設(shè)備和偵察照相機(jī)等額外裝備。為了不影響 F-15C/D 原先進(jìn)氣道下的 4 個(gè)半埋式的麻雀導(dǎo)彈掛架，在保形油箱下方前后增加了兩個(gè)掛架，可以掛載麻雀導(dǎo)彈也可以掛載航空炸彈。后來(lái)在設(shè)計(jì) F-15E 時(shí)，發(fā)現(xiàn)保形油箱上的掛架數(shù)量不敷使用，所以從新安排了保形油箱下方的掛架：最下方安裝了一體式的掛架，其中整合了三個(gè)小掛架，在一體式的掛架上方又增加了三個(gè)單獨(dú)的掛架，這樣每個(gè)保形油箱就有 6 個(gè)掛架，每個(gè)掛載能力 454 千克，使 F-15E 外部掛載量達(dá) 10,705 千克。

重量影響當(dāng)保形油箱安裝在 F-15 機(jī)體上時(shí)，所增加的阻力并不多，這得益于保形油箱優(yōu)秀的外形設(shè)計(jì)，恰好填補(bǔ)進(jìn)氣道外壁與翼根之間的空間，與飛機(jī)的外形融合成一體，使飛機(jī)在亞音速飛行時(shí)不增加飛行阻力，超音速飛行時(shí)阻力增加也不大，也不影響飛機(jī)的載荷系數(shù)和速度極限。保形油箱不能在飛行中投放，在保形油箱與機(jī)身之間的縫隙用密封條填補(bǔ)，估計(jì)在整個(gè)服役期內(nèi)把保形油箱拆下來(lái)的幾率也不大。對(duì)于 F-15C/D 這種純粹的空優(yōu)戰(zhàn)斗機(jī)來(lái)說(shuō)，只有在一些遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)場(chǎng)和巡邏任務(wù)中才使用保形油箱，因?yàn)楸Ｐ斡拖湓黾拥闹亓坑绊憴C(jī)動(dòng)性。