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飞桁式空中加油系统——硬管加油
1950年，波音公司推出了飞桁式空中加油系统（Fly Boom），并马上取代了KB-29上以前使用的探管-锥套式空中加油系统（Probe-and-drogue system），这就是KB-29P加油机。与此同时，波音公司在旗下的C-97“同温层货机”的基础上改装出了KC-97加油机。但在战后的喷气式时代，螺旋桨发动机的KC-97显然飞得太慢，已落伍于航空新时代了，由此波音又很快在波音367-80原型机基础上推出了喷气动力的KC-135“同温层加油机”。半个多世纪后的今天，KC-135与作为其补充的KC-10加油机依旧是美国空军的主力加油机，也正在由KC-46“飞马”来接替。
飞桁式空中加油系统，之所以如此命名，是因其在加油套管的外部装有V型或H型的气动控制舵翼，用来供加油员精准控制、调整姿态。这套空中加油系统的核心设备是平时在机身中线、后机腹部收起的刚性加油套管（由此得名“硬管加油”）。它由内外两根刚性管嵌套伸缩构成，外管通过铰链机构与机腹连接，上面装有舵翼，内管能沿管轴伸缩，这样的伸缩结构在加油过程中也能起到缓冲、减震的作用。为了在加油过程中“修正”两机在安全距离上的远或近，在内管上还涂有绿、黄、橙、红直观的标识颜色。
硬管加油的过程，简单描述是：受油机只需在加油机机腹后下方与加油机保持编队飞行即可（也就是在“空中加油飞行包线”内），加油机上的加油员会控制“飞桁”向下向后伸出（以KC-135上的“飞桁”为例，它的上下活动范围为0°～53.8°。左右是±33.80），对准受油机的受油口插槽顶部，而后再伸长内管插入插槽，完成对接，开始加油作业。加油结束后，内管断开连接、缩回，受油机减速飞离加油点。
硬管加油的优势，大体是这几方面：刚性材料的加油套管，在加油过程中受阵风、紊流等因素的影Ⅱ向较小，且在加油过程中不会产生太大的变形;对比软管加油来说，内管的直径大于软管，也就能做到相对快速地加油;硬管加油中的对接过程主要由加油机上专门的加油员来完成，大大降低了受油机飞行员的作业难度，在某种程度上也节省了飞行员这方面的训练成本;从未来技术发展来看，硬管加油系統更易引入自动控制系统来实现加油过程的全自动化。
硬管加油过程中加油机和受油机间的刚性对接，也意味着整个过程中必须确保两机相对静止，对控制精度的要求很高，并要时刻保持在“空中加油飞行包线”内。否则，稍有偏差轻则飞桁与受油机剐蹭、受损，重则便是空中碰撞、机毁人亡的严重事故。
探管-锥套式空中加油系统——软管加油
探管一锥套式空中加油系统的“软管加油”过程，相对“硬管加油”而言，主动权更多是在受油机的飞行员手中。从加油机的翼下软管加油吊舱中释放出的柔性软管，拖着帆布或者橡胶制成的锥套，后者能在一定程度上起到对软管的稳定作用，也利于受油机的加油探头与加油软管的空中对接。
如果相对速度过大，对接上的瞬间加油探头会破坏软管和锥套的相对稳定状态，甚至引发甩动，变成空中挥舞的长鞭，比如曾有锥套直接砸坏受油机座舱玻璃的事故发生。但如果相对速度太小的话，又无法保证加油探头与加油软管的牢固连接。
软管加油系统中的软管在不使用时，是一圈圈缠绕在软管卷扬装置（HDU）上的，软管和锥套完全卷入HDU中，使用时才释放出。在加油的过程中，当受油机相对于加油机前后移动时，软管就会在HDU中卷扬电机的控制下随之缩回和伸出，这与硬管加油过程中通过内管的伸缩在一定程度上保持两机的安全距离类似。软管加油吊舱上同样有颜色警示标识，一般是绿灯亮起表示作业开始;如果软管被受油机推入或拉出太远（也就是两机距离过近或过远），燃油的输送会被马上切断，黄灯亮起：如果红灯被点亮就意味着加油作业要紧急终止，受油机马上脱离。
软管加油技术已经是非常成熟的技术了，可以通过吊舱的方式集成在多种类型的飞机上，这也是战斗机间伙伴加油的技术前提。软管加油吊舱，也与一些常见的电子吊舱类似，在头部装有冲压空气涡轮来自主发电，为系统提供电力和液压动力。
硬管加油与软管加油的差异
在加油速度的对比上，硬管加油是每分钟2 722千克的燃料输送速度，而软管加油每分钟在680-907千克左右。但前者的明显优势，是相对于轰炸机、运输机等大型平台来说的，对于作为“数量最多的受油机平台”的战斗机而言，它是承受不了这般高速加油的。战斗机的每分钟受油能力在454～1361千克，因此在给战斗机空中加油时，硬管加油的加油速度快这一主要优势是无法发挥的，与软管相比并无过多长处可言。
软管加油技术，虽然对受油机飞行员的技术要求苛刻，但它的一个明显优势是能够同时给2架战斗机加油，那么理论上一架战斗机花在加油上的时间就可以减少大约75%。减少了加油时间，反过来，也将使加油机在同样时间内能给更多架次的受油机加油。同时，加油机或受油机在加油作业上的用时缩短，就减少了两个平台在此过程中的燃料消耗，意味着将有更多燃料是用于作战任务的。
就像美国军方的一些论证报告中所讨论的：在战斗机加油时，KC-135每分钟燃烧超过91千克（200磅）燃料，将空中加油的时间从40分钟减少到10分钟（减少75%用时），就可以省下大约2722千克（6000磅）的燃料，一组4架加油机编队所节省的燃料就足以再给4架战斗机加一次油，或者少出动一架加油机即可完成同样的任务。
不过，对于上述纸面计算也有反驳观点称，通过加油员来完成的对受油机插管的硬管加油，其全程作业用时更短，比软管加油中受油机飞行员的“长针穿针眼”的操作要省时33%～50%。最后，加油机使用硬管加油比软管加油的另一优势在于：前者更为灵活，带飞桁的加油机可以通过转接适配探管一锥套加油系统或者翼下挂装加油吊舱来获得软管加油能力，但采用软管加油系统的加油机就无法做到这么灵活的转换。这种“向下兼容”能力也体现在“加油速度”上。硬管加油可以降低加油速度來适应战斗机的加油需求，但采用软管加油方式的加油机在给轰炸机、运输机等大型飞机加油时是无法提高加油速度的。
对于软管加油的可给两架战斗机同时加油的能力，硬管加油也曾有过构想：在靠近两翼的翼尖位置处安装两组硬管加油装置来提高加油效率，但在实际飞行中靠近翼尖的位置是颤振易发生的区域，而这对硬管加油作业的稳定性、安全性有严重的影Ⅱ向，因此该方案一直停留在图纸设想中。
多点加油，还是让美国海军航空兵缺油
美军中美国空军的飞机使用硬管加油，美国海军和海军陆战队的则使用软管加油。美国空军对于后者的加强合作、提供空中加油支持的承诺，最终的实际行动是在KC-135和KC-10空中加油机上加装多点加油系统（MPRS，Multi Point Refueling System），使空军的加油机具备了软管加油的能力。
但多少有些“口惠而实不至”，长期以来美国海军/海军陆战队的战机都面临着空中加油力量不足的压力。就像在“持久自由行动”中，执行对阿富汗“塔利班”空地打击任务的美国海军/海军陆战队的飞行员们就一度抱怨缺少来自美国空军加油机的支持，反倒是英国皇家空军的6架VC-10加油机成为战场上空的“天赐之物”“沉默的英雄”。
再到后来的伊拉克军事行动中，为了弥补自身空中加油力量不足，求人不如求己的美国海军开始频繁使用F/A-18E/F“超级大黄蜂”战斗机来担负伙伴加油任务。比如，作为美国海军中首支实战化部署的“超级大黄蜂”战斗机中队，VFA-115中队在开战的2003年3月21日至4月9日期间飞行了623架次，其中的216架次就是执行伙伴加油任务。
美国海军使用“超级大黄蜂”来进行伙伴加油，的确带来了很大的自主性灵活性、减少了对美国空军加油机平台的依赖，但这又是一种对稀缺高价值平台的“浪费”。一方面“超级大黄蜂”在执行伙伴加油任务时只携带基本的自卫武器，没有执行攻击任务的能力：另一方面在于执行这类任务对宝贵的舰载机飞行员来说也是有些“大材小用”了。
无人机，美国海军加油机的新选项
正是基于这种巨大需求与现实瓶颈，美国海军正在推进“舰载空中加油系统”（CBARS）。2021年6月，美国海军宣布波音公司的MQ-25“黄貂鱼”舰载无人加油机T-1原型机成功对一架F/A-18F“超级大黄蜂”进行了空中加油试验。这是史上首次无人机对有人机实施的空中加油作业，而按照计划MQ-25也将成为首型实战化部署的舰载无人加油机。
按照美国海军对舰载空中加油系统的要求，MQ-25能够将约6800千克（1.5万磅）燃料运送到距离航母平台约930千米（500海里）处，通过对2架F-35C或“超级大黄蜂”空中加油来为它们增加555千米（300海里）的作战半径，这意味着几乎能将目前“超级大黄蜂”的有效作战半径（未加油）翻一番。
新一代加油机的一些新变化
相较于KC-135时代标志性的机尾加油员舱室，作为新一代空中加油机的代表，KC-46和A330 MRTT上的加油员不再是目视操作，而是通过高清立体摄像头、控制台上高分辨率环抱式显示器与佩戴3D眼镜的组合来彻底替代肉眼，席位也可以设置在机上一个相对舒适的位置。
空客公司还更进一步在2018年提出了A3R概念，即“自动空对空加油系统”（Automatic Air-to-Air Refuelling，A3R），旨在开发一种减少加油机上硬管操作员的工作量、降低操作难度、提高安全性和更快更有效地空中传输燃料的新方法。2020年4月，配备了A3R系统的空客A310 MRTT在大西洋上空对葡萄牙空军的F-16战斗机进行了首次全自动空中加油试验。
试验中全自动空中加油系统在被加油员激活后，系统就会自动控制飞桁，将飞桁与受油机间的对准精度保持在几厘米之间;系统实时监控对准精度是否合适、受油机是否飞行平稳：时刻保持飞桁与受油机之间的安全距离，并测定内管伸出的最佳时机;在成功对接、完成加油后，系统收回内管和飞桁，编队脱离。整个过程加油员仅需简单操作和监控即可。
今年5月，空客公司宣布已与新加坡空军、新加坡国防科技局联合进行了A330 MRTT加油机对新加坡空军的另一架A330 MRTT，以及F-16和F-15SG战斗机等机型的全自动空中加油试验。“通过使用不同类型的受油机平台来测试我们的系统，以确保系统的正确匹配，同时收集大量数据，测试系统的极限，以完成A3R系统的开发。”
过去20年来，美国NASA也主导了诸多“自动空中加油项目”（Automated Aerial Refueling，AAR），比如在F/A-18战斗机和RQ-4“全球鹰”无人机平台上进行过的软管自主空中加油测试（对接后未加油），以及将这些积累用于测试X-47B无人机。
直升机空中加油技术，掌握者寥寥无几
直升机的空中加油技术，更是为少之又少的国家所掌握。直升机空中加油，一个基本的技术难题便是，螺旋桨飞机与直升机平台在加油过程中的速度匹配，以及作为旋翼飞行器在空中对接的过程中所面临的高风险点，如受油机的旋翼与加油机锥套发生碰撞、锥套和探头无法脱离，并由此造成的加油软管被切断、燃油喷溅乃至发生坠机等严重事故。
直升机空中加油主要用于战场搜救等特种作战任务，此时直升机需要进入敌方领空领土，空中加油可以增加其留空时间、航程范围，提高任务的灵活性，也保证了直升机能够安全返回。目前世界上仅有美国、法国等屈指可数的几个国家具备直升机空中加油能力。 [编辑/山水]