一种直升机快速燃油补给系统及加油方法与流程

1.本发明属于直升机领域，涉及一种直升机快速燃油补给系统及加油方法。


背景技术：

2.直升机在复杂地形、特殊环境下的人员搜救、勤务保障、侦察探测等领域具有不可替代的作用。但受限于飞行原理，相比固定翼机，直升机在作战半径和留空时间方面存在明显差距。通过空中加油的方式可有效弥补直升机在续航能力上的先天不足，并可通过燃油装载量与武器、物资、空勤等装载量的合理配比，提升直升机在常规以及高温、高原等复杂环境下的作战效能和作战灵活性。
3.相较于国外，国内在直升机空中加受油技术领域的研究仍处于起步探索阶段，缺乏适用的加受油装置，相关飞行作业的实践仍为空白。参考国外相关经验，直升机的空中加受油作业通常采用软管对接的方式并且在直升机巡航状态下实施，但国内目前面临加油机选型的难题，目前仍缺乏与直升机飞行包线相匹配的加油机机型。此外，传统的加受油机前后编队-软管对接的方式受限于加/受油飞行环境、气动布局、结构改装和飞行驾驶技术等方面的限制，以及对作业空域的要求，这种方式在相关研制、试飞、训练和使用中面临极大的技术难题和实施风险。
4.面对直升机空中加油的迫切使用需求，针对国内在该技术领域的现状和技术短板，需在加油作业模式、配套加受油装置研制等方面进行大胆技术创新，以填补国内在直升机空中加油技术领域工程应用的空白，以支撑直升机作业灵活性和效能的提升。


技术实现要素：

5.本发明的目的：提出一种直升机快速燃油补给系统及加油方法，用于对直升机实施不着陆加油。
6.本发明的技术方案：
7.一种直升机快速燃油补给系统，直升机快速燃油补给系统包括地面分系统、快装油箱、直升机机载分系统；
8.地面分系统包含燃油补给/运输车辆、举升随动控制单元、举升/对接机构、托举平台和车内快装油箱固定装置；
9.直升机机载分系统包含燃油转输控制单元、燃油转输管路、快装油箱挂接/投放控制单元和机载部分的挂接/投放接口；
10.燃油补给/运输车辆上安装举升随动控制单元、举升/对接机构；举升/对接机构的顶部安装托举平台；托举平台上安装快装油箱固定装置；举升随动控制单元用于控制举升/对接机构平移、升降，以实现快装油箱与机上的快装油箱安装面对准，还用于控制托举平台对快装油箱的抓取、释放，还用于控制快装油箱固定装置对快装油箱的固定和解除固定；快装油箱在未被抓取前容纳于燃油补给/运输车辆的油箱存储舱；
11.快装油箱安装面设置在直升机的机腹位置；安装面的中间开设有燃油转输管路的
接口，四周设置机载部分的挂接/投放接口；燃油转输管路用于连通快装油箱和机载油箱，燃油转输管路内设置有输油泵，燃油转输控制单元用于控制燃油转输管路开启和关闭，还用于控制输油泵开启关闭；
12.挂接/投放接口用于在机内快装油箱挂接/投放控制单元的控制下，挂接/投放快装油箱。
13.快装油箱包括快装油箱本体、快装油箱部分的挂接/投放接口和快装油箱部分的燃油转输接口；
14.快装油箱本体用于燃油存储，快装油箱本体的上端面设置有与快装油箱安装面位置对应的快装油箱部分的挂接/投放接口和快装油箱部分的燃油转输接口。
15.快装油箱为气动保型的外形设计，且根据受油直升机具体型号，其油箱外形和容量、挂接位置有所不同。
16.快装油箱和直升机采用贴附挂接方式，使得快装油箱本体的上端面和直升机的安装面贴附在一起；贴附由快装油箱挂接/投放控制单元控制实现。
17.举升随动控制单元包括光学定位模块、控制模块；
18.光学定位模块用于获取直升机与地面车辆的相对位置和姿态；
19.控制模块用于对快接油箱进行粗定位和精确定位；具体用于先将快接油箱举升到预设位置，实现粗定位，当到达预设位置后，依据直升机与地面车辆的相对位置和姿态实时控制举升/对接机构对托举平台及其上托举的快装油箱进行运动跟随控制，使快装油箱能够快速与直升机实现精确定位对接。
20.快装油箱的功能为燃油存储，在地面运输中实现模块化燃油存储，以及在飞行中提供燃油转输供给。
21.一种直升机快速燃油补给系统的加油方法，其特征在于，包括：
22.步骤一：快装油箱准备就位后放置并存储于燃油补给/运输车辆的油箱存储舱中，举升/对接机构接收举升随动控制单元的抓取指令和固定指令，通过托举平台实现快装油箱的抓取，通过快装油箱固定装置实现快装油箱的固定；
23.步骤二：直升机在快速燃油补给系统上方稳定悬停，举升随动控制单元基于光学定位原理，向举升/对接机构发送升、降、平移控制指令，调整快装油箱的上端面与直升机的安装面相对；
24.步骤三：直升机接收机组人员的控制指令，自动挂接快装油箱；挂接完成后，举升随动控制单元接受直升机对接成功反馈信息，自动解除快装油箱的固定并将举升/对接机构收回。直升机此时可携带快装油箱转入正常航线飞行；
25.步骤四：直升机在航线飞行过程中，燃油转输控制单元在飞行员控制下，接通燃油转输管路，并开启输油泵，将快装油箱中的燃油自动转输至直升机机载燃油箱，转输完成后，关闭燃油转输管路和输油泵；
26.步骤五：在飞行过程中或地面停车状态下，飞行员控制控制快装油箱挂接/投放控制单元解除直升机和快装油箱之间的挂接，进行快装油箱的自动投弃。
27.挂接过程控制为自动对接，自动分离，正常状态下无需人工干预。
28.有益效果：
29.该发明的主要优点在于：采用具有短、平、快特征的“快装油箱”补给装置，采用由
地面快速对接安装的机腹保型油箱实施补给，其优点包括：1)使用灵活，燃油补给/运输车辆可根据任务需求在直升机航路点灵活建立燃油补给站；2)作业效率高，直升机采用不停车加油方式，任务连续性高。相比于软管对接加油方式，直升机短时间内即可获取定量燃油补给，大幅提高补油效率；3)适配性好，“快装油箱”挂装机构可设计为标准挂接机构，易于在多种机型推广应用；4)安全性高，使用“快装油箱”实施空中加油无需考虑加受油机气动相容性对作业安全的影响，降低了飞行员的驾驶技能要求和工作负荷；5)军事隐蔽性高，直升机燃油补充可在近地面实施，直升机可快速脱离燃油补给区，相比软管对接燃油补给方式无需大面积安全空域保障，大幅降低被探测和攻击的概率；5)对直升机性能影响小；快装油箱采用气动保型设计，并使用贴附对接的方式，对直升机外形气动影响小，能够较好地保持直升机原有性能。
附图说明
30.图1是直升机快速燃油补给系统构成。
31.图2是直升机快速燃油补给系统示意图；1.地面分系统；2.快装油箱；3.直升机机载分系统；4.油箱存储舱；5.机载燃油箱；11.燃油补给/运输车辆；12.举升随动控制单元；121.光学定位模块；13.举升/对接机构；14.托举平台；15.快装油箱固定装置；21.快装油箱本体；22.快装油箱本体上端面；31.燃油转输控制单元；32.燃油转输管路；33.快装油箱安装面；34.快装油箱挂接/投放控制单元。
具体实施方式
32.本发明提供一种直升机快速燃油补给系统和加油方法，主要包括：
33.1)直升机快速燃油补给系统如图1所示
34.2)基于直升机快速燃油补给系统的加油方法
35.如图2所示，直升机快速燃油补给系统包括地面分系统1，快装油箱2，直升机机载分系统3。
36.a)地面分系统1包含燃油补给/运输车辆11、举升随动控制单元12、举升/对接机构13、托举平台14和快装油箱固定装置15。
37.燃油补给/运输车辆11上安装举升随动控制单元12、举升/对接机构13；举升/对接机构13的顶部安装托举平台14；托举平台14上安装快装油箱固定装置15；举升随动控制单元12用于控制举升/对接机构13平移、升降，以实现快装油箱2与机上的快装油箱安装面33对准，还用于控制托举平台14对快装油箱2的抓取、释放，还用于控制快装油箱固定装置15对快装油箱2的固定和解除固定；快装油箱2在未被抓取前容纳于燃油补给/运输车辆11的油箱存储舱4。
38.举升随动控制单元12包括光学定位模块121、控制模块。其中：光学定位模块121用于获取直升机与地面车辆的相对位置和姿态；控制模块用于对快接油箱2进行粗定位和精确定位。先将快接油箱2举升到预设位置，实现粗定位，当到达预设位置后，依据直升机与地面车辆的相对位置和姿态实时控制举升/对接机构13对托举平台14及其上托举的快装油箱2进行运动跟随控制，使快装油箱2能够快速与直升机实现精确定位对接。
39.b)快装油箱2包括快装油箱本体21、快装油箱部分的挂接/投放接口和快装油箱部
分的燃油转输接口。
40.快装油箱本体21用于燃油存储，在地面运输中实现模块化燃油存储，以及在飞行中提供燃油转输供给。快装油箱2为气动保型的外形设计，且根据受油直升机具体型号，其油箱外形和容量、挂接有所不同。
41.快装油箱上端面22设置有与快装油箱安装面位置对应的快装油箱部分的挂接/投放接口和快装油箱部分的燃油转输接口。
42.快装油箱2和直升机采用贴附挂接方式，使得快装油箱上端面22和直升机的快装油箱安装面33贴附在一起；贴附由快装油箱挂接/投放控制单元34控制实现。
43.c)直升机机载分系统3包含燃油转输控制单元31、燃油转输管路32、快装油箱挂接/投放控制单元34和机载部分的挂接/投放接口；
44.快装油箱安装面33设置在直升机的机腹位置；安装面的中间开设有燃油转输管路的接口，四周设置机载部分的挂接/投放接口；燃油转输管路32用于连通快装油箱2和机载油箱5，燃油转输管路32内设置有输油泵，燃油转输控制单元31用于控制燃油转输管路32开启和关闭，还用于控制输油泵开启关闭；挂接/投放接口用于在机内快装油箱挂接/投放控制单元34的控制下，挂接/投放快装油箱2。
45.基于直升机快速燃油补给系统的加油方法包括：
46.步骤一：快装油箱准备就位后放置并存储于燃油补给/运输车辆的油箱存储舱中，举升/对接机构接收举升随动控制单元的抓取指令和固定指令，通过托举平台实现快装油箱的抓取，通过快装油箱固定装置实现快装油箱的固定；
47.步骤二：直升机在燃油补给/运输车辆上方稳定悬停，举升随动控制单元基于光学跟踪定位，实时探测直升机相对车辆的空间位置和姿态，向举升/对接机构发送升、降、平移控制指令，调整快装油箱与直升机的挂接机构实施对接；
48.步骤三：直升机传感器接收快装油箱挂接成功信号后，发送反馈信息至燃油补给/运输车辆，举升随动控制单元随即解除快装油箱的固定并将举升/对接机构收回。直升机携带快装油箱转入下阶段任务飞行；
49.步骤四：直升机在飞行过程中，燃油转输控制单元在飞行员控制下，接通燃油转输管路，并开启输油泵，将快装油箱中的燃油自动转输至直升机机载燃油箱，转输完成后，关闭燃油转输管路和输油泵；
50.步骤五：在飞行过程中或地面停车状态下，飞行员可根据需求控制快装油箱挂接/投放控制单元解除直升机和快装油箱之间的挂接，进行快装油箱的投弃。