海阔凭鱼跃 沈海军的航空与纳米 ...分享 http://blog.sciencenet.cn/u/沈海军 同济大学 教授Email:SHJ@tongji.edu.cn /SHJ@nuaa.edu.cn 版权所有

博文

刚首飞的国产大型两栖飞机,到底有多牛?(时评.原创.科普) 精选

已有 5659 次阅读 2018-10-20 16:32 |系统分类:科普集锦

 沈海军

      就在刚才(2018年10月20日),习近平主席发出贺电,热烈祝贺我国国产大型水陆两栖飞机“鲲龙”AG600成功完成水上首飞。这是继2017年12月24日AG600顺利完美实现陆上首飞后该飞机型号的又一重大突破。AG600陆上、水上首飞标志着这型大型水陆两栖飞机正式从试制全面转入试飞阶段,它填补了我国在大型水陆两栖飞机领域的研制空白,成为继运20、C919之后为我国大飞机家族再添一名强有力的重量级选手。

AG600首飞成功后,国内外媒体纷纷报道,令人鼓舞。不少国内媒体在标题中甚至使用了“全球最大水陆两栖飞机”等字眼,格外引人注意。

于是问题来了。世界上都有哪些主要大型水陆两栖飞机呢?国产两栖飞机AG600的设计水平到底如何?它到底能排世界第几,到底有多牛逼?

今天,就借着这个喜庆的日子,我们来聊聊这个话题。

 一、中国为何要研制AG600

水陆两栖飞机的最大优势是可以在辽阔的河、湖、江、海等水域使用,安全性好,地面辅助设施较经济,特别适合多岛海域。它可以停在水面,无需岛上建设昂贵机场跑道。从军事上讲,它可以承担水上救援 、巡逻、特种运送等任务,优势巨大。所以世界上俄罗斯、日本、加拿大等军事强国都在竞相发展水上飞机。

AG600大型特种用途民用飞机,是国家应急救援体系建设急需的重大航空装备,可满足我国森林灭火和水上救援等迫切需要。该机翼展,机长,采用上单翼、前三点可收放式起落架、船身布局形式,安装有4台国产涡桨-6发动机,低空巡航速度460公里/小时,最大起飞重量53.5吨,最大航程超过5000公里,具有可达性、机动性好,搜索范围广、搜索效率高,安全性高,装载量大、续航时间长等特点。

AG600既能在陆地上起降,也能在水面上起降,可在水源与火场之间多次往返投水灭火,森林灭火、特种灭火效率高。AG600身形巨大,20秒内便可一次汲水12吨,单次投水救火面积可达4000余平方米;飞机机动灵活,可多次取水,对火点进行持续打击。

当今世界,海上搜救力量主要依托搜救直升机。但搜救直升机飞行速度慢,通常不到300公里/小时,难实现快速营救,且搜索范围受限,而固定翼水陆两栖飞机飞行速度达到400-600公里/小时,且可降落在被搜救目标附近,直接营救上机,这是直升机和常规固定翼飞机所不具备的性能。

AG600海上救援能力强,可快速响应、快速到达,可在复杂气象条件下实施救援行动,起降抗浪能力不低于2米,可一次救助50名海上遇险人员。

虽然定位为民用但随着中国在南海建礁工程的推进,南中国海上更多海上驻点需要远程补给、救援服务,这也可以让AG600发挥更大的用途。

AG600研制难度大,技术复杂程度高,对我国空中应急体系的建设有着不可忽视的作用。AG600的设计制造填补了我国大型水陆两栖飞机的空白,为我国应急救援体系建设奠定了坚实的基础。AG600飞机坚持自主创新,以国内供应商配套为主,飞机完全具有自主知识产权,并满足中国民航适航规章要求。

事实上,在AG600之前,中曾研制过一款水上飞机-水轰5。水轰-5于1968年批准研制,原型机由哈尔滨飞机制造公司制造,1986年服役。然而由于机载设备存在明显缺陷,无法达到军方要求,水轰-5最终未能投入大批量生产。水轰-5包括原型机在内只生产了7架,最终服役4架,装备于解放军北海舰队航空兵。

目前,这批水轰-5的服役时间已经达到27年,已经接近服役全寿命。由于是在海上飞行使用,高盐度海水对水轰五飞机其机体、发动机的腐蚀相当厉害,地勤维护变得十分艰难。

 二、全世界大型水上飞机知多少?

下面按照个头尺寸及起飞重量的大小,笔者依次罗列了世界上所有起飞重量在20吨以上的水陆两栖(水上)飞机。

 1)夭折的水上巨无霸,H-4“大力神”

第二次世界大战期间,世界到处战火纷飞,美国加入同盟国阵营。漫长的战争使得交战双方在运送武器、兵员、弹药、设备等方面举步维艰。美英两国加足马力,拼命造船,但运输船队屡遭袭击,苦不堪言。为此,美国官方决定划拨资金,研制一款巨型的水上飞机。按照要求,这种水上飞机要能够一次运载500名全副武装的士兵,或同等重量的军事装备,且航程要可达大西洋或太平洋的任何地方。该计划最初是美国企业家享利.凯斯提出的,时间为1942年。该项计划最终实施落到了是美国休斯公司手上,飞机被命名为H-4“大力神”,绰号“云杉鹅"。该公司的创始人休斯是一个奇人,拍过电影,也造过飞机,颇为传奇。

为了节省金属材料,H-4大力神大量使用木材建造。建成的飞机机长达66.6米,翼展97.54米,起飞重量181.4吨。布局上,飞机采用上单翼,八台发,翼展比波音B747还大,计划运载500-700人。

1947年11月2日,休斯亲自驾驶“大力神”破水滑行并升空24米,飞行了1600多米后降落。此后,这架飞机再也没有飞起来过。实际上,那次贴着水面20来米高的试飞只是一种利用地面效应的飞行,飞机只能贴着水面,根本就无法高飞。 由于试飞成绩不佳、预算超支、战争结束、美国政府停止订货等原因,H-4“大力神”项目夭折,最终成为了供游客观赏的退役品。

1976年休斯死后,H-4“大力神”辗转流浪,一直被航空爱好者收藏保存着,且经过多次转手。H-4与其说是航空技术的结晶,不如说是浪漫与梦想的点化。在现实世界中,它也确实只是休斯“折腾”的产物。

image.pngimage.png

1 蛟龙600(左)和H-4“大力神”(右)

 2)水陆两用飞机A-40,王者归来

最近,俄联合航空制造集团公司对外宣布,俄罗斯正在研究恢复在俄生产苏联时期的A-40“信天翁”水陆两用飞机。A-40是苏联时期的多用途水陆两用飞机,是俄罗斯别里耶夫设计局研制的世界上最大的双发涡扇式多用途水陆两用飞机。

A-40的基本用途为海上巡逻和客货运输。设计工作开始于1983年, 1986年首次飞行,1987年开始批生产。主要型别有:A-40反潜/侦察/布雷型、海上巡逻以及搜索救援型等。据俄罗斯媒体报道,A-40曾创下148项世界纪录。飞机最大起飞重量90吨、飞行时速800公里、航程4000-5500公里、巡航时间12小时,这是世界上任何同类飞机都无法比拟的。

A-40最初是根据航空航天搜索和救援服务的技战术要求研制的。除了搜索外,它还用于反潜,可携带水声浮标、深水炸弹、水雷、鱼雷等。苏联解体后该项目被停止。

 A-40恢复生产将给俄罗斯从北极到外太空带来新能力。未来两年内有望在“东方”航天发射场进行载人航天发射任务,一旦火箭出现故障,飞船可能会落入太平洋。新的A-40将承担相关搜救任务,也适合在北极地区执行疏散和救援。另外,除了执行民用任务,它也具备执行军用任务的能力。它仍将成为一种有效的反潜飞机,在未来与中国AG600两栖飞机竞争。

A-40采用常规后掠翼,机翼为超临界翼型,大展弦比达8.66,具有很高的升阻比。为保持飞机在水面滑行时的横向稳定性,翼尖装有小艇。为减小阻力,A-40采用流线型机身,机头呈圆锥形,前段机身底部呈W型,后段为V型,这使机身的浮力增大,有利于离水起飞。A-40安装有2台大推力D-3OKPV涡扇主发动机,和两台R-60K型助推涡喷发动机,助推发动机提供起飞时的辅助动力。其主要机载设备包括惯性飞行和导航系统,标准的通信电台和敌我识别器,导航、搜索、侦察和浪高测量雷达,常规仪表,轰炸设备和光学/电视瞄准具等。

A-40飞机翼展 41.62米,机长43.84米,最大有效载重量6.5吨,最大起飞重量86吨,最大巡航速度 720千米/小时,实用升限9700米,起飞距离1000米,着陆距离1450米,最大载重航程4l00千米。

image.pngimage.png 

图2 A-40(左)和 US-2(右)水陆两栖飞机

3)日本的US-2水上飞机

日本是个群岛国家,有近3万公里海岸线,拥有众多的海上利益。独具特色的水陆两栖飞机深受日本海上自卫队的青睐。1967年,日本海上自卫队就自行研制了国产PS-1水陆两栖飞机,然而,该飞机飞行高度太低,航程过短,速度慢,很快被淘汰,随后换装了US-1A水陆两栖飞机。US-1A由日本新明和工业株式会社研制,共向日本海上自卫队交付了20架。US-1A交付后,仍不能满足日本海上自卫队的任务要求。于是对US-1A进行全面升级,就产生了US-2。

US-2首飞时间为2003年,翼展33.15米,长度: 33.46米,陆地最大起飞重量: 47.7吨,480公里/小时。其飞行高度可达到6100米,最大航程4600公里,水上滑跑起飞距离约460米,水上着陆最短距离约220米(载重36吨)。就起降距离来讲,US-2与其他国家的水陆两栖飞机相比有相当大的优势。例如加拿大的CL-415水陆两栖飞机起飞距离为814米,着陆距离为665米;俄罗斯的-200水陆两栖飞机起飞距离为1400米,着陆距离为800米。US-2是一种4引擎涡轮螺旋桨飞机,采用艾利逊-罗罗公司的AE-2100引擎,采用了电传操纵等先进航空电子技术。

US-2起降速度快,可以在风大浪急的海面起降,是海上救援的理想选择。US-2不但能够执行搜救任务,而且能够执行海上巡逻和反潜等各种作战任务。它使用玻璃驾驶舱,增加了海上搜索营救的可靠性。它提高了飞行性能,减少了驾驶员的工作量,并使原来3人机组减为现有的2人。它加装了压力机舱系统,成为世界上第一种装有增压舱的大型水上飞机。增压舱的运用可使US-2飞到9000米以上。

US-2还可用于运送特种部队、投放小型快艇执行突击任务,以及执行监视任务,包括反潜作战任务。US-2最重要的价值在于它起降无需长跑道。它可以在配有简单水泥停机坪的海港起降,从而便于加油和支援活动。太平洋的岛屿数以千计,这种性能极具吸引力,尤其是鉴于中国在中国南海和琉球群岛的活动,特别是在冲绳境内和周边区域。

 4)多用途水陆两用飞机别-200 

别-200是俄罗斯塔干罗格别里耶夫设计局研制的双发涡扇式多用途水陆两用飞机,是A-40的缩小型。别-200首架原型机于1996年9月出厂,1997年首飞,1998年交付使用。其主要型别有:灭火机型、客机型、货机型、救护机型和搜索救援型等。目前俄罗斯国内已订货 116架。

别-200总体设计与A-40较为相似。从外形上来看,别-200采用了与同A-40一样的常规布局,后掠上单翼,大展弦比,T形尾翼,中规中矩的方向舵和升降舵设计。中翼后上方并列安装有两台由俄制D-436PT型涡轮风扇发动机,单台推力73.6千牛。别-200机身为全金属半硬壳结构,底部为船体设计。2名驾驶员,座舱位于机头上方,客机型可载 64名旅客或10-52名头等舱和二等舱旅客, 起落架为前三点式。

与A-40相比所不同的是,整个飞机的尺寸减小,翼下增稳浮桶内移,翼尖加装了翼梢小翼,采用全气密机身。别-200取消了助推涡喷发动机。前、主起落架均为双轮式,驾驶舱仪表板上安装了多个由美国本迪克斯公司生产的液晶显示器,机上还注有MH-5气象雷达、ARIA-200数字笔导航系统等先进的机载设备。

别-200飞机翼展 32.88米,机长32.0米,最大起飞重量36吨,吸满水后的最大空中重量为43吨,飞机最大巡航速度 700千米/小时,实用升限11千米,起飞距离陆地600米,水上1000米,着陆距离陆地1050米,水上1100米,吸水距离1450米,航程(载重4吨)2100千米。

image.pngimage.png

图3 别-200(左)和别-12(右)水上飞机

5)俄制别-12水陆两栖飞机

别-12“海鸥”是苏联别里耶夫设计局于20世纪50年代末研发的一种军用水陆两栖飞机,主要用于执行海上巡逻和反潜任务,研制工作始于1956年。 1960年11月,首架试验机在陆地机场完成了首飞,1961年11月第5次飞行试验时失事坠毁,第二架试验机于1962年完工。

别-12采用传统的海鸥式张臂式上单翼,除操纵舵和副翼是麻布蒙皮外,机体为全金属结构。采用双梁结构的机翼由20度上反角的矩形内翼和1.5度下反角的外翼组成。机翼内有8个油箱船。在外翼翼下安装着具有平滑船形底部的侧向稳定浮筒,每个浮筒由5个不透水的密封舱组成。别-12全机长30.11米,翼展29.84米,机高7.94米,机翼面积99平方米,空重24吨,最大起飞重量36吨,最大平飞速度每小时530千米,航程3300千米。

带纵向行条构件组的双断阶机身底部被分成10个不透水密封舱,在其中一个或几个受损的情况下,仍能保障飞机在水上有足够的浮力。领航员和驾驶员的非密封座舱位于机身前部,中部设有瞭望窗的报务员舱。在水面乘员需要紧急离机时,机上备有充气橡皮艇和救生衣。驾驶舱内还没有弹射座椅,弹射初速24.1米/秒。

在机身右侧设有两个供机组人员进出的舱门,一个在飞机的机头,另一个在尾部,在尾舱门前装有保障随机无线电报务员安全离机的应急出口开关。

起落架为后三点式,主起落架舱位于第22和第26隔框之间,后起落架舱则位于第二个断阶后。尾翼呈H形,双垂尾在平尾的两侧。为防止机翼、尾翼和发动机进气口结冰,飞机还有空气加热系统。两名驾驶员的座椅都安装了弹射救生系统。别-12大大优于它的"前辈"别-6,它操作简便,可搜索跟踪距驻地700-800公里的潜艇,并用AT-l型鱼雷或炸弹将目标摧毁。

目前,别-12已经衍生出了反潜型、救援型、灭火型、作战型、生态考察和运输型等,除前苏联在国内使用外,别-12还出口到越南、叙利亚和埃及,并曾在1973年的阿以武装冲突中使用。

别-12机长30.11米,翼展29.84米,空机重量24000公斤,正常起飞重量34500公斤,最大起飞重量36000公斤,最大飞行速度(高度4000米)540公里/小时,实用升限8400米,航程3500公里,起飞滑跑距离1200米,着陆滑跑距离 1100米。

6)加拿大CL-215/CL-415灭火飞机 

CL-215是由加拿大庞巴迪宇航公司研制的双发水陆两栖固定翼灭火飞机,是世界著名的森林灭火机。该机操纵和维护简便,能在简易机场、湖泊和海湾上起降。1969年获得加拿大和美国型号合格证,1981年12月开始交付使用以来,已生产一百余架,出口法国、西班牙、意大利、南斯拉夫、希腊和泰国等国家,除灭火外,还可用于巡逻、搜索、救援和客运等其他通用航空任务。

CL-215是其装配活塞式发动机的型号,其改装涡浆发动机的型号为CL-215T和CL-415。CL-215飞机翼展28.5m,机长19.8m,最大起飞重量19.7吨 (陆上)/17.1吨(水上),标准飞机空重11吨,有效载重5.3吨,发动机为PWACPW-120,巡航速度306公里/小时,起飞滑跑距离777m(陆上),774m(水上),着陆滑跑距离768m(陆上),835m(水上),实用升限6.1公里,最大航程2200公里。CL-215采用全金属、船身式结构,其船身可保证飞机在水面上起降。它还装有前三点式起落架以便在陆上机场起降。该机机身内有两个水箱,装水方式既可在地面机场装载,又可由飞机从水面掠过时吸水。从水面吸水是利用两个可收放的吸水管。

当飞机以110km时速从水面掠过时,利用水的动压把水箱吸满只需10秒钟,掠水飞行距离为1222m。吸满后飞机即可离水爬升飞赴火场。飞机的有利投水高度为35-40m,一资投水约3秒钟时间,可覆盖120×25m2的区域。一架飞机每天可作业上百次,提供50多万升水进行灭火,必要时每天最多可吸水160次,注水量可达87万多升。

通过试验证明,该机在空中喷洒泡沫灭火剂,还能扑灭燃油引起的火灾。CL-215/215T及其最新型号CL-415是目前世界上最优秀的灭火飞机,至今仍在生产。

 三、国产AG600,到底有多牛?

衡量一个水上飞机性能的参数很多,譬如起飞降落距离、巡航速度、航程等等。这里我们挑选起飞重量、翼展、航程、巡航速度等几个主要参数,来讨论国产鲲龙AG600在世界主要水陆两栖飞机中的地位和技术水准。

上文汇总了世界上最大起飞重量在20吨级以上的所有水上飞机型号:美国H-4“大力神”、俄罗斯A-40、日本US-2、俄罗斯别-200、别-12和加拿大CL-215/CL-415。

表1是笔者按照体型大小排序,汇集了以上几款大型水陆飞机的数据,这些飞机参数包括:翼展、最大起飞重量(水上)、航程、巡航速度、发动机类型、水上起降距离等。

表1 世界大型水陆两栖飞机参数一览表(由大到小)

排序

机型

国家

翼展/米

水上最大起飞重量/吨

航程/公里

巡航速度/公里/小时

发动机

水上起飞距离/米

水上降落距离/米

1

H-4(夭折)

97.54

181.4

--

--

活塞

--

--

2

A-40

41.62

86

4l00

720

涡扇

1000

1450

3

AG600

38.8

53.5

5000

460

涡桨

--

--

4

US-2

33.15

47.7

4600

480

涡桨

460

220

5

别-200

32.88

36

2100

700

涡扇

1000

1100

6

别-12

29.84

36

3300

小于530

涡桨

1200

1100

7

CL-215

28.51

20

2200

306

活塞

774

835

从以上数据可以看出,

1)美国在上世纪40年代研制H-4“大力神”飞机,不管是体型(翼展)、起飞重量方面都遥遥领先,独占鳌头,但飞机项目夭折了,没有研发成功。

2)俄罗斯的A-40水上飞机不管是个头(翼展41.62米),还是大起飞重量(86吨)、巡航速度(720公里/小时),均明显大于中国的AG600、日本的US-2、别-200、别-12和CL-215/415, AG600的上述三项数据分别为38.8米、53.5吨和460公里/小时,因此,“鲲龙600是世界上最大两栖飞机”这句话应该是有误的。

3)在所有飞机里,日本的US-2飞机,起降距离最短,起降性能优越。尽管个头、起飞重量、航程、巡航速度上均较中国的AG600没有优势,但其十几年的实际表现相当出色,为其赢得了很好的声誉,已得到了希腊、印度等国的青睐。

4)俄罗斯的A-40和别-200均采用的是涡扇发动机,区别于其他飞机的涡桨或活塞式发动机,这为A-40和别-200带来了更大的飞行速度,也就是说,这两款飞机在执行灭火、水上救援等任务时具有更为快捷的响应速度。但与此同时,高速的飞行速度也同时带来了另一方面的苦恼,那就是起飞、降落时抗风浪能力变差。

5)最后需要说明的是,尽管加拿大的CL-215/415飞机起飞重量、航程、速度等方面逊色于其他机种,但该飞机起降距离、抗风浪、操稳性等性能具佳,这使得其成为当今世界最有名、最畅销的现役大型水上飞机。过去的40多年,已经有近两百架CL-215和CL-415系列水陆两用飞机已经交付给来自十几个国家的客户。如,美国会定期租用加拿大的CL-215水陆两用飞机,西班牙和意大利长期以来一直在广泛使用这些水陆两用飞机,希腊空军装备了二十多架用于消防的CL-215/415水陆两用飞机,葡萄牙、土耳其、斯洛文尼亚、克罗地亚、泰国和委内瑞拉等国都有数量不等的CL-215或 CL-415水陆两用消防飞机。

总之,国产“鲲龙”600并已经晋升为仅次于俄罗斯A-40的第二大水上飞机。它的研发成功使得中国的水陆两栖飞机实现了巨大飞跃,设计水平已提升至世界的前列。


已《百科知识》投稿



http://blog.sciencenet.cn/blog-39356-1141886.html

上一篇:《走近古印度飞行器维曼拿》系列(六)(原创.科普)
下一篇:老爸生日参加中小学课题咨询会

12 檀成龙 武夷山 黄永义 李毅伟 晏成和 康建 张学文 徐耀 周洲 郭战胜 吴明火 王安良

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (13 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备14006957 )

GMT+8, 2018-11-14 00:43

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部