贺杰

水上飞机兼具船舶和飞机的特性，要十分注意兼顾水动和气动性能，研制难度较普通船舶和飞机难得多。毫不夸张地说，设计建造一款大型水上飞机需要举全国之力协同攻关，体现的是一国航空工业的整体水平。大型水上飞机的关键技术对国家相关产业和国民经济发展具有十分重要的辐射效应，价值突出。

六大技术挑战

除常规飞机和舰船必需的关键技术外，大型水上飞机还存在基于特殊使用环境和特殊结构的特殊技术要求，主要包括气-水混合动力布局、高抗浪性、防腐蚀、密封性、精确对接装配5个方面，由此面临6大技术挑战。

气-水动布局 大型水上飞机在达到常规飞机的气动布局要求的同时，还要特别注意飞机在水面起降过程中滑行、离水与接水瞬间的水动力特性要求，涉及气-水交接区域气-水耦合特性理论。简单来说，就是在临近水面的这一水气混合区域，空气湿度较大，飞机所遇到的阻力兼含水动阻力和空气阻力特性，随着机身不断高速贴近（远离）水面，这一混合阻力大致呈现一个抛物线的变化过程，直至完全接触（脱离）水面后全部转化为水动（空气）阻力。那么，研制大型水上飞机就必须精准计算这一过程中机体所受阻力的变化，以保证所受阻力最小，对飞行滑行影响最小。AG600在研制过程中，仅气-水动布局设计上就进行了上万次试验。

高抗浪船体设计 抗浪指标是大型水上飞机的核心指标之一，它直接决定了水机的可用性，如果抗浪指标不理想，那么水机很可能在大多数场景下都无法有效发挥作用。抗浪性能主要源于对机身下半部的船体设计，包括船体断阶位置和形状、后缘体、前体扭曲、斜升角等关键部位的参数选择和优化设计，涉及静动态水动力特性理论和数字仿真技术，以在建模阶段实现提高起降抗浪高度和滑水稳定性，减小滑行阻力和喷溅、降低着水撞击载荷等技术目标，后续还应有水动力模型水池试验等环节。

防腐蚀与水密性设计 考虑到高盐高湿的工作环境，水上飞机设计的最基本要求就是良好的腐蚀防控能力和水密性。在防腐方面，一般采用舰船防腐蚀材料和表面涂层防护技术，这里面，水线上下部分的指标要求又有区别，同时，对零部件组装工艺特别是精细度要求非常高。在水密性方面，一般采用“三步曲”确保机体密封性：一是使用紧固件（螺母、螺帽等标准件）湿安装方法，即在紧固件杆与机身结构孔壁贴合的整个表面涂抹密封剂，并在密封剂的活性期内安装好紧固件，从而消除紧固件与机身之间的缝隙。二是在整个机身装配完成后，对机身结构的铆接质量和密封质量，以及蒙皮对缝的密封质量进行气密性检验。三是向机体进行高压喷水，内部相应部位安排技术人员检查是否有漏水渗水问题，从而模拟飞机在水面停放或滑行时，静水压下的机体密封情况。在AG600研制过程中，陕飞结合了以往研制运八、运九等机型的经验，攻克了复杂船体结构装配工艺，大型机身蒙皮多层化铣等技术难关，实现了良好的大机体密封性能。

起落架布局与收放系统安全性 由于对密封性和水动性能的特殊要求，大型水上飞机的主起落架不能像同体量的大型运输机一样置于机身底部，只能收于机身两侧，造成收放结构复杂且对空气动力性能造成一定影响，因此需要对气动外形、全机重心分配、适航主轮距和收放运动机构等方面进行重新优化，在保证着陆的稳定性与安全性的同时，减小其对飞行和水面滑行的影响。一般采取仿真建模方式，对不同起落架布局进行模拟，结合全机气水动阻力计算和试验，根据整流罩所需的外形调整起落架收放角度以及下位锁位置，确定起落架收放机构形式、收放路径和方式，同时形成可接受的起落架整流罩位置和外形。

整体机翼壁板喷丸成型技术 开孔多、接缝多，密封隐患自然就多，因此现代大型水上飞机大量采用整体结构设计，其中又以飞机主承力结构和承载油料的机翼为重点。为在提高机翼强度的同时兼顾密封性，目前主流设计是在翼肋处采用薄壁加筋结构，类似于房屋装修时为吊顶板打上龙骨，既保证了整体结构又确保了强度。由于水上飞机机翼载荷较小，如果机翼壁板偏薄，那么稳定性就会受到影响，为此一般采用较大的立筋高度且带有一定角度的扭转，进一步加大了壁板的喷丸成型难度。西飞在建造AG600中段机身时，就突破了机翼薄壁高筋壁板喷丸强化与成型技术难关，从而高质量保证了翼身对接、起落架的安装协调。

复杂船体制造与装配 现代大型飞机基本都采用分段制造方式，最后由总装厂进行对接装配。但水上飞机的不同在于，总装的不仅有传统的机体还有船体，相当于要同时对接半架飞机和半艘船，而且集中在同一段机身上，设计完全不同，难度可想而知。其中涉及到高精度密封铆接技术、对接数字化定位技术等，同时还需要辅以数字化柔性工装及激光跟踪仪测量，是一个既要科技又要“工匠”的工程。比如AG600在大部件对接工装研制环节，全面采用数字化协调装配工艺，研制低成本半自动柔性对接工装、6套标工和7项协调数据集，工程难度和体量都比较大。

独具特色的功能系统endprint

现代飞机均采用模块化设计，不同子系统耦合组配，形成完整的功能系统。考虑到大型水上飞机的任务定位，除常规飞机必备的子系统外，一般来说，大型水上飞机还有具有自身特点的子系统，主要包括特殊的动力系统和航电系统，以及任务系统（水上搜救和灭火系统）。

动力系统 由于水上飞机大多数时候都在水上作业，发动机极易进水，轻者加快零部件腐蚀程度，重者造成发动机损坏。因此，水上飞机的动力系统均需额外安装防腐蚀装置，一般采用高压空气喷射方式，对发动机适时进行冲洗和清洁。

航电系统 同样，航电系统也必须经受高湿高盐环境的考验。一方面，电子元器件对环境比较敏感，这就要求航电系统采用更强的耐腐蚀材料和涂层技术。另一方面，水上飞机特殊的机体结构给机载天线布局和安装带来诸多不便，为了采取最优设计，保证电子部件和设备间减少相互串扰和外界干扰，需要在设计论证阶段通过建模仿真进行精确计算。

水上搜救系统 水上搜救是大型水上飞机的优势。与救援直升机等航空救援装备不同的是，水上飞机的搜救系统具有独特的低空搜索和着水救援方式。低空搜索指水上飞机采取贴近水面的半滑行半飞行状态搜索遇难人员，系统包括无线电搜索设备、环境监测设备等；着水救援指在海况、天气适宜的情况下，水上飞机直接降落在水面，向船舶一样救捞遇难人员，系统包括水面营救设备、座椅担架和救生包等。比如俄罗斯Be-200水上飞机专门设计了用于飞行员低空搜索目标的座椅，在保证安全性的同时最大可能扩大目视搜索范围。

灭火系统 空中灭火是二战后水上飞机承担的主要职能使命。水上飞机的灭火系统通常由两个分系统组成：一是投汲水控制分系统。主要用于控制汲水和投水作业，包括灭火控制面板、控制盒、投汲水动作和量化装置。以灭火控制盒为中心，综合灭火控制面板、传感器、燃油等信号指示，按照既定设計逻辑输出控制指令，为飞行员作出决策提供辅助参考。二是水箱结构分系统。主要用于存储水源，包括水箱箱体、投水舱门、溢水装置、汲水装置和注水装置。

特殊的结构与强度要求

考虑到较大的体积，以及特殊的工作任务与环境，大型水上飞机在结构和强度上有着不同于陆基飞机和船舶的要求。

机身与机尾翼结构 目前大型水上飞机机身下半部分均采用多曲变截面的流线型船体结构，通常在底部和两侧会设置抑波槽与船舭，上半部分则是常规飞机座舱和通舱布局。机尾翼部分，大型水上飞机一般采用上单翼和水平尾翼布局，机翼两侧对称安装至少一对浮筒，这种结构设计的目的是保证空中飞行和水面起降的稳定性特别是横向稳定。考虑到适航证获取的问题，机尾翼部分还要验证气动弹性性能，包括颤振对飞行性能的影响、机翼发散分析、操纵效率计算、弹性载荷计算等，这部分主要采用风洞试验的方式完成。

强度要求 强度要求是指飞机各部件结构所能承受的最大载荷，包括动强度和静强度要求。在静强度方面，大型水上飞机一般均参考成熟机型和船型的设计，同时保证机体构件锻造和铆接质量。在动强度方面，需要突出水上降落对机体强度的要求。此外，考虑到AG600这类大型水上飞机工作环境恶劣，结构复杂等因素，疲劳与损伤容限能力也是需要重点提升的技术指标，包括对疲劳与损伤容限精确评估和试验等。

首飞不等于庆功

严格意义上讲，大型两栖飞机完成陆上起降试验只是试飞工作的开头，算半次首飞，更为严峻复杂的水上起降试验还在后面，这也意味着还有更多技术难关等待验证和攻克。

水动载荷试验 载荷试验是对一架飞机结构强度的基本检验，水陆两栖飞机不仅要承受陆基飞机固有的空气动力载荷、地面载荷，还要承受水动载荷，后者是指水上飞机与水面接触过程中受到来自水施加的力。关于水动载荷分布的精确计算和试验，是确保水上起降安全性稳定性的基本前提。包括载荷谱的研究编制，不同运动条件下的水动载荷统计、水-气混合载荷值及载荷分布规律等。

水上起降与作业试验 这是大型水上飞机的基本应用方式。需要结合环境数据构建水面起降虚拟飞行仿真模型，通过叠加海况、天气等因子，研究得出在水上起降与作业的操作规范和方法，科学指导水上飞机的使用。日本在二战后研制的第一款大型水上飞机PS-1就因为对使用环境预估不足，导致飞机服役后在高海况下无法使用，结果很快进行了改进，造成了大量浪费。

高精度降水灭火试验 大型水上飞机的重要应用就是空中降水灭火，显然，这项工作并非仅仅是飞到火场上空洒水那么简单，只有降水点集中准确才能保证灭火效果。这就需要在模拟试验中采用地面影像测量技术，获取降水过程的影像，再根据影像测量降水的扩散范围和速度，不断优化降水灭火方式。其中，涉及到大视场角高分辨率投水成像技术、水迹图像处理技术和大视角影像测量技术。简单说，就是通过对投水过程的全维监控，精确计算分析并不断优化飞机降水灭火效果。endprint