AG600：在实验室里学冲浪

你能想象一架飞机

既能像鸟儿般翱翔蓝天

又能如鱼儿般在水面畅游吗？

我国自主研制的

大型水陆两栖飞机AG600“鲲龙”

就有这“上天入海”的神奇本领

跟着“鲲龙”一起

冲进中国航空工业集团特飞所

高速水动力实验室

揭开那些神秘水动力试验的面纱

看看“鲲龙”是怎样在水上学“冲浪”的

01

挑战水动力难题

在正式探秘试验前，得先聊聊“鲲龙”诞生的背景。

我国海域辽阔，海岸线漫长，在海上巡察、反潜、救援，尤其是灭火和海岛补给这些事儿上，对大型水上飞机那可是“望眼欲穿”。

为了填补空白，满足森林灭火和水上救援等急切需求，“鲲龙”AG600肩负使命，开启了它的研制征程。

可水上飞机要想在水面起降，面临的挑战比普通飞机多太多。水的密度是空气的80倍，这就意味着飞机在水面要克服比在空气中大得多的阻力。要是没有一些特殊设计，发动机再怎么使劲儿，也没法让飞机在水面加速起飞。

而且，飞机在水面运动，还会溅起水花，这些水花要是冲击到飞机关键部位，那可就是大麻烦了。降落的时候，没有起落架缓冲，飞机承受的着水载荷大得很。

所以，解决水动力相关问题，就成了“鲲龙”能否成功的关键。

“鲲龙”的秘密特训基地特飞所的高速水动力实验室，那可是“鲲龙”成长路上的大功臣。这个实验室不简单，它主要从事高速水动力学基础研究、应用基础研究与应用研究，承担着现代航空、舰船及水中兵器等型号任务的水动力关键技术攻关，为水动力学发展提供强大支撑。

实验室里“暗藏玄机”，有高速航空拖曳水池和水上迫降水池，还有高速试验拖车、造波机、自航动力仪、无摩擦敞水动力仪、流场测试系统、惯性测量系统、数据采集系统、力与运动测量传感器等40余台（套）先进仪器设备。这些设备就像一群“超级助手”，帮助科研人员揭开“鲲龙”在水上的各种奥秘。

02

寻找水上“加速密码”

为了让“鲲龙”能在水面顺利加速起飞，科研人员首先要攻克水阻力这个大难题。

在实验室里，他们把按照1:10比例精心制作的“鲲龙”飞机模型安装在拖曳设施下，然后分别在平静水面和波浪水面条件下进行测试。这就好比让“鲲龙”的“迷你版”在不同的水面环境里“试驾”，看看它的表现如何。

试验过程中，科研人员密切关注不同速度条件下飞机模型的吃水、俯仰姿态以及拉力等参数。吃水深度反映了飞机模型在水中的下沉程度，俯仰姿态关系到飞机模型在水面的平衡，拉力则体现了发动机的动力输出与水阻力之间的较量。

通过分析这些参数，科研人员就能了解“鲲龙”在水面的受力情况，从而找到降低水阻力的方法。

“鲲龙”机身下部采用了特殊的“船体”设计，从侧面看，在船体的中间位置有个“断阶”，把船体分为前体和后体，后体还向上翘起。这个设计可不是凭空想象出来的，而是经过大量水动力试验验证出来的。

当“鲲龙”速度较低时，前体和后体都与水接触；随着速度逐渐增大，船体的接水面积不断减小，直至后体完全脱离水面，此时仅有前体的一小部分与水接触。

这样一来，水阻力在较低速度时达到峰值后，就会逐渐减小，避免了水阻力随速度增加而持续增大，保证了“鲲龙”在水面具备加速能力。就好像给“鲲龙”找到了在水上“加速的密码”，让它能在水面快速奔跑，顺利起飞。

03

驯服调皮的水花

飞机在水上运动时溅起的水花，也就是“喷溅”，如果大量冲击到螺旋桨或襟翼，会对飞机结构造成损坏。所以，驯服这些调皮的水花，也是水动力试验的重要任务。

科研人员在测试飞机模型吃水、俯仰姿态等参数的同时，密切监控飞机襟翼、螺旋桨等关键部位的喷溅水量情况。

他们发现，在船体前部分设计抑波槽，能有效抑制喷溅的能量、高度和宽度。从船体产生的喷溅会先进入抑波槽，抑波槽就像一个“水花驯服师”，改变喷溅的流动方向，让水花在槽内旋转，然后从减压孔流出。

这样一来，喷溅的能量被耗散，流动方向也改变了，其影响作用和范围大幅减小，降低了对飞机结构的损害。通过试验，科研人员不断优化抑波槽的设计，确保它能在各种情况下都有效地控制喷溅，为“鲲龙”的安全飞行保驾护航。

04

为降落穿上“减震衣”

水上飞机在水面降落时，没有起落架的缓冲，会承受较大的着水载荷。为了降低着水载荷，科研人员在实验室里也做了不少研究。

他们用“鲲龙”飞机模型模拟降落过程，观察不同条件下模型的受力情况。设计师将船体设计成“V”形截面，与陆基飞机的圆形截面机身相比，在相同条件下，“V”形截面机身的降载效果大大提升。这就好比给“鲲龙”在降落时穿上了一件超级“减震衣”，能确保在任何情况下着水载荷都小于限制载荷，同时避免了因过度增强飞机结构而导致的重量增加。

科研人员还通过试验，研究不同的着水速度和着水姿态对着水载荷的影响，为飞行员提供最佳的降落操作建议，让“鲲龙”每次降落都能平稳安全。

05

像“福船”一样稳稳浮在水面

水陆两栖飞机要在水上安全待着，首先得稳稳漂浮，不能一到水面就“沉底”，还得有合适的漂浮姿态。这背后，可是藏着不少巧妙设计。

飞机机身下部的船体结构是漂浮的“主力军”，它的蒙皮采用水密设计，就像给船体穿了件“防水衣”，能防止水渗进机身，靠着浮力让飞机漂在水上。

不过，就算蒙皮再严实，长时间在水上漂浮，难免会有少量水渗进来。这时候，船体上的排水口就派上用场了，它们能及时把渗进来的水排出去，保持船体内部干燥。

但要是遇到意外，比如着水时承受过大载荷或者被撞击，导致船体结构破损，那可就危险了。别急，设计师早就想到了应对办法，他们在船体内部设计了“水密隔舱”，这招和我国古代“福船”的技术可谓是“师出同门”。

“水密隔舱”演示图（国家海洋博物馆）

“福船”是古代“海上丝绸之路”的“明星船”，北宋徐兢出使高丽、明朝郑和下西洋都靠它。它的独门绝技就是“水密隔舱”——把船体内部用隔舱板分成一个个独立的“小房间”，彼此互不透水。当水上飞机的船体局部破损时，破损的隔舱会渗水，虽然它不能再提供浮力了，但其他完好的隔舱还能继续“发力”，让飞机依然能漂在水上，不会快速下沉。

设计师们还做了大量计算和论证，确保就算任意相连的两个隔舱都破损，剩下的隔舱提供的浮力也能让飞机具有稳定漂浮的能力，大大降低倾覆的概率。

跟着“鲲龙”在特飞所高速水动力实验室冲了这一趟“浪”，我们见识到了水动力试验的神奇和重要性。正是科研人员们在实验室里的不断探索和努力，才让“鲲龙”拥有了在水上自由驰骋的本领，成为守护国家和人民安全的得力空中卫士。

未来

相信随着水动力技术的不断发展

“鲲龙”还会带给我们更多的惊喜

在更广阔的领域大显身手

来源 | 中国航空报

文字 | 梅春艳

责编 | 张亚歌

主编 | 姜坤英

监制 | 姜春艳