耗时6年无实用成果，美军终止大型水上飞机项目

根据《防务新闻》等媒体报道，美国国防高级研究计划局（DARPA）在今年6月份结束了名为“自由举升机”（LibertyLifter）的中大型水上飞机项目，演示样机的制造工作已被终止。

DARPA表示该项目花费了约9800万美元，尽管项目本身没有产生可实用的成果，但是研发过程中获得的技术进步可以用于未来的飞行器设计，并有望显著降低大型飞机的制造成本。

极光飞行科学公司的方案概念

从地效飞行器到重型水上飞机

DARPA的自由举升机项目经历了两个演变阶段。该项目的前身是DARPA在2021年公开招标的大型地效飞行器项目，当时的预期目标是能携带100吨以上的载荷，可携带多辆两栖装甲车辆。

苏联KM地效飞行器，机翼面积远小于同吨位的水上飞机。

2019年，DARPA就曾向工业界公开招标，寻求能有效支持研发新型地效飞行器的相关技术。当时“看航空”曾刊发文章指出，该项目难以获得实用化成果。因为地效飞行器的核心思路是基于低高度下地面效应能形成额外大幅升力的现象，使用更小的动力功率和机翼面积来获取成本优势。本质上，它是一种只能贴海飞行的水上飞机变种。极低的飞行高度，使地效飞行器难以具备风浪水面环境下的实用性。而如果要规避高海况下触水撞毁的风险，强化地效飞行器的飞行高度等性能，那么它就必须重新回到常规水上飞机的设计方向上，失去原有的性能成本优势基础。

如今，DARPA公开的项目进展情况印证了这一观点。随后，DARPA转而试图研制一种兼具地效飞行器优点的重型水上飞机。2023年，DARPA正式对外公布“自由举升机”项目，降低了其运载能力的目标，但仍达到了与C-17运输机相当的级别，远超目前所有现役的水上飞机。该项目的最大特点是，要求该型号能在地面效应区域内进行长时间的贴海飞行。也就是，在海况允许的情况下，它能获得更强的载荷航程能力和雷达盲区隐蔽活动能力。

主要优势在于跨领域协作能力

在自由举升机项目中，一共有两个团队参与了正式方案的竞标。

第一个团队由通用原子公司和海事应用物理公司组成，第二个团队由极光飞行科学公司和从事船舶与海洋工程的吉布斯·考克斯公司，以及从事特种船舶设计和操作训练的侦察工艺公司组成。这种跨领域的协作组织能力以及由此带来的设计视野开拓性，是该项目值得重视且借鉴的特点。

水上飞机和陆基飞机最核心的区别在于，水上飞机不仅需要能在水面上漂浮停留，还需要通过在水面上高速滑行来实现起飞和降落。在这个过程中，常规飞机设计完全不会涉及的水动力学因素，将对水上飞机的起降性能起到决定性作用；浮筒和触水机身的设计，也必须同时服从于能够承受高速水浪撞击的船舶结构设计原则。

美国通用原子公司的竞标方案概念图

从这个角度来说，水上飞机本质上就是能飞起来的高速船舶，是飞行器与船舶的结合体，而且船舶部分的技术难度最高、风险最大。这也是为什么，无论通用原子还是极光飞行科学，都不约而同地选择了有高速船舶研发经验的企业作为合作伙伴。例如，通用团队方案真正的总体布局取舍思路要从船舶设计的角度去看：它的双机身设计，本质上是高速双体船设计的演化产物，这正是海事应用物理的擅长领域。

制约水上飞机设计的核心问题之一，是其在水面高速航行时将面临由兴波阻力主导的巨大阻力；尤其是随着载重量增大，船身的吃水深度也会增大，此时高速航行的阻力将会急剧暴涨。基于高速双体船的双机身方案，正好能在这两个方面提供优势。

高速双体船能够在高速航行中显著的减小兴波阻力，快速性上要比单体船身显著优越得多，在保持最佳尺度比的情况下，双体船的吃水深度要小于单体船，能更快完成从静止到离水速度的加速过程。此外它还有稳性好，遭遇不规则波浪时摇摆消失快；应对侧向风能力好，横漂幅度更小的优势。

重量控制仍是当前实用化的主要挑战

在“自由举升机”项目之后的发展中，通用原子和极光飞行科学两个团队的设计方案都未能走向实用化。虽然各自被放弃的直接原因有所不同，但遭遇的问题是一致的：

水上飞机尺寸重量的矛盾，以及运载性能与生存性能的矛盾，会随着重量尺寸级别的增加而迅速激化，导致水上飞机在机体大型化的同时，实际运载能力无法同步增强。

这是由于需要高速船舶级别的机身结构特性，水上飞机的机身重量大大高于同级别的常规飞机，而且尺寸越大这种趋势越严重。不仅如此，重量增长带来的起飞阻力增加，也是水上飞机远远大于常规飞机。另一方面，运输机需要连续完整的单一化最大空间，而水上飞机的抗沉性则要求大量分割化的独立封闭空间，两者对机身内部空间的争夺矛盾极其尖锐，进一步放大了包括重量控制在内的设计难度。

当前实用化的水上飞机起飞重量最大为40吨左右，载重在11到12吨。

在“自由举升机”项目第一阶段工作结束之前，DARPA对于水上飞机大型化的性能预估显然过度乐观。随着项目的工程化研究不断推进，C-17级别的水上飞机被证明仍远远超出当前的实际技术能力极限，不得不缩水到小得多的C-130运输机级别。这使通用原子的双机身方案首先遭遇了问题——

运输机的最大货舱尺寸是一个至关重要的独立指标，决定了一些关键装备能否被搭载。比如一个能运载装甲车的货舱，哪怕是总容积更小；也远比总容积更大、但受截面尺寸限制装不下运载装甲车的两个货舱加起来更有价值。C-17级别下，通用原子方案的单个机身货舱尺寸，仍足以满足美军两栖装甲车辆的运载要求。但是随着吨位尺寸降低到C-130H的规格，货舱尺寸就会缩小到连一辆两栖装甲车辆都运载不进去，完全失去实际使用价值。对于以双体船为总体设计基点的通用原子方案，这是无解的死局。

极光飞行科学的单机身方案更为传统保守，并且顺利进入了第二阶段的研发。但很显然，它的实际进展，特别是结构重量控制，一定和期望水平形成了巨大的落差，这才会使演示样机都失去了继续建造完成并投入测试的价值，导致DARPA就此终止了项目。

总而言之，由于具备飞行速度和起降灵活性等方面的巨大优势，全球各国对地效飞行器和大型水上飞机的研究并不会停止。但在实用化方面，依然需要较雄厚的科研成果积累才能最终冲破桎梏，尤其是需要多个关联领域的理论和技术突破。未来该领域的发展会如何，值得期待。（候知健）