4月20日
由我國自主研制的
大型水陸兩棲飛機(jī)AG600“鯤龍”
在京取得型號合格證
《中國航空報(bào)》第4044期刊發(fā)特飛所文章
《“鯤龍”：對海浪比個“V”》
多年來，見證著AG600一次次摶風(fēng)擊水，伴隨著大型滅火/水上救援水陸兩棲飛機(jī)AG600“鯤龍”系列總設(shè)計(jì)師黃領(lǐng)才一次次介紹、科普，水動力對“鯤龍”在海天間暢行的關(guān)鍵性，越來越為大眾所熟知。
沿著“鯤龍”的每一程游弋回溯，我們走進(jìn)了位于湖北荊門的中國航空工業(yè)集團(tuán)特飛所，在這里探尋高速水動力成功拓展和實(shí)踐的故事。
“如果肚皮先觸水，會痛得受不了”
半年時間、七八千次試驗(yàn)、四五十個版本迭代——特飛所高速水動力實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，亞洲最長、速度最高的航空高速拖曳水池長510米。為了讓這架會浮游的飛機(jī)能夠破浪遠(yuǎn)航，AG600水動力專業(yè)團(tuán)隊(duì)隨“鯤龍”反復(fù)丈量。
對于水陸兩棲飛機(jī)來說，由于水的密度遠(yuǎn)大于空氣，相同條件下，飛機(jī)承受的水阻力可達(dá)空氣阻力的800倍。同時，與陸地上剛硬堅(jiān)實(shí)的跑道相比，波動不平的水面也會嚴(yán)重干擾飛機(jī)運(yùn)動。
“飛機(jī)的穩(wěn)定性和快速性是必須最先驗(yàn)證、保障的兩個基本性能。”AG600水上起飛操縱運(yùn)動數(shù)學(xué)模型優(yōu)化先鋒隊(duì)隊(duì)長、特飛所水動力研究中心全國青年文明號號長焦俊表示。
“如果垂直于船體中心線，把AG600船身層層‘切片’，我們將看到一系列開口大小不一、尖尖的‘V’字剖面。”焦俊介紹說。
“V”型船身、多曲變截面船體外形是AG600的最大特征。
“平板的滑行效率高——和打水漂一樣。如果向水面扔一個圓石球，一下就會扎進(jìn)去，只有扁平的小石片才可能穩(wěn)住、漂遠(yuǎn)。”焦俊說道。
“就像運(yùn)動員跳水都是手先觸水，如果肚皮先觸水，會痛得受不了。”焦俊打趣地解釋：“所以AG600船底并不是平面，而是像兩個平板拼起來呈‘V’型，能夠減小沖擊，讓飛機(jī)著水時像刀一樣劃開水面。”
此外還要保證機(jī)體良好的流線特性，這是對飛機(jī)的基本要求。
因此，AG600船身并非兩塊直直的平板，每層剖面的“V”字開口角度其實(shí)是連續(xù)變化的。“通過反復(fù)試驗(yàn)，我們?yōu)椤H龍’設(shè)計(jì)出了獨(dú)屬于它的角度分布形式，形成多曲變截面。”焦俊說。
要想穩(wěn)，先給水設(shè)個“坎”要想在水面實(shí)現(xiàn)安全起降、滑行，抗壓抗阻能力也是水陸兩棲飛機(jī)必不可少的“出廠設(shè)置”。
斷階是AG600水動力專業(yè)團(tuán)隊(duì)避免“鯤龍”被水面“吸”住，將其托舉出水的關(guān)鍵工具。它將船體前后分成兩部分，前體前部和后體向上翹起，前體后部為主滑行面。
“相當(dāng)于給水設(shè)了一個‘坎’。”中國航空工業(yè)集團(tuán)一級技術(shù)專家、特飛所水動力研究中心主任吳彬介紹，當(dāng)AG600高速滑行時，斷階會使后體的部分船身下形成一層氣幕，隔開水流，大大減小該部分船體所受的阻力，還能夠像天平一樣通過平衡前后體，提升飛機(jī)水中運(yùn)動的穩(wěn)定性。
為了保證飛機(jī)穩(wěn)穩(wěn)漂浮，團(tuán)隊(duì)還為“鯤龍”套上了“游泳圈”——在AG600的地板與船體蒙皮之間，分布著7個水密隔艙。據(jù)特飛所水動力研究中心主管設(shè)計(jì)師、工程師高現(xiàn)嬌介紹，隔艙之間由水密艙板隔開，即使有隔艙破損進(jìn)水，也不會滲入相鄰艙導(dǎo)致飛機(jī)沉沒。
波浪——全員“公敵”
“水上首飛那天，看到AG600從水面到空中，再順利降落到水面，激起一層層浪花，感覺特別震撼。”高現(xiàn)嬌回憶道。
對于高現(xiàn)嬌和整個AG600水動力專業(yè)團(tuán)隊(duì)而言，這是他們?yōu)閿?shù)不多可以欣賞浪花綻放的時刻——自投入AG600水動力專業(yè)項(xiàng)目以來，波浪始終是團(tuán)隊(duì)全員抵抗的“公敵”。
根據(jù)近海使用需求，AG600的抗浪能力要達(dá)到2米，也就是能在最大浪高2米的情況下安全起降，超過了國際上同級別飛機(jī)1.2～1.5米的常規(guī)抗浪能力。
波高、波長、海水、淡水、風(fēng)速、風(fēng)向……這些變量如同一根根無形的絲線，牽動著AG600的每一個姿態(tài)，也讓AG600水動力專業(yè)團(tuán)隊(duì)抽絲剝繭，編織出一個個應(yīng)對策略。
正如名字顯示的那樣，AG600上的抑波槽和抑波板因“抑制波浪”而生。它們能夠?qū)㈦S飛機(jī)運(yùn)動而四下噴濺的浪花“收攏”，轉(zhuǎn)成縱向流動，避免浪花干擾發(fā)動機(jī)、襟翼功能和飛行員視野。
“水面環(huán)境復(fù)雜，單靠飛行員的隨機(jī)應(yīng)變進(jìn)行操作難度很大。”焦俊說，“所以不僅要通過構(gòu)型抑制波浪，還要能識別波浪，為飛行員決策提供指導(dǎo)。”
焦俊介紹，水上飛機(jī)的狀態(tài)參數(shù)、水面環(huán)境參數(shù)很多，相互之間耦合作用，對飛機(jī)水上性能影響非常復(fù)雜。團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室中模擬AG600水面起降工況，針對每一個飛機(jī)狀態(tài)參數(shù)、水面環(huán)境參數(shù)與飛機(jī)水面起降性能的關(guān)系都會開展理論計(jì)算、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)以及分析，從而構(gòu)建起飛機(jī)構(gòu)型參數(shù)、大自然輸入的環(huán)境參數(shù)與飛機(jī)輸出的動作姿態(tài)的關(guān)系。
然而，波浪瞬息之間變化萬千，不能保證船身同樣的位置總能對應(yīng)撞上同樣的波浪。
“撞上波峰、波谷還是波腰，都會造成不同的狀態(tài)。”特飛所水動力研究中心設(shè)計(jì)師、工程師王凡說道：“控制不了變量就可能造成數(shù)據(jù)異常。沒有好辦法，只能按照師傅的要求調(diào)試設(shè)備、重復(fù)試驗(yàn)、分析數(shù)據(jù)。我們曾經(jīng)連續(xù)試驗(yàn)了四天四夜。”
特飛所水動力研究中心全國青年文明號依然保持著“老帶新”的傳統(tǒng)。在特飛所水動力研究中心，青年員工入職后，會在老員工的幫助下到模型加工車間跟產(chǎn)，去試驗(yàn)試飛現(xiàn)場實(shí)習(xí)。“有了全流程、全周期的認(rèn)知，才能更好地做設(shè)計(jì)，更好地在整個體系中定位自己的工作。經(jīng)過青年文明號的培養(yǎng)，每個人都能獨(dú)當(dāng)一面。”焦俊自豪地說。
“鯤龍”出水，青年扎根。2023年，特飛所水動力研究中心被認(rèn)定為全國首批“二星級全國青年文明號”。
破譯每朵浪花蘊(yùn)含的語法，探求每片湖海承載的生機(jī)，水動力奔涌不息，將激蕩出“國之重器、救民水火”源源不斷的航行動力，與昂揚(yáng)蓬勃的生命動力。
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