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世界最大水陆两栖飞机是那般形成的,国内独当

日期:2019-10-26编辑作者:科技之门

总设计师黄领才详解AG600 会飞又会游 世界最大水陆两栖飞机是这样做到的

央视专访AG600总设计师:大型飞机水上首飞风险高难度大

“北冥有鱼,其名为鲲。鲲之大,不知其几千里也;化而为鸟,其名为鹏。……是鸟也,海运则将徙于南冥。……水击三千里,抟扶摇而上者九万里……”两千多年前,庄子在《逍遥游》中就描述了一种入海可游、腾空能飞的神话生物。如今,我国自主研制的大型水陆两栖飞机AG600将这一神话变为了现实。

中国航空工业集团总公司3月29日宣布,国产大型水陆两栖飞机AG600将于今年上半年进行陆地首飞,下半年进行水上首飞。目前,这款飞机正在紧张进行首飞前最后准备。

今天,AG600大型水陆两栖飞机成功水上首飞,标志着这型飞机具备了水上起降的能力。AG600于2017年12月24日成功完成了陆地首飞。总设计师黄领才表示,与陆上首飞相比,水上首飞有着更大的难度和风险。

中航工业集团日前宣布,AG600飞机目前正在进行最后一项大型实验——全机共振实验,以进一步验证可靠性,计划在今年5月实现陆上首飞。

AG600是世界在研最大水陆两栖飞机。其长37米,翼展38.8米。20秒内可一次汲水12吨,一次加油可投放的最大水量为370吨。

AG600要从水面起飞,首先飞机需要在水面进行加速。在这个过程中,由于水的密度要比空气大得多,同时本身具有波动性,会给飞机的姿态造成扰动,由此就会产生许多在陆地上起飞时不会出现的问题。

2015年7月17日,AG600飞机实现机身段对接,全面进入总装,一年之后顺利实现总装下线。2016年11月,首次以真机亮相第十一届珠海国际航展,12月30日完成联调联试,推出总装,正式交付中国航空工业中航通飞华南公司试飞中心。2017年2月13日,AG600飞机实现全部4台发动机首次试车成功。

“这是一艘能飞起来的船,也是一架能游泳的飞机。”中国航空工业通飞副总工程师、AG600总设计师黄领才形象地说。把飞机与船合为一体具有巨大的技术鸿沟,AG600是如何做到的?

航空工业AG600大型水陆两栖飞机总设计师 黄领才:比如说在水面上造成纵摇,就相当于飞机不断地颠簸上起下摇,这种动作叫纵摇。如果这个动作不收敛不可控,那么飞机就会像海豚一样上蹿下跳,我们叫“海豚跳”,严重的话飞机就会失控,一头钻进水里,这对飞机来讲是灾难性的事件。

畅行水陆空 克服技术难题

设计水陆两栖飞机难在哪儿

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“这是一艘能飞起来的船,也是一架能游泳的飞机。”中国航空工业通飞副总工程师、AG600总设计师黄领才形象地说。

“适应并控制相应的气/水动耦合作用,是设计水陆两栖飞机最大的难点。”黄领才说。

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但AG600与普通船体有很大的区别。据了解,水陆两栖飞机的船体设计要有断阶结构,即滑行船体。正是靠着这个滑行船体,才能实现在水面上航行、滑行、起飞、降落和水面机动。站在AG600腹下抬头仰望,只见斧刃形的庞大船体,但若从AG600正上方往下俯视,却又看到了机身、机翼、尾翼、螺旋桨等飞机部件。

“水陆两栖飞机接水和离水的过程,是在一个气/水动耦合的环境下完成的。而业界对这个领域的分析方法和理论并不成熟,好多还处于探索中。”黄领才说。

除了会上下颠簸,在水中还可能出现左右侧倾。在AG600两侧机翼下方悬挂了两个浮筒,这主要是为了保持飞机在水面漂浮状态下的横向稳定性。但是如果姿态控制不当,高速滑行时横倾角度过大,使单侧浮筒触碰水面,甚至没入水中,将引起飞机严重的偏航,或者造成浮筒断裂脱离,使飞机侧向倾覆,会给飞机水面起降带来严重风险。

据中航工业集团相关负责人介绍,AG600飞机机体采用了大长宽比、深V形单断阶船体结构,设计和工艺制造难度非常大。而正是这种特殊的构造,赋予了AG600水上起降的能力。

同样的截面积和速度,水的阻力大约是空气的800倍。由于水面是波动的,相似准则与空气不同,因此水动力特性与气动力特性差别非常大。

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作为世界在研最大的水陆两栖飞机,AG600除了在水面上起降,还能兼顾陆地起降。AG600的老前辈——我国于1976年首飞的水轰5,只能在水上起降,然后像鳄鱼一样爬回岸上基地。而AG600专门设计了可以收缩在机身侧边、结构复杂、进行了上万次的调试试验的新型主起落架,结合其他技术,实现了陆上起飞。

“同时,与普通船体的最大区别是,水陆两栖飞机的船体设计要有断阶结构,即滑行船体。飞机正是靠着这个滑行船体,才能实现在水面上航行、滑行、起飞、降落和水面机动。”黄领才说。

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此外,在设计水陆两栖飞机时,最大的难点就是适应并控制相应的气/水动耦合作用。黄领才说:“业界对这个领域的分析方法和理论并不成熟,好多还处于探索中。”设计组最终给出的方案是:单船身、悬臂上单翼、“T”型尾翼及前三点可收放式起落架的船身式布局形式。

如何适应并控制相应的气/水动耦合

黄领才:尤其在大速度降落中,如果单侧浮筒冲击超出了我们的设计,单侧浮筒就会脱落,脱落之后飞机就会侧倾,就很容易产生倾覆。这些在我们设计过程当中,要从安全性上来考虑到。

完善装备功能 增强救援力量

2009年,国家立项批复了大型水陆两栖飞机AG600的研制。在中国航空工业主导下,由航空工业通飞主承制、航空工业特飞所/中航通飞研究院作为总设计师单位“大协作”,全国150多家单位、十余所高校数万人参与了研制。

黄领才介绍,正是因为水中起降风险大,在设计中就为AG600滑行姿态设置了安全余量,尽量放宽飞机姿态的可操纵范围。比如,如果飞机在水中滑行过度抬头或低头,都可能进入不稳定状态,这就需要对飞机的俯仰角做精准的控制。

AG600飞机作为国之重器,其研发是为满足我国森林灭火和水上救援的迫切需要,为国家航空应急救援体系建设提供支持。

如何让AG600适应并控制相应的气/水动耦合?

黄领才:最佳仰角的是4到6度,我们设计值是3到7度,留了一定的余量,通过我们水上滑行的验证,我们飞机在下边界2度,上边界到8.5度,仍然是可以保持稳定的滑行姿态控制。应该说这个比我们的预期还要好得多,可以说飞机在水中高速滑行的稳定性上有着足够的安全余量。

据了解,AG600飞机可在水源与火场之间多次往返投水灭火,一次汲水可最多储水12吨,可在距失火体顶部30-50米高度投水。单次投水救火面积可达4000余平方米,相当于对一个标准足球场大小的火场进行有效扑灭。

7年的研制过程,是无数次的计算、试验、失败、总结和验证。为达到飞机良好的气、水动匹配,飞机设计团队采用气/水动结构一体化设计技术,通过无数次数值仿真与风洞试验,最终获得优选的飞机气/水动力数据。

AG600: 全新设计 突破海空新疆域

水上救援方面,AG600一次最多可救护50名遇险者,带有危重伤病员铺位、救护艇、救护衣、简易紧急手术设施等水上应急救援设施。

“仅水池拖曳试验就达一万多车次。”黄领才说,为保证飞机在水面滑行的稳定性,在船体设计过程中,设计团队充分考虑气/水动在起飞、降落滑行的各个速度段的匹配,通过多轮水动力仿真分析与水池试验,通过不断优化外形与结构布局达到设计要求。

水陆两栖飞机一直被世界航空领域视为技术较为复杂的一类航空器,AG600水陆两栖飞机总设计师黄领才在接受央视记者专访时表示,在AG600飞机的研制过程中,突破了大量技术难题。

黄领才介绍道,AG600可抗2米海浪,适应3-4级海况,适应75%-80%的南海自然海况,还可在复杂气象条件下降落在海上,实施水面救援行动。这对于在海上遭遇突发情况的遇险者来说,是及时有效的救援力量。

当然,AG600采用单船身、悬臂上单翼、“T”型尾翼及前三点可收放式起落架的船身式布局形式,都是为适应和控制相应的气/水动耦合而为。

AG600作为我国自主研制的首款大型水陆两栖飞机,是以我国上世纪六七十年代研制的水轰五型水上飞机为原型发展而来。虽然这两款飞机看上去外形非常相似,但是从单纯的水上飞机发展到能够在地面、水面都能进行起降的大型两栖飞机,全新的设计,这中间其实有着难以逾越的技术鸿沟。

中航工业集团新闻发言人计红胜表示,通过系列化发展和改进改型,AG600飞机未来除了具有执行森林灭火、水上救援等多项特种任务能力外,还可根据用户的需要加改装必要的设备,满足执行海洋环境监测、资源探测、岛礁补给、海上执法与维权以及为“一带一路”提供海上航行安全保障和紧急支援等任务的需要。

怎么压住高速滑行时的浪花

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自主研发 争创世界先进水平

重53.5吨,最大水面起降速度100节,AG600喷溅出的浪花会如同排山倒海。然而,过高的喷溅有可能损坏发动机、螺旋桨、襟翼等结构,影响飞行安全。

黄领才:要把飞机和船的特性结合起来,既要保证飞机的空气动力学特性,操控特性,还要保证飞机在水中高速滑行时的水动力特性,它就相当于一艘船一样。我们从飞机的总体、气动、水动布局上来讲,就要协调好,综合好。

AG600飞机在中国航空工业主导下,全国150多家单位、10余所高校数万人参与了研制。其总体技术水平和性能达到当前国际同类飞机的先进水平,完全具有自主知识产权。

必须采取措施降低喷溅,这也是船体水动力设计中的一个难点。如何压住高速滑行时的浪花?水动力团队研究了多种喷溅抑制的方法。候选方案“包括纵向防溅条、带舭弯的船体、垂直防溅条、水平压浪板、抑波槽等”。黄领才说,“通过理论分析对比结合大量的水池模型试验,最终选定采用舭弯船体+抑波槽的方式,并达到了预设效果”。

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“AG600飞机的5万多个结构系统件,98%由国内供应商制造提供。其中,机载设备、动力系统是完全国产,783项装机的机载设备成品当中90%是国产。”黄领才说。

“舭弯船体+抑波槽,就是在舭部位置安装一个带有排水孔的抑波槽,将高速滑行产生的喷溅引入槽内,再通过沿排水孔和出口排出。”黄领才详解道。

黄领才介绍,对于船舶来说,一般民用船舶速度在每小时30公里左右,高速的快艇也只能达到每小时70公里左右。而AG600在水上起飞的离水速度要达到每小时180公里左右,这给AG600的设计提出了新的挑战。

黄领才介绍,通过AG600飞机的研制,中国航空人逐渐掌握了水陆两栖飞机领域很多核心技术,既包括前期设计、计算、分析和试验的方法,也包括制造工艺中的新技术。

即将首飞的AG600打着深深的中国烙印。据黄领才介绍,AG600的5万多个结构件和2万多系统件98%都是国内供应商制造提供的。机载设备90%国产,动力系统完全国产。

黄领才:我们既想让这个飞行器飞得要快,另外在水中为了使它的水载荷要小,抗浪能力强,就要把它的速度降下来。尤其是在气、水交融耦合计算分析仿真和试验方法上有了突破,可以说是填补了国内的一个空白。

中航工业集团总经理谭瑞松说:“对标全球航空业的先进水平,中航工业用近20年的时间,实现了从‘总体跟跑’到‘主体并跑’,从‘打工者’到平等合作伙伴的历史性跨越。”

黄领才认为,通过AG600飞机的研制,中国航空人逐渐掌握了水陆两栖飞机领域很多核心技术,既包括前期设计、计算、分析和试验的方法,也包括制造工艺中的新技术。(科技日报北京4月4日电)

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除了AG600,运-20、C919也是我国自主研发的大型飞机,它们被称为中国大飞机“三剑客”。运-20飞机是中国自主研制的首款大型多用途运输机,昵称“胖妞”,已正式列装空军,标志着中国空军已经具备远程战略投送的能力。C919是我国自主研制的新一代干线客机,是我国第一款真正意义上的民航大飞机。研发目标就是实现A、B(波音公司Boeing)、C(中国商飞COMAC)三足鼎立的世界航空格局。

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从2009年立项至今,国内共有20个省市、150多家企事业单位、十余所高校的数以万计的科研人员参与AG600飞机的研制工作,最终,AG600全机核心系统的设备国产化率达到100%,实现了中国人在航空领域的全新突破。

中国航空工业诞生在战争硝烟中,“航空报国,强军富民”是其宗旨。如今,代表国家工业实力的大飞机“三剑客”中,C919和AG600都是民用飞机。从强军到兼顾富民,是中国航空事业发展的象征,更是中国履行和平发展理念的实际行动。来源:国防科工局网站

黄领才:通过这个型号的研制,一系列关键技术的突破,形成了我们水陆两栖飞机自主研发一套技术体系。我们和适航当局共同探讨了一套水陆两栖飞机适航审定的标准规范和方法,这对我们今后水面各种类型飞行器的适航审查,起到了极大的推动的作用。

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