凌水騰空

水上飛機是在陸地飛機的基礎上，根據水面起飛降落要求而在設計上特異化的產物。船底結構、水密隔艙、浮筒等特殊設計使水上飛機要付出比陸地飛機高得多的制造成本；而大幅度增加的重量、阻力和涉及水動力的設計限制，又使其性能指標較相同級別的陸地飛機遠為遜色。在官方學術觀點中，大型軍用水上飛機的功能相當豐富，甚至包括了執行直接支援陸戰隊登陸、攻擊敵人灘頭陣地等任務。但拋開“王婆賣瓜”的虛言，大型軍用水上飛機最實際的用途還是圍繞自身能在水面起降的特點展開，執行一些陸地飛機所無法完成的任務。因此，水上飛機的用途被限制得較為狹窄，型號和裝備數量都比較少。

在訓練和作戰中，不可避免地出現海洋上空的空勤人員彈射、跳傘，艦艇上的海勤人員落海；在一些無法建設常規機場的海島上，駐守部隊也會出現緊急的后勤補給需求或者諸如重病、重傷人員需要盡快向后方轉移的情況。相對于大型水陸兩用直升機，大型水上飛機同樣能在目標范圍內水域降落、滑行、起飛，但其大航程、大裝載容量、長滯空時間、大飛行速度的性能優勢往往是無可取代的。而諸如海上巡邏反潛/對艦攻擊、投布水雷封鎖航道港口之類的任務，大型水上飛機雖然理論上可以執行，但由于平臺飛行性能的差距實在過于明顯，其實際能力水平和可靠性遠遠不及陸基和艦載飛機。冷戰時期，各國曾裝備過一些承擔攻擊任務的大型水上飛機，但在后來的發展中也逐漸退役或者轉作他用。目前，僅有日本由于戰敗國身份的特殊政治軍事條約限制，仍然在大力發展基于水上飛機的軍事巡邏/反潛能力。

從總體上看，大型水上飛機的定位比較尷尬：裝備過多數量沒有意義，一些數量很少但不可避免的偶發情況又對其嚴重依賴。考慮到我國海區有多達6000多個島嶼，而且分布面積非常廣泛，大型水上飛機在裝備體系中仍然有一定存在價值。

水轟5的設計特點

上世紀50年代，我國從蘇聯進口少量別6水上飛機，并在60年代末期退役。為了填補裝備缺口，我國在1968年籌建了水上飛機研究所（后改名中國特種飛行器研究所），與哈爾濱飛機制造廠聯合研制新型水上飛機，即后來的水轟5。這個項目非常急迫，1968年水上飛機研究所還在組建過程中就已經開始了飛機設計，7月份開始方案論證以后，僅用了3個月時間就上報中央。有觀點認為這與1967年日本新明和公司研制的PS-1反潛水上飛機首飛有關。在當時浮躁的社會氣氛下，鄰國的刺激對項目決策起到了巨大的推進作用。

飛機要克服重力在天空中飛行，需要通過機翼上下表面不同流動速度的空氣產生壓力差形成向上的升力。但就像人在空氣中快速揮動手掌很容易，而在水中則不僅費力而且速度也要慢得多一樣，大型水上飛機同樣面臨水阻力遠高于空氣阻力、以及穩定性和抵抗遇浪等問題。水轟5的機身底部外形、結構就是參照船舶的水動力設計概念而來的。事實上，這種飛機的整個機身在設計中都被稱為“船身”，而且大量沿用了包括甲板線、舭線等船舶術語。與其說它是能起降在水上的飛機，不如說它是實際意義上的“飛船”。

由于要在水面上高速滑行，水轟5船身的結構要求比常規飛機高很多：在極限氣象水文條件、時速接近200千米/時等情況下，仍然要能承受遇浪和著水的沖擊而不引起結構永久變形、破裂，由于損傷以及與水面漂浮物、暗礁等碰撞引起結構破裂以后，仍然能保持較好的不沉性能。為此，水轟5采用了船底龍骨和水密隔艙等結構設計，全機分為10個水密艙，可以保證相鄰兩艙進水仍然不沉，其艙與艙之間的水密隔框上還設有可以承受一定壓力的水密門供飛行員等空勤人員通行。

如果說船底龍骨和水密隔艙在原理上都和正常船舶沒有區別的話，那么水轟5這種前低后高，而且中間通過一個臺階（稱為斷階）形成不連續面的船底外形，就是水上飛機的獨有設計了。斷階前方的前船體部分是主滑行面，設計與高速快艇類似。水轟5起飛時在發動機推動下不斷加速，水通過船底突出的分水體不斷被分流至兩側形成高速水流，其外形對水面滑行過程中的阻力大小、姿態穩定特性，噴濺情況起到決定性的作用。

水轟5底部中間明顯的斷階，則是針對起飛和降落做的優化設計。采用斷階后，前船體的主滑行面和高速水流被強行截斷并在后方形成低壓區。經過針對性設計的低壓區有效改善了水轟5的水動力與飛機重心、氣動力的互動效果，使飛機縱向的傾角變化隨著滑行速度變化規律起來，保證了起飛降落中的穩定。最重要的是，斷階這種在常規飛機上會造成明顯阻力損失而不可接受的設計，通過巧妙地引入氣動力干擾水動力，使水上飛機在起飛性能上獲得了明顯提升。隨著速度增加，水阻力也越來越大，在水上飛機達到起飛臨界速度時，水阻力會形成一個巨大的峰值。斷階設計形成的低壓區在水轟5不斷接近起飛臨界速度、機翼升力大幅度增加使機身吃水深度減小時，會從斷階兩側不斷吸入空氣并逐漸形成空氣墊隔絕高速水流對后船體的沖刷，大幅度減小阻力。

水轟5的缺陷和窘境

水轟5實際上是參照原蘇聯別-6水上飛機放大并且更換機翼設計的產物，對于我國來說，當時也不存在別的選擇。但由于論證過于倉促和航空工業能力的限制，使得水轟5的飛行平臺設計過于原始、簡陋，存在嚴重的性能落后和功能局限性。

水上飛機必須擁有盡可能低的起降速度。同樣速度下，水阻力遠大于空氣阻力，加速度越大，這個差距也越明顯。起降速度的降低會使水上飛機大幅度減小起飛臨界阻力，獲得非常明顯的性能優勢。另一方面，水上起降面臨著水浪和漂浮物沖擊等問題，安全因素比陸地上要復雜得多，高起降速度和長距離高速滑行會嚴重降低飛機的安全性能——超過90%的水上飛機事故都發生在起降階段。

就像大多數水上飛機一樣，水轟5出于安全因素選擇了上單翼布局：為了防止噴濺起來的水浪打壞螺旋槳，一般原則是螺旋槳下端必須與靜水水面保證1.4米以上的距離。當時唯一可選的775型渦槳發動機（渦槳5甲），螺旋槳直徑3.9米，因此水轟5最大設計高度也被確立在4.5米。

水轟5由于飛機放大以后要使用4臺發動機，取消了別6的海鷗式機翼，采用了大展弦比（達到9）的平直翼。但是由于設計能力的嚴重匱乏，水轟5實際上根本沒有做針對性的短距起落設計，不但機翼只能選取成熟但性能有限的翼型（翼根為NACA23018，翼尖為NACA4410），而且增升措施極為有限：除了螺旋槳滑流帶來的未做任何增強的動力增升外，僅在中外翼后緣設置了8個簡單開裂式襟翼。為了彌補機翼產生升力弱的問題，水轟五把機翼面積加大到了144平方米，正常起飛重量下翼載荷只有250千克/平方米，但起飛性能仍然嚴重不足：離水速度達到145千米/時，而離水滑跑距離達到482米。而日本PS-1水上飛機在短距起降優化上相當完善，不僅在機翼前緣設計了長度超過翼展34%的縫翼，后緣設計了大幅強化的大面積內、外襟翼；而且還設計了復雜的附面層控制手段，從發動機引出高壓氣流吹除內、外襟翼上的附面層，其最大偏轉角度可以分別達到80°和60°。通過這些復雜的增升手段，PS-1水上飛機正常起飛重量下的離水速度僅需要83.5千米/時，離水滑跑距離僅需要250米，只相當于水轟5的57.5%和51.8%。endprint

水上飛機的一個重要特性是在加大載荷（例如燃油、武器）以后，性能損失比陸地飛機大得多。除了像陸地飛機一樣需要產生更多升力、克服更多氣動阻力才能升空以外，加大的吃水深度會使水阻力急劇增加。水轟5和PS-1起飛時增升能力的差距會更直接地體現在航程、實際可用載重量等方面。

水轟5和PS-1的差距是全方面的，不僅是性能上，也表現在安全性和操縱效率上。失速速度約為130千米/時的水轟5與失速速度僅有74.2千米/時的PS-1，在水面迫降時誰更安全，這是不言自明。PS-1為了防止操縱面結冰引起失控和改善低速下的操縱響應，不僅給垂尾、平尾設計了加熱除冰系統，而且極為奢侈地給水平尾翼、方向舵增加了附面層吹除系統，水平尾翼還進一步加裝了縫翼。而反觀水轟5，除了機翼前緣內有加熱除冰設備外便乏善可陳。

水轟5增升手段的欠缺，一部分是我國氣動水平的不足，另一方面則是當時航空工業能力根本無法支撐復雜的液壓、高壓氣體管路設計。我國航空液壓體系從建國起直到現在歷經了兩代，分別是米格-21引進時帶來的21兆帕體系和蘇-27引進時帶來的28兆帕體系。水轟5由于設計年代早而且倉促浮躁，其飛行控制系統甚至連全面21兆帕液壓化都沒有做到：升降舵、方向舵是硬式操縱（拉桿、搖臂等）系統，副翼是混合式操縱（鋼索、拉桿、搖臂等）系統，連助力器都沒有。也就是說三四十噸重的水轟5在飛行過程中，操縱面的偏轉完全依靠飛行員體力通過機械結構放大后生拉硬拽——這對今天的飛機設計完全是不可想象的。

我軍只裝備了4架水轟5并艱難服役至今。有看法認為，水轟5未能大量裝備的主要原因還是機載設備落后使其作戰能力不如預期。反潛和反艦設備的性能落后和可靠性低下，使水轟5長期只能充當巡邏機使用，但這無法解釋后來國內有了堪用設備也并未恢復該機生產的事實。水轟5的窘境歸根結底還是由于其自身的設計缺陷太多而不堪使用，這些問題涉及基礎設計的方方面面，不把整個飛機徹底推倒重新設計，就沒有獲得本質上改善的可能。

別200與“蛟龍”600

我國曾經在幾年前盛傳要購買俄羅斯別200水陸兩用飛機，作為水轟5的后繼機種使用。雖然從今天看這一消息已經不可能變成事實，但別200確實曾對我國形成非常大的吸引力。從分類上說，別200和水轟5一樣在廣義范圍內都屬于水上飛機，但進一步區分的話，前者屬于功能級別更高的水陸兩用飛機。水轟5看起來和其他飛機一樣都有起落架，但如果細究起來，該機采用的是機載滑行架。與常見意義上起落架不同的是，機載滑行架實際上是為了簡化設計和降低成本形成的閹割品，強度等性能非常有限，根本無法承受起飛和降落帶來的載荷和沖擊，而且對牽引時的速度也有嚴格限制——水轟5的陸地滑行速度就被限制在15千米/時以下。

水上飛機同樣需要淡水沖洗維護、大修等保障，并不能擺脫對機場的依賴。因此，水轟5這樣的飛機都需要興建特殊的專用水上機場，通過上下水滑行道與海面相連，不僅極大限制了使用靈活性，而且從經濟成本上說也極不劃算。別200這樣可以在陸地機場上像普通飛機一樣起降的水陸兩用飛機，則徹底克服了這一缺陷。

另外，在定位上別200也與水轟5、PS-1大相徑庭。以設計完備的PS-1為例，這類以軍事用途為主、強調短距起降的水上飛機從制造到性能上都付出了相當多的代價：結構復雜的增升系統不僅成本昂貴，而且增添了大量的重量；4臺渦槳發動機雖然在低速上提供了充沛的動力，但是油耗大、噪音高；該機采用的大展弦比平直翼由于巨大的氣動阻力，使飛機不可能進行高亞音速飛行。別200卻完全是一架能夠在水上起降的噴氣式客機：其大展弦比后掠翼雖然降低了一些低速升力性能，但更適合高亞音速飛行；2臺渦扇發動機不僅適合較高速度飛行，而且其設置在機翼上方的絕妙設計更是一舉三得——既避免了噴濺的水浪打壞發動機葉片，又利用發動機的吸氣和噴射對機翼上表面氣流進行加速，實現有效的動力增升，最后還利用中央機翼屏蔽了相當部分發動機噪音對機艙的影響，提高了乘坐舒適性。

別200的經濟巡航速度為560千米/時，略高于水轟5和PS-1的最大飛行速度，最大巡航速度則達到700千米/時。但作為代價，該機對于惡劣水文氣候條件的適應能力已經大為降低，而且起降的離水、著水滑跑距離分別達到了1600米和1100米。雖然別200還有用于森林消防的改進型號，但是對于使用地點和條件的高要求已經使它不再適用于軍事、應急救災用途。筆者認為，這是最終導致我國并未引進該機的根本原因。

單純從技術角度看，日本US-2是最佳的水陸兩用飛機后繼型號是。該機也是出自日本新明和公司，是自PS-1以來的第三代水上飛機。其采用了優化的水動力、氣動力設計，電傳飛控系統、增強的動力系統、氣密增壓機艙等改進設計，大幅提升了離水、著水時的操縱品質和整體飛行性能，幾乎各方面都很令人滿意。但因為政治原因，我國根本不可能引進這一型號。

根據公開消息，我國正在研制一款名為“蛟龍”600的水陸兩用飛機。該機在任務定位上拋棄了不切實際的轟炸、攻擊用途，而是著重于緊急救援、水面滑行汲水并空投滅火。該機在水轟5研制和使用經驗的基礎上進行全新設計，機身、機翼由西飛公司負責詳細設計和制造，后機身與尾翼則交由陜飛公司研制。

從國內運8高新平臺、運20的研制實踐來看，未來“蛟龍”600在性能上做到接近US-2是完全可能的。性能功能完善化、擺脫專用機場限制的“蛟龍”600，其市場前景比水轟5要強不少。雖然軍隊采購該機的數量會很有限，但是海監等海洋部門以及內陸一些歷來森林防火壓力很大而附近又有湖泊可以汲水的地區，都有可能成為該機的新用戶。筆者并不太認同研制方聲稱15年內該機可以獲得60架以上銷量的市場調研，但超過20架甚至接近30架銷量是完全可能的。

（編輯/一翔）endprint