“劈風(fēng)斬浪”的水上飛機

王金發(fā) 蝸牛

你聽說過“水上迫降”嗎？它是指飛機遇險時被迫在水面上降落。其實，在水面上降落是非常危險的，因為水的密度是空氣的800倍左右，所以水有很強的表面張力。當飛機由于險情失速撞向水面時，在接觸水面的一瞬間，水的表面張力會對飛機的撞擊點產(chǎn)生沖擊，使其結(jié)構(gòu)遭到破壞，由此產(chǎn)生的沖擊波還會沿機體傳播造成其他部位的損壞。隨后，飛機會栽入水中急劇減速，機體會有更多結(jié)構(gòu)被破壞。如果飛機沒有失速，而是受控迫降于水面，那么水的表面張力產(chǎn)生的沖擊力會比較小。但機腹在高速接觸水面后會瞬間產(chǎn)生強大的負壓（低于常壓的氣體壓力狀態(tài)），使飛機被“吸”入水中，機頭立即下沉，速度減小后再浮起來，這種情況下飛機也會被破壞。

讀到這里你可能會問，在動畫片或者電視節(jié)目中，明明有很多飛機可以輕松地在水面上起降呀？沒錯，在宮崎駿的動畫電影《紅豬》中，飛行員波魯克就有一架飛機停泊在水面上，還能在水面上自由起降。這可不是宮崎駿先生想象出來的超能飛機，而是現(xiàn)實中真實存在的“水上飛機”！

水上飛機就是能在水面上起飛、降落和停泊的飛機，簡稱水機。水上飛機根據(jù)結(jié)構(gòu)可以分為浮筒式和船身式兩種。浮筒式水機一般是小型飛機采用的設(shè)計方式，機身下方會裝有一到兩個浮筒，能夠?qū)C身與水面分離，有時機翼兩側(cè)還會裝有小型浮筒，以避免飛機傾斜側(cè)翻。船身式水機一般是大中型水上飛機采用的設(shè)計方式，它的機身不同于一般飛機的圓弧流線型，而是像船一樣的造型，所以也有很多人把這樣的機身稱為“船身”。船身式水機有時也會在機翼兩側(cè)加裝輔助浮筒。

水上飛機的構(gòu)造

正因為水上飛機這種浮筒式或船身式結(jié)構(gòu)，飛機才能在水面上自由起降。這兩種結(jié)構(gòu)能使機身承受水的沖擊并適應(yīng)高速滑水。

動力裝置

水上飛機的動力裝置安裝在機翼上方，這樣能夠防止水進入發(fā)動機造成空中停車。早期的水上飛機采用活塞式螺旋槳發(fā)動機，而現(xiàn)代的水上飛機則大多采用渦輪螺旋槳發(fā)動機。

機翼：

水上飛機機翼的主要作用是產(chǎn)生支持飛機在空中飛行的升力。水上飛機大多是單翼機，而且機翼通常要比陸上飛機的大一些，也有雙翼機，但雙翼機的固有缺點就是阻力大。

斷階：

水上飛機上還有一個很重要的結(jié)構(gòu)——斷階，它的作用就是在飛機高速滑水時將空氣引入斷階后部將水隔開，防止負壓吸引，這樣飛機在起飛時就能順利離開水面，降落時也不至于一下子被吸到水里了。

尾翼：

水上飛機多采用T形尾翼，相較于倒T形尾翼，它的平穩(wěn)性更好。也有一些水上飛機為了改善方向穩(wěn)定性，采用十字形尾翼。

水上飛機在進入水上機場準備降落時，飛行員要提前減速。當飛機下降到距水面25米左右時，開始下滑。當飛機距離水面1米～1.5米時，飛行員向后柔和拉桿，做“平飛減速”。當飛機的速度接近著水速度時，升力略小于重力，飛機就會輕輕向下飄落，機身觸水，水面產(chǎn)生的浮力將飛機托起。水上飛機在水面上起降比陸地要復(fù)雜，不僅要考慮風(fēng)向風(fēng)速的影響，還要考慮水面上的風(fēng)浪和涌浪的影響。這時，要求飛行員必須靈活敏捷地操縱飛機與波浪搏斗，以減小飛機的振蕩，保持正常的滑跑航向和飛機狀態(tài)。

水上飛機發(fā)展史

1905年7月18日，法國年輕的建筑師加布里埃爾·瓦贊駕駛一架水上滑翔機，在塞納河上進行了拖拽試驗。由于這架風(fēng)箏式的滑翔機本身并沒有動力，所以依靠拖拽升空失敗，但是這次試驗極具開創(chuàng)性，對后人很有啟發(fā)。

1910年3月28日，法國青年法布爾設(shè)計的鴨式水上飛機，在他的家鄉(xiāng)馬賽附近的馬爾提格港的海面上試飛成功，成為世界上第一架成功起飛的有動力水上飛機。

1911年1月26日，美國著名飛機設(shè)計師柯蒂斯設(shè)計制造的D形平底浮筒式水上飛機試飛成功。1912年，他又設(shè)計了E形船身式水上飛機。1914年，他還研制成功H形雙發(fā)船身式水上飛機，成為世界上第一種大批量生產(chǎn)的水上飛機。

經(jīng)過第一次世界大戰(zhàn)，水上飛機因其可以在水上起降、不受陸地機場跑道長度限制、在長距離海上飛行中的安全系數(shù)高等優(yōu)勢而備受青睞。

1929年，德國道尼爾公司建造的Do.X“飛船”水上飛機，共裝有12臺發(fā)動機，2臺為一組，一共六組，設(shè)計載客70～80人，在一次載客飛行中竟搭載了169人。它不僅載客量大，航程也很驚人，曾于1931年8月27日從德國飛到了美國紐約。

1934年12月30日，美國馬丁M-130“中國飛剪”型船身式水上飛機首次飛行。該機裝有4臺發(fā)動機，機身下部兩側(cè)裝有一對面積不大的小翼，它們不但可以提高升力，而且能在水面起飛滑行時使飛機保持平穩(wěn)、壓制水花。

第二次世界大戰(zhàn)后， 噴氣式客機出現(xiàn)，于是又有人開始研制噴氣式水上飛機。1947年，英國成功試飛了裝有噴氣式發(fā)動機的SR.A/1水上戰(zhàn)斗機，最大飛行速度達到824千米/時。

20世紀60年代，大量增加的陸地機場削弱了水上飛機的優(yōu)勢，再加上岸基飛機進入噴氣時代，拉開了與水上飛機之間的性能差距，于是水上飛機的發(fā)展進入瓶頸期。軍用型水上飛機的發(fā)展開始放緩，消防水上飛機開始出現(xiàn)，如加拿大飛機公司的CL-215。

CL-215水陸兩棲多用途飛機執(zhí)行滅火任務(wù)時，只要在水面上掠過， 就可將6 132升容積的水箱汲滿，然后爬升至15米高，飛往燃火區(qū)域滅火， 整個過程僅需10秒鐘。1994年，CL-415型飛機問世，它比CL-215更先進，目前很多國家都配備了這型飛機。

1960年，俄羅斯推出了采用2臺渦槳發(fā)動機的別-12反潛水上飛機，大大提升了飛行性能，使該機創(chuàng)造了42項世界紀錄。

1963年，日本研制出PS-1型反潛水上飛機，該機裝有4臺渦槳發(fā)動機，最大平飛速度為547千米/時。

1984年，德國推出的“海星”水上飛機大量采用了碳纖維復(fù)合材料，較好地解決了水上飛機的腐蝕問題。

1986年，中國海軍水上飛行團裝備了我國于1968年自主研制的水轟-5型水上反潛轟炸機。

1999年，俄羅斯的雙發(fā)渦扇多用途水上飛機“別-200”完成水上起降首飛。

“施耐德杯”水上飛機競速比賽

說起水上飛機，不得不提到一個著名的水上飛機競速比賽——“施耐德杯”。 雅克·施耐德是法國著名鋼鐵和軍工大王施耐德家族的繼承人，他酷愛飛行，對經(jīng)營產(chǎn)業(yè)毫無興趣。在一次事故中，雅克·施耐德受了重傷，無法再繼續(xù)駕駛飛機，但這絲毫沒有影響他對飛行事業(yè)的熱愛。他開始為各種航空競賽和各大航空俱樂部提供支持。

施耐德認為地球表面70%以上被水覆蓋，只要有水的地方，水上飛機就可以起飛和降落，而且不需要興建昂貴的機場。他相信水上飛機今后在民用和戰(zhàn)爭中的作用將不可估量，而且水上飛機也是最有希望解決跨洋遠距離飛行問題的機種。為了促進水上飛機的發(fā)展，滿足海軍的需求，施耐德決定創(chuàng)立一項“水上飛機競賽”，以鼓勵航空制造業(yè)者制造出性能優(yōu)良的水上飛機。很快這項賽事便發(fā)展為歷史上最負盛名的航空比賽。

1913年，第一屆“施耐德杯”國際水上飛機競速比賽在摩納哥舉行，只有4架飛機通過資格賽，出現(xiàn)在了賽場上。這些飛機都是由法國制造的，這充分體現(xiàn)了當時法國航空技術(shù)的領(lǐng)先地位。最終，一架“德佩迪桑”水上飛機以73.7千米/時的速度獲勝。

第一屆比賽雖然冷清，但這項賽事很快就受到了航空界的關(guān)注，參賽隊伍和參賽飛機也越來越多。在國際航空聯(lián)合會（FAI）的監(jiān)督下，“施耐德杯”水上飛機競速比賽每年舉辦一次，各國的航空協(xié)會或航空俱樂部可組隊參賽，每個國家的參賽飛機不超過 3架，并可準備相同數(shù)量的備用機。為了體現(xiàn)水上飛機的特色，參賽飛機必須在水面起降，并在規(guī)定的航線上繞圈飛行，航程不少于241千米，而且必須在水上飛行。后來又增加了新的要求：所有參賽飛機必須接受飛行測試和6小時的水面停泊測試，以確保其浮筒或機身的水密性。為了給新飛機的研發(fā)和飛行員的訓(xùn)練留出足夠的時間，“施耐德杯”自1928年開始改為每兩年舉辦一次，而且設(shè)立了新規(guī)：任何國家連續(xù)3次獲得比賽冠軍，將可永久保留施耐德杯。

在1927年、1929年的兩屆比賽上，英國都獲得了冠軍。1931年，在最后一屆“施耐德杯”水上飛機競速比賽上，意大利與英國之間展開了史詩級的決戰(zhàn)。不過，就在比賽開始前，意大利的M.C.72型水上飛機在測試中突然發(fā)生重大事故，損失了最優(yōu)秀的飛行員，意大利方面不得不向主辦方申請延遲比賽。但主辦方拒絕了意大利隊的請求，比賽照常進行。禍不單行，比賽中M.C.72型水上飛機在馬上就要破紀錄的時候再次機毀人亡，最終冠軍被英國的S.6型水上飛機獲得。連奪三屆冠軍的英國人永久地擁有了施耐德杯，他們將獎杯和冠軍飛機放在倫敦科學(xué)博物館永久展出。

長達18年的“施耐德杯”水上飛機競速比賽就此落幕，但對于那些參賽國家來說，參加“施耐德杯”極大地提升了本國的航空水平，“施耐德杯”也成為黃金年代世界航空工業(yè)發(fā)展的晴雨表。在“施耐德杯”后，各國紛紛將比賽中積累的飛機制造經(jīng)驗用于戰(zhàn)斗機制造，間接推動了戰(zhàn)斗機的發(fā)展。

水上飛機新時代

早期的水棲飛機在水面起飛前、降落后，需要靠牽引艇拖拽才能進入或離開水上起降區(qū)。對于緊急飛行任務(wù)來說，這種起降的程序非常浪費時間，不能靈活機動。20世紀30年代末，水陸兩棲飛機蓬勃發(fā)展，它不僅可以在水上起降，還安裝了起落架可供陸地起降。這樣一來，水上飛機就可以更自由地起降，更快速地行動，更適應(yīng)各種機場環(huán)境了。

目前，世界上最大的水陸兩棲飛機就是我國的鯤龍-600（AG-600）飛機，它可以在20秒內(nèi)汲水12噸，執(zhí)行大型滅火及水上救援任務(wù)。2018年10月25日，“鯤龍”成功完成了水上首飛任務(wù)，成為當之無愧的兩棲飛機之王。

2019年5月，國內(nèi)首條水上飛機固定航線開通，游客乘水上飛機從北海前往潿洲島僅需15分鐘。讀者朋友，如果有機會你一定要去體驗一下，相信你會愛上水上飛機“ 劈風(fēng)斬浪”的氣魄！