探秘貼地鯤鵬

賀莉丹

美國打類似“海灣戰(zhàn)爭”、“沙漠風(fēng)暴”這樣的大型戰(zhàn)爭，需要用航母提前半年運兵，如果“鵜鶘”號研制成功，讓幾架“鵜鶘”從美國本土運載裝備和軍隊過去，只需一兩個星期就完成戰(zhàn)略部署了。

一種飛行高度只有0.5米至3米、時速可達200多公里的地效飛行器目前正在上海同濟大學(xué)進行研制。名為“鯤鵬”號的這臺飛行器將同時具有飛機的翅膀與適應(yīng)水面航行的平坦船底。

“地效飛行器與空氣動力學(xué)長期以來遵循的‘高度就是效率的準(zhǔn)則相抵觸，作為一種新型交通工具，它將帶來人類交通運輸業(yè)的革命。”8月7日，“鯤鵬”號總設(shè)計師、南京航空航天大學(xué)教授錢智聲接受了《新民周刊》專訪，71歲的錢智聲教授此前曾任AD——100、AD——100T輕型飛機與“天使鳥”號地效翼艇的總設(shè)計師。

神奇的升力

記者：“鯤鵬”號的研制進展如何?

錢智聲：“鯤鵬”號是12座掠海型具有高飛能力、全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的新一代地效飛行器，總重4噸左右，巡航速度為180公里/小時，最高速度可達200至220公里/小時，航程為1000公里，預(yù)計3年時間可以研制成功。

記者：很多人都不了解地效飛行器究竟是什么。

錢智聲：飛行器在空中飛行時，機翼下方的壓力大于其上方的壓力，產(chǎn)生升力，托著飛行器運行；地效飛行器則是利用地面效應(yīng)進行飛行。當(dāng)飛行器貼近水面或地面，即在地效區(qū)飛行時，飛行器底下的空氣受到擠壓、流動受阻塞，壓力增大，從而產(chǎn)生附加的升力。

另外，當(dāng)飛行器在空中飛行時，下翼面氣流繞過機翼的兩端時，會產(chǎn)生翼尖旋渦，導(dǎo)致升力方向向后傾斜，形成一種誘導(dǎo)阻力。但如果飛行器極其貼近水面或地面飛行時，旋渦被“壓扁”，渦流的強度變小，從而引起的阻力也變小。這種升力增加阻力減小的現(xiàn)象就叫做“地面效應(yīng)”。利用地面效應(yīng)進行飛行的飛行器叫做“地效飛行器”。

與同等重量在空中飛行的飛行器相比，地效飛行器飛行的升阻比(升力與阻力之比)要大得多!升阻比大了，耗油率減少了，有效運載量便增加了。

記者：地效飛行器有哪些優(yōu)點?

錢智聲：給你講個故事吧。1932年5月24日，德國一架名叫“多克斯”的水上飛機正在大西洋上空正常飛行，忽然，因發(fā)動機部分油路堵塞，發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低，飛機隨之下落。一場機毀人亡的事件頃刻即將發(fā)生，但奇跡卻在那時出現(xiàn)了：當(dāng)飛機掉到距海面10米左右時，不知從哪里來的一股神奇的升力，巧妙地將飛機拉平，并一直讓它保持在這個高度上向前飛行；最后，這股“魔力”將飛機完好無損地送到了目的地。

后來空氣動力學(xué)家的研究表明，當(dāng)運行的飛行器距離水面很近時，升力會陡然增加。

相比飛機，地效飛行器的優(yōu)點是，第一，經(jīng)濟性好，可多載重。第二，它一般在貼近水面幾米的高度飛行，比起在高空飛行的飛機，安全性更好。第三，可以大型化。地效飛行器設(shè)計得很龐大，反而能更好地體現(xiàn)出自身優(yōu)勢。另外，它的“跑道”就是海面，從而不需要對地面設(shè)施和場地進行大量投資，而大型飛機對跑道的要求很高，地面設(shè)施投入很龐大。巨型飛機降落時，地面還會帶來微弱的長波“地震”波，這會危害機場的建筑結(jié)構(gòu)。有可能會使一些機場大樓里的建筑出現(xiàn)裂縫。

地效飛行器還被稱作“地效飛船”、“地效艇”、“沖翼艇”等等。雖然叫做船、艇，但它的速度比普通船舶快十幾倍甚至幾十倍。因為地效飛行器是離開水面飛行，而水的密度是空氣密度的800倍，這是它的速度能上去的重要原因；它的適航性與抗浪性都好，非常平穩(wěn)、舒適，而且機動性好，能躲開對方雷達的探測，在軍事上更顯示出獨特的優(yōu)勢。

從“里海怪物”到“鵜鶘”

記者：目前世界上有哪些國家在進行地效飛行器的研究?

錢智聲：1935年，芬蘭人托伊沃?卡里奧設(shè)計了一種“翼展小于艇長”的飛行雪橇，能快速行駛于崎嶇的山地，但因為系統(tǒng)不夠穩(wěn)定而被淘汰。

前蘇聯(lián)是最早開展地效飛行器研究的國家，1958年，蘇聯(lián)中央水翼設(shè)計局總設(shè)計師P.E.阿列克謝耶夫開始在海軍開發(fā)第一個地效翼船模型計劃。1967年夏天，眾多情報分析專家聚集在華盛頓的美國國防情報局，共同解讀一張極不尋常的間諜衛(wèi)星照片，照片拍攝自里海邊上的一個蘇聯(lián)小城市，在一圈圍墻里，停放著一臺巨大的機器，它比當(dāng)時已知的任何飛機都大得多，但機翼卻出奇地短，看上去似乎根本無法飛行，它被稱為“里海怪物”。

那以后的10年中，疑團被逐一解開，美國方面后來得知“里海怪物”是一架總重540噸、巡航速度為400至450公里/小時、利用被稱為“地面效應(yīng)”的空氣動力學(xué)現(xiàn)象運載大量貨物高速掠過水面飛行的新型飛行器。

1966年，由阿列克謝耶夫設(shè)計的“里海怪物”建成了，之后，蘇聯(lián)有了裝備海軍的一批大型地效飛行器，比如1972年研制成功的“小鷹”號地效飛行器，總重120噸，巡航速度為350公里/小時，能快速運兵，在2002年俄羅斯海軍的海上演習(xí)里還可以看到“小鷹”號；上世紀(jì)80年代他們研制成功了“雌鷂”號地效飛行器，總重400噸，巡航速度為450至550公里/小時，能在海上發(fā)射6枚導(dǎo)彈；其他的還有“雨燕”號、“伏爾加”號、“救生員”號等地效飛行器，其中，“救生員”號用于海上緊急救護，直到現(xiàn)在還在使用。

蘇聯(lián)解體后，地效飛行器的發(fā)展一度停滯，但現(xiàn)在俄羅斯總統(tǒng)普京要求重新恢復(fù)地效飛行器的發(fā)展計劃。就戰(zhàn)略作用而言，地效運兵艦可在1至3米的雷達盲區(qū)超低空高速飛行，對方發(fā)現(xiàn)不了，這讓它在軍事上有極大優(yōu)勢。

目前，美國、德國、英國、澳大利亞、日本、中國都在進行地效飛行器的研制工作。

美國在上世紀(jì)60年代開始開始研究地效飛行器，但當(dāng)時并不被看好，他們將更多資源投入太空計劃。英國受美國影響，一度重視研究氣墊船。

但如今，美國加速發(fā)展地效飛行器技術(shù)。在2004年推出“鵜鶘”號地效飛行器研制計劃之前，美國曾專門斥資500萬美元派人員赴俄羅斯考察；就在前幾年，美國買去了“里海怪物”及其技術(shù)，將它改造成為民用郵輪。

記者：“鵜鶘”號的研制進展怎樣?

錢智聲：現(xiàn)在，美國波音公司正在為美國國防部設(shè)計空中巨無霸“鵜鶘”號，這個目前世界上最大的地效飛行器比“里海怪物”的體形更龐大，它的自重約1400噸，有效載荷超過1270噸，重量相當(dāng)于7架滿載的波音747飛機，翼展長達150米，長度相當(dāng)于一個足球場，螺旋槳的直徑有5層樓高。這個空中巨無霸可以在距水面6米高處以480公里/小時的速度輕快掠過水面，最大飛行高度可達6000米，其燃油消耗量僅為同級別的普通飛機高空飛行時的一半。

在運輸陸軍裝備時，船只的速度太慢，飛機的運量又遠難以滿足需要。“鵜鶘”號地效飛行器可裝載3000多人，它能裝運180個2.4米×2.4米×6米的標(biāo)準(zhǔn)集裝箱，運載能力是目前最大運輸機的10倍，速度也比普通船運快10倍。美國打類似“海灣戰(zhàn)爭”、“沙漠風(fēng)暴”這樣的大型戰(zhàn)爭，需要用航母提前半年運兵，如果“鵜鶘”號研制成功，讓幾架“鵜鶘”從美國本土運載裝備和軍隊過去，只需一兩個星期就完成戰(zhàn)略部署了。

記者：那么，中國的地效飛行器的研究進展如何?

錢智聲：我國從1958年就開始研究地效飛行器，中國在過去幾十年里，主要在船舶制造系統(tǒng)發(fā)展了一些地效飛行器技術(shù)。

1985年，中國船舶及海洋工程設(shè)計研究院與求新造船廠設(shè)計并建成了750號地效翼船，總重750公斤，巡航速度為130公里/小時；1997年，751號即“天鵝”號地效翼船首次試飛成功，可載客15至20人，離水飛行速度為130公里/小時。

1995年，中國航空總公司第605研究所、中國航天總公司第701研究所等單位聯(lián)合研制DXF——100地效飛行器，1998年首飛，可載客15人，起飛重量為4800公斤。中國船舶總公司第702研究所自上世紀(jì)60年代起先后推出了“信天翁”系列地效艇。1999年，“信天翁”4號地效翼艇研制成功，可乘坐21人。

2002年元月，由我擔(dān)任總設(shè)計師的AB——606型“天使鳥”號6座掠海地效翼艇在海南三亞地區(qū)海面試航，“天使鳥”號于2003年3月研制成功，巡航速度為130公里/小時，最大飛高為30至50米，但之后由于資金等原因，只生產(chǎn)了一架。

運營需專門航線

記者：目前有沒有研制成功的地效飛行器投入實際運營的實例?

錢智聲：德國跟澳大利亞、新加坡共同研制的FS8地效翼艇已在美國阿拉斯加?xùn)|南面的幾個小港口運營了10年，目前FS8仍在幾條航線運行，主要用于游客觀光。

據(jù)我所知，我國研制成功的信天翁5號目前在東北某湖面用于邊防巡邏；DXF——100地效飛行器生產(chǎn)過兩架，目前在太湖地區(qū)用于旅游觀光，像摩托艇那樣供游客乘坐。

記者：地效飛行器的研究目前面臨的主要困難與瓶頸是什么?

錢智聲：地效飛行器的關(guān)鍵技術(shù)已突破，但由于飛行時離開水面，很多復(fù)雜參數(shù)的變化會影響它飛行的穩(wěn)定性，這是個挑戰(zhàn)，要讓社會普遍接受它，還要一個過程?！袄锖９治铩痹谶\行時就曾摔過幾次。其次，地效飛行器的動力要求與飛機的發(fā)動機不同，它應(yīng)該是起飛時短時間能提供很大的功率，而進入巡航時有較好的經(jīng)濟性，這樣的發(fā)動機還要加速研制開發(fā)。地效飛行器在鹽霧環(huán)境中工作，所有的地效飛行器上岸后，都需用大量淡水沖洗，它對材料要求很嚴(yán)格，需要使用耐強腐蝕的材料。還有一點也很重要，地效飛行器需要準(zhǔn)確、靈敏的高精度小量程高度表，這也需要解決和突破。

記者：在你看來，地效飛行器發(fā)展的前景如何?今后可用在哪些領(lǐng)域?

錢智聲：地效飛行器集航空、航海的優(yōu)點于一身，是介于飛機與船舶之間的一種新型有效的交通運輸工具。地效飛行器是21世紀(jì)最具發(fā)展前景的新興交通運輸產(chǎn)業(yè)，將帶來21世紀(jì)交通領(lǐng)域的一場革命。50座、20噸級、巡航速度為300公里/小時的地效飛行器已被國防科工委“十一五”規(guī)劃列為我國民用通用航空方面重點支持的三個機種之一。

我認(rèn)為，海關(guān)緝私、漁政管理、客運運輸部門和海上旅游觀光都很需要高速的地效飛行器，它比同重量的飛機省油在30%以上，制造、運營、維修的成本則低30%以上，有效載重量也更大。比如，一架波音747飛機的運載量僅為其自重的20%，而前面提到的“鵜鶘”號，有效載重近50%!

我專門考察過一些沿海城市，如果地效翼艇投入使用，可以讓我國沿海的40多個城市實現(xiàn)快速短途通航，不僅提高了辦事效率，而且很安全。另外，我國對一些沿海島嶼的主權(quán)行使也可節(jié)省大量時間。

但也有現(xiàn)實的困難，地效飛行器的投入使用需要比較寬闊的水面，在密集的港灣、河道則無法投入使用。作為一種新型交通工具，地效飛行器需要建立專門航線才能投入使用。如果要在我國運營地效翼艇，運營方需向交通部申請專門航道，否則，它運行時撞了來往的船只怎么辦?“鯤鵬”號要正式投入運行，也面臨這樣的障礙。地效飛行器的航線問題需要國內(nèi)外組織協(xié)商解決。