凌水騰空

水上飛機(jī)是在陸地飛機(jī)的基礎(chǔ)上，根據(jù)水面起飛降落要求而在設(shè)計上特異化的產(chǎn)物。船底結(jié)構(gòu)、水密隔艙、浮筒等特殊設(shè)計使水上飛機(jī)要付出比陸地飛機(jī)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(shè)計限制，又使其性能指標(biāo)較相同級別的陸地飛機(jī)遠(yuǎn)為遜色。在官方學(xué)術(shù)觀點(diǎn)中，大型軍用水上飛機(jī)的功能相當(dāng)豐富，甚至包括了執(zhí)行直接支援陸戰(zhàn)隊登陸、攻擊敵人灘頭陣地等任務(wù)。但拋開“王婆賣瓜”的虛言，大型軍用水上飛機(jī)最實(shí)際的用途還是圍繞自身能在水面起降的特點(diǎn)展開，執(zhí)行一些陸地飛機(jī)所無法完成的任務(wù)。因此，水上飛機(jī)的用途被限制得較為狹窄，型號和裝備數(shù)量都比較少。

在訓(xùn)練和作戰(zhàn)中，不可避免地出現(xiàn)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(shè)常規(guī)機(jī)場的海島上，駐守部隊也會出現(xiàn)緊急的后勤補(bǔ)給需求或者諸如重病、重傷人員需要盡快向后方轉(zhuǎn)移的情況。相對于大型水陸兩用直升機(jī)，大型水上飛機(jī)同樣能在目標(biāo)范圍內(nèi)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(yōu)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(wù)，大型水上飛機(jī)雖然理論上可以執(zhí)行，但由于平臺飛行性能的差距實(shí)在過于明顯，其實(shí)際能力水平和可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及陸基和艦載飛機(jī)。冷戰(zhàn)時期，各國曾裝備過一些承擔(dān)攻擊任務(wù)的大型水上飛機(jī)，但在后來的發(fā)展中也逐漸退役或者轉(zhuǎn)作他用。目前，僅有日本由于戰(zhàn)敗國身份的特殊政治軍事條約限制，仍然在大力發(fā)展基于水上飛機(jī)的軍事巡邏/反潛能力。

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

水轟5的設(shè)計特點(diǎn)

上世紀(jì)50年代，我國從蘇聯(lián)進(jìn)口少量別6水上飛機(jī)，并在60年代末期退役。為了填補(bǔ)裝備缺口，我國在1968年籌建了水上飛機(jī)研究所（后改名中國特種飛行器研究所），與哈爾濱飛機(jī)制造廠聯(lián)合研制新型水上飛機(jī)，即后來的水轟5。這個項目非常急迫，1968年水上飛機(jī)研究所還在組建過程中就已經(jīng)開始了飛機(jī)設(shè)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(diǎn)認(rèn)為這與1967年日本新明和公司研制的PS-1反潛水上飛機(jī)首飛有關(guān)。在當(dāng)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(jìn)作用。

飛機(jī)要克服重力在天空中飛行，需要通過機(jī)翼上下表面不同流動速度的空氣產(chǎn)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(fèi)力而且速度也要慢得多一樣，大型水上飛機(jī)同樣面臨水阻力遠(yuǎn)高于空氣阻力、以及穩(wěn)定性和抵抗遇浪等問題。水轟5的機(jī)身底部外形、結(jié)構(gòu)就是參照船舶的水動力設(shè)計概念而來的。事實(shí)上，這種飛機(jī)的整個機(jī)身在設(shè)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(shù)語。與其說它是能起降在水上的飛機(jī)，不如說它是實(shí)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(jié)構(gòu)要求比常規(guī)飛機(jī)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)設(shè)計，全機(jī)分為10個水密艙，可以保證相鄰兩艙進(jìn)水仍然不沉，其艙與艙之間的水密隔框上還設(shè)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(qū)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(xù)面的船底外形，就是水上飛機(jī)的獨(dú)有設(shè)計了。斷階前方的前船體部分是主滑行面，設(shè)計與高速快艇類似。水轟5起飛時在發(fā)動機(jī)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(cè)形成高速水流，其外形對水面滑行過程中的阻力大小、姿態(tài)穩(wěn)定特性，噴濺情況起到?jīng)Q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(yōu)化設(shè)計。采用斷階后，前船體的主滑行面和高速水流被強(qiáng)行截斷并在后方形成低壓區(qū)。經(jīng)過針對性設(shè)計的低壓區(qū)有效改善了水轟5的水動力與飛機(jī)重心、氣動力的互動效果，使飛機(jī)縱向的傾角變化隨著滑行速度變化規(guī)律起來，保證了起飛降落中的穩(wěn)定。最重要的是，斷階這種在常規(guī)飛機(jī)上會造成明顯阻力損失而不可接受的設(shè)計，通過巧妙地引入氣動力干擾水動力，使水上飛機(jī)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(jī)達(dá)到起飛臨界速度時，水阻力會形成一個巨大的峰值。斷階設(shè)計形成的低壓區(qū)在水轟5不斷接近起飛臨界速度、機(jī)翼升力大幅度增加使機(jī)身吃水深度減小時，會從斷階兩側(cè)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(shí)際上是參照原蘇聯(lián)別-6水上飛機(jī)放大并且更換機(jī)翼設(shè)計的產(chǎn)物，對于我國來說，當(dāng)時也不存在別的選擇。但由于論證過于倉促和航空工業(yè)能力的限制，使得水轟5的飛行平臺設(shè)計過于原始、簡陋，存在嚴(yán)重的性能落后和功能局限性。

水上飛機(jī)必須擁有盡可能低的起降速度。同樣速度下，水阻力遠(yuǎn)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(jī)大幅度減小起飛臨界阻力，獲得非常明顯的性能優(yōu)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(fù)雜得多，高起降速度和長距離高速滑行會嚴(yán)重降低飛機(jī)的安全性能——超過90%的水上飛機(jī)事故都發(fā)生在起降階段。

就像大多數(shù)水上飛機(jī)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(dāng)時唯一可選的775型渦槳發(fā)動機(jī)（渦槳5甲），螺旋槳直徑3.9米，因此水轟5最大設(shè)計高度也被確立在4.5米。

水轟5由于飛機(jī)放大以后要使用4臺發(fā)動機(jī)，取消了別6的海鷗式機(jī)翼，采用了大展弦比（達(dá)到9）的平直翼。但是由于設(shè)計能力的嚴(yán)重匱乏，水轟5實(shí)際上根本沒有做針對性的短距起落設(shè)計，不但機(jī)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(qiáng)的動力增升外，僅在中外翼后緣設(shè)置了8個簡單開裂式襟翼。為了彌補(bǔ)機(jī)翼產(chǎn)生升力弱的問題，水轟五把機(jī)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(yán)重不足：離水速度達(dá)到145千米/時，而離水滑跑距離達(dá)到482米。而日本PS-1水上飛機(jī)在短距起降優(yōu)化上相當(dāng)完善，不僅在機(jī)翼前緣設(shè)計了長度超過翼展34%的縫翼，后緣設(shè)計了大幅強(qiáng)化的大面積內(nèi)、外襟翼；而且還設(shè)計了復(fù)雜的附面層控制手段，從發(fā)動機(jī)引出高壓氣流吹除內(nèi)、外襟翼上的附面層，其最大偏轉(zhuǎn)角度可以分別達(dá)到80°和60°。通過這些復(fù)雜的增升手段，PS-1水上飛機(jī)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(dāng)于水轟5的57.5%和51.8%。endprint

水上飛機(jī)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(jī)大得多。除了像陸地飛機(jī)一樣需要產(chǎn)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(xiàn)在航程、實(shí)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(xiàn)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(jié)冰引起失控和改善低速下的操縱響應(yīng)，不僅給垂尾、平尾設(shè)計了加熱除冰系統(tǒng)，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(tǒng)，水平尾翼還進(jìn)一步加裝了縫翼。而反觀水轟5，除了機(jī)翼前緣內(nèi)有加熱除冰設(shè)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(dāng)時航空工業(yè)能力根本無法支撐復(fù)雜的液壓、高壓氣體管路設(shè)計。我國航空液壓體系從建國起直到現(xiàn)在歷經(jīng)了兩代，分別是米格-21引進(jìn)時帶來的21兆帕體系和蘇-27引進(jìn)時帶來的28兆帕體系。水轟5由于設(shè)計年代早而且倉促浮躁，其飛行控制系統(tǒng)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(tǒng)，副翼是混合式操縱（鋼索、拉桿、搖臂等）系統(tǒng)，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(zhuǎn)完全依靠飛行員體力通過機(jī)械結(jié)構(gòu)放大后生拉硬拽——這對今天的飛機(jī)設(shè)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(rèn)為，水轟5未能大量裝備的主要原因還是機(jī)載設(shè)備落后使其作戰(zhàn)能力不如預(yù)期。反潛和反艦設(shè)備的性能落后和可靠性低下，使水轟5長期只能充當(dāng)巡邏機(jī)使用，但這無法解釋后來國內(nèi)有了堪用設(shè)備也并未恢復(fù)該機(jī)生產(chǎn)的事實(shí)。水轟5的窘境歸根結(jié)底還是由于其自身的設(shè)計缺陷太多而不堪使用，這些問題涉及基礎(chǔ)設(shè)計的方方面面，不把整個飛機(jī)徹底推倒重新設(shè)計，就沒有獲得本質(zhì)上改善的可能。

別200與“蛟龍”600

我國曾經(jīng)在幾年前盛傳要購買俄羅斯別200水陸兩用飛機(jī)，作為水轟5的后繼機(jī)種使用。雖然從今天看這一消息已經(jīng)不可能變成事實(shí)，但別200確實(shí)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(nèi)都屬于水上飛機(jī)，但進(jìn)一步區(qū)分的話，前者屬于功能級別更高的水陸兩用飛機(jī)。水轟5看起來和其他飛機(jī)一樣都有起落架，但如果細(xì)究起來，該機(jī)采用的是機(jī)載滑行架。與常見意義上起落架不同的是，機(jī)載滑行架實(shí)際上是為了簡化設(shè)計和降低成本形成的閹割品，強(qiáng)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(yán)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(jī)同樣需要淡水沖洗維護(hù)、大修等保障，并不能擺脫對機(jī)場的依賴。因此，水轟5這樣的飛機(jī)都需要興建特殊的專用水上機(jī)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(jīng)濟(jì)成本上說也極不劃算。別200這樣可以在陸地機(jī)場上像普通飛機(jī)一樣起降的水陸兩用飛機(jī)，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(shè)計完備的PS-1為例，這類以軍事用途為主、強(qiáng)調(diào)短距起降的水上飛機(jī)從制造到性能上都付出了相當(dāng)多的代價：結(jié)構(gòu)復(fù)雜的增升系統(tǒng)不僅成本昂貴，而且增添了大量的重量；4臺渦槳發(fā)動機(jī)雖然在低速上提供了充沛的動力，但是油耗大、噪音高；該機(jī)采用的大展弦比平直翼由于巨大的氣動阻力，使飛機(jī)不可能進(jìn)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(jī)：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(fā)動機(jī)不僅適合較高速度飛行，而且其設(shè)置在機(jī)翼上方的絕妙設(shè)計更是一舉三得——既避免了噴濺的水浪打壞發(fā)動機(jī)葉片，又利用發(fā)動機(jī)的吸氣和噴射對機(jī)翼上表面氣流進(jìn)行加速，實(shí)現(xiàn)有效的動力增升，最后還利用中央機(jī)翼屏蔽了相當(dāng)部分發(fā)動機(jī)噪音對機(jī)艙的影響，提高了乘坐舒適性。

別200的經(jīng)濟(jì)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(dá)到700千米/時。但作為代價，該機(jī)對于惡劣水文氣候條件的適應(yīng)能力已經(jīng)大為降低，而且起降的離水、著水滑跑距離分別達(dá)到了1600米和1100米。雖然別200還有用于森林消防的改進(jìn)型號，但是對于使用地點(diǎn)和條件的高要求已經(jīng)使它不再適用于軍事、應(yīng)急救災(zāi)用途。筆者認(rèn)為，這是最終導(dǎo)致我國并未引進(jìn)該機(jī)的根本原因。

單純從技術(shù)角度看，日本US-2是最佳的水陸兩用飛機(jī)后繼型號是。該機(jī)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(jī)。其采用了優(yōu)化的水動力、氣動力設(shè)計，電傳飛控系統(tǒng)、增強(qiáng)的動力系統(tǒng)、氣密增壓機(jī)艙等改進(jìn)設(shè)計，大幅提升了離水、著水時的操縱品質(zhì)和整體飛行性能，幾乎各方面都很令人滿意。但因?yàn)檎卧?，我國根本不可能引進(jìn)這一型號。

根據(jù)公開消息，我國正在研制一款名為“蛟龍”600的水陸兩用飛機(jī)。該機(jī)在任務(wù)定位上拋棄了不切實(shí)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(jī)在水轟5研制和使用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行全新設(shè)計，機(jī)身、機(jī)翼由西飛公司負(fù)責(zé)詳細(xì)設(shè)計和制造，后機(jī)身與尾翼則交由陜飛公司研制。

從國內(nèi)運(yùn)8高新平臺、運(yùn)20的研制實(shí)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(jī)場限制的“蛟龍”600，其市場前景比水轟5要強(qiáng)不少。雖然軍隊采購該機(jī)的數(shù)量會很有限，但是海監(jiān)等海洋部門以及內(nèi)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(qū)，都有可能成為該機(jī)的新用戶。筆者并不太認(rèn)同研制方聲稱15年內(nèi)該機(jī)可以獲得60架以上銷量的市場調(diào)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