從水上飛機到“翔州一號”

那顏

2014年冬季，海南。

平靜的海面上出現(xiàn)了一個奇怪的身影。說它是船，卻能在天上飛；說它是飛機，又能在水面航行。它的速度高達210千米/時，普通船只完全不是它的對手。這艘名為“翔州一號”的怪船，吸引了全中國的眼球。默默無名的地效翼船，從此走進人們的視線。

“地效翼船”究竟是什么？它與水上飛機有什么關(guān)系嗎？

地效翼船的大名叫“空氣動力地效翼船”。在20世紀60年代，它曾被稱為“地效翼飛行器”“地效飛機”“地效飛船”。這些曾用名忠實地記錄下地效翼船與水上飛機之間的“血緣關(guān)系”。

水上飛機：地效翼船的起點陸地飛機的起降離不開機場。在飛機發(fā)展的早期，機場的數(shù)量有限，跑道也很簡陋，飛機起落時起落架容易發(fā)生意外。此外，風(fēng)向也會對飛機的起降有影響。相比而言，水上飛機所受到的限制就比較小。地球表面約71%的面積都被水覆蓋，平整的水面就是水上飛機最好的起降場所。也是因此，早期的水上飛機和陸上飛機幾乎是同時發(fā)展的。

水上飛機簡稱“水機”，泛指一切利用水面降落與?？康默F(xiàn)代科技飛機。根據(jù)漂浮的方式不同，可分為船身式和浮筒式兩種。前者將機身設(shè)計成符合水面滑行要求的船型：后者則將陸地飛機的起落架換成浮筒。通常情況下，小型水上飛機會采用浮筒式設(shè)計，大型水上飛機會采用船身式設(shè)計。

地效翼船的“前世”就是船身式水上飛機。人們習(xí)慣稱它為“水上飛船”或“飛機巡洋艦”。為了更好地維持機身的平衡，水上飛船的機翼下也會安裝浮筒。

水上飛船不僅擁有斧刃形的龐大船體，還像飛機一樣擁有機身、機翼、尾翼、螺旋槳和起落架。當它在水面降落時，船體所產(chǎn)生的浮力使它漂浮起來，絕無下沉之憂尤。起飛時，螺旋槳所產(chǎn)生的拉力拖著它在水面快速滑行，就像陸地飛機在機場跑道上滑行一樣?；械乃俣仍絹碓娇?，當機翼所產(chǎn)生的升力戰(zhàn)勝了自身重力，水上飛船就能脫離水面飛向空中。

水上飛機的起降都在水上進行，不需花費高昂的成本去建設(shè)和維護機場。此外，由于技術(shù)原因，在飛機發(fā)展早期修建的機場跑道大多較簡陋，地面平整度遠不及現(xiàn)代機場。相較而言，反而是平靜的水面更適合飛機的起降，因此水上飛機很受人們的推崇。

陸地機場建設(shè)的普及，使水上飛機逐漸從鼎盛走向了衰落。飛機發(fā)動機技術(shù)的進步，使陸地飛機迎來了它的春天。地效翼船的橫空出世，是否能為水上飛機的發(fā)展開拓出一條新路呢？

翼地效應(yīng)：地效翼船的生命之源

1932年5月，北大西洋的天空被一層灰霧所籠罩?；异F中傳出發(fā)動機的轟鳴聲，一架德國“道尼爾Do-X”大型遠程水上飛機正在進行低空試飛。忽然，發(fā)動機的轟鳴聲變小了，飛機鉆出灰霧一頭栽向海面，原來是飛機上配備的六臺發(fā)動機中的四臺供油管路被堵塞了。眼見一場機毀人亡的事故即將發(fā)生，奇跡出現(xiàn)了。當飛機距離海面只有幾米時，一股神奇的力量從海面升起，托起了即將墜落的飛機。在這股神奇力量的幫助下，這架“道尼爾Do-X”水上飛機完好無損地飛回了岸邊。

其實這種“被托著”的現(xiàn)象并非第一次出現(xiàn)。當飛行員駕駛水上飛機貼著水面飛行時，或多或少會有這種“被托著”的感覺。一旦拔高到一定高度后，這種“被托著”的感覺就會消失不見。科學(xué)家將這種神奇的現(xiàn)象稱為“地面效應(yīng)現(xiàn)象”或“翼地效應(yīng)現(xiàn)象”。

空氣動力學(xué)家最早對此做出權(quán)威解釋：當運動的飛行器貼近地面或水面飛行時，氣流流過機翼后會向后下方流動，這時地面或水面將產(chǎn)生一股反作用力。當飛行器在距離水面等于或小于1/2翼展的高度上飛行時，整個機體的上下壓力差增大，升力會陡然增加，阻力減小，阻擋飛行器機翼下墜。

與其他機型相比，“道尼爾Do-X”水上飛機貼著海面飛行時，這種“被托著”的感覺更明顯?？茖W(xué)家研究后發(fā)現(xiàn)，造成這種差異的根本原因是“道尼爾Do-X”的機翼?！暗滥釥朌o-X”獨家使用了寬翼展、小展弦比的機翼，這有助于形成翼地效應(yīng)。

如果人為地放大這種翼地效應(yīng)，不就能研制出更快速更省功耗的新型運輸工具了嗎？翼地效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)似乎為水上飛機的發(fā)展指出了新方向。這種使飛行器誘導(dǎo)阻力減小，同時獲得比空中飛行更高升阻比的物理現(xiàn)象，被稱之為“翼地效應(yīng)”。翼地效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，開創(chuàng)了地效飛行技術(shù)。1935年，芬蘭工程師卡里奧研制出了世界第一艘“既會飛、又會游”的船，這就是最早的地效翼船。當時它被稱為“沖翼艇”。

第二次世界大戰(zhàn)后，世界各國紛紛加入了地效翼船的研發(fā)工作。然而，這種繁榮的景象并沒能持續(xù)太久。除了蘇聯(lián)外，其他各國都中斷了研究。

星海怪物：蘇聯(lián)地效翼船的開山掌門

早在1923年蘇聯(lián)就已經(jīng)開始對翼地效應(yīng)的研究了。等到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，蘇聯(lián)已經(jīng)擁有兩家研制地效翼船的設(shè)計局了，即鼎鼎大名的別里也夫飛機設(shè)計局和阿列克謝耶夫中央設(shè)計局。20世紀50年代末，被后世稱為“俄羅斯地效翼船之父”的阿列克謝耶夫接手了蘇聯(lián)的地效翼船研發(fā)項目，他不走常規(guī)路，用獨創(chuàng)性的氣動水動布局攻克了近地航行時的關(guān)鍵技術(shù)難題。地效翼船也迎來了最輝煌的時代。

1963年，伏爾加造船廠應(yīng)蘇聯(lián)海軍要求，開始建造地效翼船。1966年，地效翼船首航成功。隨著技術(shù)的成熟，地效翼船的體積越來越大。20世紀60年代末，美國偵察衛(wèi)星在里海拍到了不明飛行物。這個神秘的大家伙緊貼海面飛行，飛行速度奇快。美國人無法用已有的交通工具來界定它，只能驚呼它為“里海怪物”。所謂的“里海怪物”，其實是當時蘇聯(lián)所制造的“K M”大型地效翼船。

這只“里海怪物”長106米、重495噸，就當時來說是真正的龐然大物。它的快速運動全靠翼地效應(yīng)：8臺渦輪風(fēng)扇發(fā)動機一起運行，每一臺能產(chǎn)生12萬7千牛的推力。這不僅為它提供了強勁的動力，還能在水面與機翼之間產(chǎn)生一個高壓氣墊，從而使機翼獲得額外的強大升力。

“里海怪物”的研制成功不僅證明了阿列克謝耶夫的設(shè)計思路是正確的，也為之后地效翼船的設(shè)計制造提供了大量有價值的數(shù)據(jù)。憑借這些技術(shù)，蘇聯(lián)成為地效翼船研制和開發(fā)方面的老大。由于受到戰(zhàn)后思維的影響，蘇聯(lián)主要開發(fā)地效翼船在軍事上的用途，研制出飛航導(dǎo)彈地效翼船、運輸?shù)顷懙匦б泶?、巡邏一反潛地效翼船?/p>

1985年，蘇聯(lián)國防部長烏斯季諾夫去世，新任國防部長中止了地效翼船建造計劃。位于里海城的秘密基地也隨之被廢棄。在歐洲，地效翼船的研發(fā)工作從此進入了“嚴冬”。

我國對于地效翼船的研制起步比西方國家晚。很多人從“翔州一號”才開始知道地效翼船這一“新鮮事物”。很少有人會知道，“翔州一號”并不是我國制造的第一艘地效翼船。

從“天翼一號”到“翔州一號”：我國效翼船的商用之路

我國制造的第一艘地效翼船是“天翼一號”，由中國航空航天工業(yè)部605所研發(fā)。1995年立項，1998年樣機正式面世，耗時3年?！疤煲硪惶枴痹囷w兩個月后，“天鵝號”研制成功。這是我國第二艘地效翼船，由中國船舶工業(yè)集團公司708研究所研制。由于使用了氣墊技術(shù)，“天鵝號”不需要碼頭就能自由上下岸。

“翔州一號”由中船重工（海南）飛船發(fā)展有限公司研制，于2013年5月在馬山太湖試飛成功。它的船體總長12.7米、總寬11米、總高3.9米，飛行高度可達110米，最大起飛重量為2.5噸?？团撝杏?排座椅，可乘坐7人。船身有兩個艙門，便于乘員進出和應(yīng)急撤離。

2014年4月，“翔州一號”在海南三亞完成試驗，獲得了中國船級社頒發(fā)的檢驗證書，完成了入級登記手續(xù)。這意味著，我國制造的海上地效翼船在商用征途上邁出了第一步，也是一大步。

地效翼船對使用場地不挑剔，海面、冰面、沙漠、草原或沼澤皆可用于飛行和起降。這不僅節(jié)省了建設(shè)和維護大型跑道和航站樓等設(shè)施的成本，也增加了使用的靈活性。它的飛行高度一般保持在距離水面（地面）3～5米左右，最高可達100米。在翼地效應(yīng)的加持作用下，一架相同起飛重量的地效翼船與普通固定翼飛機相比，油耗可節(jié)省一半，有效載重系數(shù)比高25%～50%以上，航程可增加50%左右。

從三亞到西沙永興島，普通公務(wù)船需要花費15個小時，“翔州一號”只要1小時50分鐘就到了。它屬于新型地效翼船，不“吃”昂貴的航空機油，改“吃”普通的汽油啦。它每飛行100千米耗油28升，平均每千米耗油0.28升，按92號汽油每升6元折算，每千米燒油僅1.68元。毫不夸張地說，“翔州一號”將飛機的高速與船舶的經(jīng)濟集中于一體。正是它的這些優(yōu)點，讓制造者看到了它的商用價值。

“翔州一號”是我國第一艘海上地效翼船，屬于沿海地效翼船的范疇?！跋柚荻枴保ń５匦б泶┖汀跋柚萑枴保ㄟh海地效翼船）尚在研制中?；蛟S不久以后，以“翔州一號”為代表的地效翼船會改變島與陸地、島與島之間的聯(lián)系方式。那時，藍天碧海和貼著水面飛行的“海上飛船”將不再只是想象中的畫面。

小貼士

2004年12月，國際海事組織發(fā)布了《地效翼船暫行指南》。根據(jù)飛行高度不同，地效翼船被分為三類：

A類——僅利用地效運行的船舶；

B類——可臨時在地效范圍以外運行，但高度不得超過海平面以上150米的船舶；

C類——可在地效范圍以外運行，但高度不超過海平面以上150米的船舶。

如果運行高度超過了150米，就被歸入飛機的范疇了。至此，地效翼船是飛機還是船舶之爭終于塵埃落定了。