水陸兩棲飛機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景

黃領(lǐng)才，雍明培

中航通用飛機(jī)有限責(zé)任公司，珠海 519040

水陸兩棲飛機(jī)是既能在水面起降，又能在陸上起降的固定翼飛機(jī)，是在水上飛機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。最早的水陸兩棲飛機(jī)出現(xiàn)在20世紀(jì)20年代初期，英國的維京公司(Viking)研制了大量的水陸兩棲飛機(jī)，主要用于非洲探險(xiǎn)和軍事領(lǐng)域，如搜救、反潛、巡邏、轟炸等。最著名的機(jī)型肖特“桑德蘭”多用途四發(fā)水陸兩棲飛機(jī)，曾經(jīng)在大西洋巡邏達(dá)12 h[1]。從20世紀(jì)20年代到30年代后期，美國西科斯基公司(Sikorsky)的S系列水陸兩棲飛機(jī)廣泛用于全球的跨洋航線飛行[2]，格魯曼公司(Grumman)研制的輕型多用途水陸兩棲飛機(jī)鵝式(Goose) 和野鴨(Widgeon)進(jìn)入民用市場(chǎng)后，美國空軍發(fā)現(xiàn)了它潛在的軍用價(jià)值，水陸兩棲飛機(jī)開始在軍用和民用方面廣泛流行[3]。第二次世界大戰(zhàn)后，美國軍方還訂購了上百架格魯曼公司的信天翁(Albatros)型水陸兩棲飛機(jī)及其改進(jìn)型[4]。除了美國和英國外，俄羅斯在第二次世界大戰(zhàn)前研制了水上飛船Shavrov Sh-2，并廣泛應(yīng)用于軍用與民用領(lǐng)域，第二次世界大戰(zhàn)后研制了Be-12反潛和海上巡邏兩棲飛機(jī)，并繼續(xù)研制了噴氣式Be-200水陸兩棲多用途飛機(jī)[5]。意大利也研制了少量的水陸兩棲飛機(jī)，如Savoia-Marchetti S.56A[6]和Piaggio P.136[7]。隨著戰(zhàn)爭(zhēng)的結(jié)束和航空技術(shù)的發(fā)展，水陸兩棲飛機(jī)相對(duì)于陸基飛機(jī)的優(yōu)勢(shì)逐漸喪失，其航空客運(yùn)、貨運(yùn)及郵遞的民事用途和巡邏、反潛、搜救等軍事用途逐步被陸基飛機(jī)或直升機(jī)所替代。

俄羅斯是少數(shù)在第二次世界大戰(zhàn)后繼續(xù)研發(fā)水陸兩棲飛機(jī)的國家。俄羅斯因早期致力于發(fā)展高速快艇，在流體力學(xué)與水面高速航行專業(yè)積累了較多的成果。當(dāng)需要發(fā)展水陸兩棲飛機(jī)時(shí)，能將研究成果立即轉(zhuǎn)化應(yīng)用于水陸兩棲飛機(jī)最關(guān)鍵的水面起降部分。這也使得俄羅斯對(duì)于水陸兩棲飛機(jī)的發(fā)展有許多獨(dú)特的技術(shù)與優(yōu)勢(shì)。日本是個(gè)群島國家，海岸線近30 000 km，獨(dú)具特色的水上飛機(jī)深受日本政府重視。在PS-1水上飛機(jī)的基礎(chǔ)上逐步改進(jìn)形成的US-2水陸兩用救護(hù)機(jī)被業(yè)界認(rèn)為是目前性能最好的水陸兩棲飛機(jī)，可在3 m浪高的海上起降，出勤率全年能達(dá)到90%以上，不但能執(zhí)行海上巡邏和反潛等各種作戰(zhàn)任務(wù)，而且能夠執(zhí)行搜救和島礁運(yùn)輸任務(wù)[8]。加拿大龐巴迪公司研制的CL-215及后續(xù)改進(jìn)型CL-415水陸兩棲飛機(jī)是專門為滅火、搜索、巡邏和救護(hù)等任務(wù)而研制的，多國林業(yè)部門及海事部門都配備了這兩款機(jī)型，是世界上研制及應(yīng)用最為成功的水陸兩棲飛機(jī)[9]。

中國在20世紀(jì)70年代研制了水上飛機(jī)水轟5，主要用于執(zhí)行近海巡邏、偵察等任務(wù)，改裝可用于森林滅火。2007年立項(xiàng)研制輕型水陸兩棲飛機(jī)海鷗300，該機(jī)基本型為客運(yùn)型，改裝后可用于旅游觀光、農(nóng)林作業(yè)、飛行培訓(xùn)等用途[10]。2009年立項(xiàng)研制大型滅火/水上救援水陸兩棲飛機(jī)AG600，可作為水陸兩棲多任務(wù)平臺(tái)，加裝滅火、救援、探測(cè)等設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)不同領(lǐng)域?qū)I(yè)用途，有效保障中國應(yīng)急救援體系建設(shè)。

目前，水陸兩棲飛機(jī)主要用于森林消防和水上搜救、偏遠(yuǎn)海島運(yùn)輸、休閑旅游等方面。隨著航空理念的改變及遠(yuǎn)洋貿(mào)易的發(fā)展，越來越多的學(xué)者開始重新關(guān)注水陸兩棲飛機(jī)，探討水陸兩棲飛機(jī)在現(xiàn)代軍用、民用領(lǐng)域的價(jià)值。歐洲多國共同開展了“FUSETRA”課題的研究[11]，通過研究認(rèn)為：加大水陸兩棲飛機(jī)技術(shù)攻關(guān)，提升其技術(shù)水平，特別是氣動(dòng)、水動(dòng)、材料、電子系統(tǒng)等，有望使水陸兩棲飛機(jī)再次成為航空運(yùn)輸系統(tǒng)的中堅(jiān)力量。最近美國研究人員又提出了海上平臺(tái)的概念，認(rèn)為水上/水陸兩棲飛機(jī)是連接海上平臺(tái)的最好機(jī)種，可以充分發(fā)揮水上/水陸兩棲飛機(jī)的多用途平臺(tái)作用[12]。

水陸兩棲飛機(jī)百年來歷經(jīng)繁榮與衰落，在軍用和民用的多個(gè)領(lǐng)域有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。本文從水陸兩棲飛機(jī)的發(fā)展過程闡述水陸兩棲飛機(jī)的技術(shù)特征和發(fā)展轉(zhuǎn)變，重點(diǎn)分析影響水陸兩棲飛機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，探討在軍事和民用兩個(gè)方面的應(yīng)用前景和未來發(fā)展方向。

1 水陸兩棲飛機(jī)的技術(shù)特征

萊特兄弟的首飛成功，使世界進(jìn)入了航空時(shí)代，多個(gè)國家的航空先驅(qū)紛紛投身于各種航空器的研究發(fā)明和創(chuàng)造中。修建陸上機(jī)場(chǎng)需要投入大量的人力、物力和土地，如果能夠利用天然的水域作為飛機(jī)起降場(chǎng)地，其優(yōu)點(diǎn)不言而喻。航空專家們認(rèn)識(shí)到水上飛行的益處，通過理論研究和試驗(yàn)，1910年誕生了第1架靠自身動(dòng)力實(shí)現(xiàn)水上起飛和降落的水上飛機(jī)。從加裝簡(jiǎn)單浮筒實(shí)現(xiàn)水上起降，發(fā)展到浮筒式、船身式上單翼布局，動(dòng)力從活塞發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)化到渦槳、渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了飛機(jī)性能的提高，并應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。水陸兩棲飛機(jī)發(fā)展演變?cè)诓季稚峡煞譃閭鹘y(tǒng)布局和現(xiàn)代創(chuàng)新布局兩類，以下從這兩方面分析其技術(shù)發(fā)展特征。

1.1 水陸兩棲飛機(jī)的定義和分類

水上飛機(jī)定義為能在水面起飛、降落和停泊的固定翼飛機(jī)，保證其水面起降的船體或浮筒就等同于陸基飛機(jī)的起落架，在浮筒或船體上安裝可在陸上機(jī)場(chǎng)起降的起落架，在水面起降時(shí)收上不用，在陸上起降時(shí)則放下，即成為水陸兩棲飛機(jī)[9]。

從20世紀(jì)20年代至今，水陸兩棲飛機(jī)逐步發(fā)展形成了船身式和浮筒式的常規(guī)布局，發(fā)動(dòng)機(jī)高置于機(jī)翼或機(jī)身上，避開噴濺水流對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道、襟翼、螺旋槳等的沖擊(見圖1[13])。

圖1 船身式和浮筒式水上飛機(jī)[13]Fig.1 Seaplane of boat hull configuration and twin float configuration[13]

船身式水陸兩棲飛機(jī)的機(jī)身下半部具有像船身一樣的特殊構(gòu)型，滿足飛機(jī)水面滑行、起降的要求，并在翼下對(duì)稱布置兩個(gè)浮筒，或機(jī)身兩側(cè)布置鰭式浮筒。浮筒式水陸兩棲飛機(jī)則是在常規(guī)布局的飛機(jī)上安裝浮筒實(shí)現(xiàn)水面滑行，可分為單浮筒式和雙浮筒式。對(duì)于常規(guī)布局的船身和浮筒的設(shè)計(jì)滿足阿基米德原理、靜水力學(xué)、水動(dòng)力理論等，保證飛機(jī)在水上漂浮，不傾覆，及在水面安全起降。由于同時(shí)考慮氣動(dòng)和水動(dòng)特性，這兩種布局在設(shè)計(jì)中有不少的難點(diǎn)，要在保證安全性前提下達(dá)到最小穩(wěn)定性要求。浮筒式水上飛機(jī)在水面滑行速度達(dá)到1/3的起飛速度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生縱向不穩(wěn)定問題，船身式飛機(jī)的縱向穩(wěn)定性相對(duì)較好，但橫向穩(wěn)定性較差[13]。傳統(tǒng)水陸兩棲飛機(jī)分類如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)水陸兩棲飛機(jī)分類Fig.2 Categorization of traditional amphibious aircraft

現(xiàn)代創(chuàng)新布局的水陸兩棲飛機(jī)則突破了傳統(tǒng)的布局形式，主要是創(chuàng)新了滑行裝置，或采用折疊機(jī)翼、環(huán)形翼、串列翼等對(duì)傳統(tǒng)布局進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，提升水動(dòng)力特性和氣動(dòng)特性，使得人們更能體驗(yàn)海天變換的樂趣。

1.2 傳統(tǒng)水陸兩棲飛機(jī)的技術(shù)特征

1910年，法國亨利·法布爾基于他對(duì)浸水翼面和浮筒所做的理論研究，研制出了世界上第1架浮筒式水上飛機(jī)[14]，如圖3所示，木制機(jī)體結(jié)構(gòu)，鴨式布局，鴨翼下有一個(gè)浮筒，機(jī)翼下有兩個(gè)浮筒，浮筒由膠合板制成，這種三浮筒式水上飛機(jī)氣動(dòng)阻力大，結(jié)構(gòu)笨重，不易于操縱。

圖3 法布爾研制的鴨式水上飛機(jī)[14]Fig.3 Canard seaplane by Fabre[14]

1913年，美國格倫·柯蒂斯對(duì)水上飛機(jī)結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行了革命性改進(jìn)，將機(jī)身浮筒改為船身式，并從斷階處將機(jī)身分為前后機(jī)身，研制出了世界上第1架船身式水上飛機(jī)[15]，如圖4所示。相比于浮筒式水上飛機(jī)，船身式水上飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔緊湊，飛行阻力更小，穩(wěn)定性更好，這架飛機(jī)還首次實(shí)現(xiàn)了通過副翼對(duì)飛機(jī)進(jìn)行橫側(cè)操縱。

施耐德杯水上飛機(jī)競(jìng)速賽極大地促進(jìn)了水上飛機(jī)的技術(shù)進(jìn)步。1913年首屆競(jìng)速賽最快飛行速度就已達(dá)到了72.6 km/h。1934年，意大利的馬基MC72型水上飛機(jī)在競(jìng)賽中創(chuàng)造了709.209 km/h的飛行記錄。從圖5可以看到，水上飛機(jī)在此期間發(fā)生了很大變化，機(jī)身變得更加修長(zhǎng)，浮筒已從無斷階過渡到了有斷階。

第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)前夕，英國索普威斯公司研制了“蝙蝠船”水上飛機(jī)[16]，依據(jù)前期對(duì)水動(dòng)力特性的研究成果，飛機(jī)船體采用了既可以減小起飛離水阻力，又便于在水上滑行的V型剖面，此項(xiàng)技術(shù)革新對(duì)于后來水上飛機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。20世紀(jì)30年代為水陸兩棲飛機(jī)發(fā)展的黃金時(shí)期，其相關(guān)技術(shù)已經(jīng)日臻成熟。水動(dòng)力學(xué)已發(fā)展到比較完善的程度，布局型式從三翼機(jī)發(fā)展到雙翼機(jī)，又從雙翼式發(fā)展到單翼張臂式，從三浮筒發(fā)展到雙浮筒，機(jī)身過渡到船身式，為了減少阻力，船身變得更尖更長(zhǎng)，水、氣動(dòng)特性提升顯著。發(fā)動(dòng)機(jī)由翼上方改裝到翼前緣，功率大幅增加，載重也隨之增加，后期也曾有噴氣式水上飛機(jī)出現(xiàn)。全金屬水上飛機(jī)的出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)重量大幅降低，強(qiáng)度卻大幅增加?？烧圻M(jìn)機(jī)身的滑橇、水翼等著水動(dòng)機(jī)構(gòu)也已經(jīng)產(chǎn)生，飛行性能大幅提升。此時(shí)，水上飛機(jī)在軍事和民用領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展都要優(yōu)于同期的陸基飛機(jī)。

圖4 柯蒂斯研制的船身式水上飛機(jī)[15]Fig.4 Boat hull configuration seaplane by Curtiss[15]

圖5 1919年和1931年施耐德杯參賽的水上飛機(jī)Fig.5 Seaplanes competed for Schneider Trophy in 1919 and 1931

第二次世界大戰(zhàn)期間，英國的“康維爾·凱特林”水上飛機(jī)曾不間斷飛行超過30 h。1947年，英國制造了世界上第1架噴氣式水上飛機(jī)SR·A1，最大飛行速度超過了800 km/h。1930年，德國道尼爾公司研制了當(dāng)時(shí)世界上最大的水上飛機(jī)Do-X(圖6)，機(jī)翼上方安裝有12臺(tái)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，總功率達(dá)4 177 kW，最大起飛重量為56 t，可搭載169人，最大飛行速度達(dá)到224 km/h。采用雙翼布局，但下機(jī)翼很短，在起降時(shí)起浮筒的作用，保持機(jī)體橫向的穩(wěn)定。其另一作用是充當(dāng)?shù)菣C(jī)的浮橋，旅客先由小船載至下機(jī)翼，然后走入客艙，這是第1代大型水上運(yùn)輸機(jī)的特征[16]。“維京”Bv222是第二次世界大戰(zhàn)最大的軍用水上飛機(jī)(圖7)，該機(jī)翼翼展為46 m，機(jī)高為10.9 m，機(jī)身長(zhǎng)為37 m，最大起飛重量為49 000 kg，最大航程為7 000 km，滯空時(shí)間達(dá)33 h。其船身長(zhǎng)寬比為 8.5∶1，高置上單翼布局，兩翼下的穩(wěn)定浮舟設(shè)計(jì)很有特色，從中線一分為二向兩側(cè)收入機(jī)翼內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)置于機(jī)翼前緣的 6個(gè)短艙中[17]。這兩款飛機(jī)堪稱航空工業(yè)在大型飛機(jī)方面的杰作。

圖6 道尼爾Do-X水上飛機(jī)Fig.6 Dornier Do-X seaplane

圖7 “維京”Bv222水上飛機(jī)Fig.7 Viking Bv222 seaplane

第二次世界大戰(zhàn)期間，美國僅PBY“卡特琳娜”系列水上飛機(jī)就生產(chǎn)了3 500多架(圖8)，其翼尖處的平衡浮筒可以在起飛后向上收起，成為翼尖的一部分，減少了飛行阻力，氣動(dòng)性能大幅提升，飛行速度達(dá)314 km/h，航程達(dá)4 030 km，續(xù)航時(shí)間超過12 h。1947年，美國研制了航空史上最大的飛機(jī)——“大力神”H4水上飛機(jī)，比當(dāng)今最大的An-225運(yùn)輸機(jī)還要大[16]。英國以水上飛機(jī)建立的帝國航線包含了大英帝國的所有殖民地，展現(xiàn)了英國當(dāng)時(shí)的強(qiáng)大國力。美國則以波音生產(chǎn)的水上飛機(jī)Boeing-314 建立了大西洋和太平洋航線，水上飛機(jī)成為當(dāng)時(shí)定期洲際航線的主角[18]。Savoia-Marchetti S.55是意大利設(shè)計(jì)的一款雙船身水上運(yùn)輸機(jī)(圖9)，飛行從歐洲到美國的航線，在當(dāng)時(shí)其速度、飛行高度、航程、有效載荷等創(chuàng)造了14項(xiàng)世界紀(jì)錄[19]。近年，日本學(xué)者開展了雙機(jī)身水上飛機(jī)研究，認(rèn)為雙機(jī)身水上運(yùn)輸機(jī)可能成為未來運(yùn)輸機(jī)向大型化發(fā)展的方向[20-22]。

圖8 PBY“卡特琳娜”水上飛機(jī)和收放式浮筒Fig.8 PBY “Catalina” seaplane and its retractable auxiliary float

圖9 Savoia-Marchetti S.55雙機(jī)身水上運(yùn)輸機(jī)Fig.9 Savoia-Marchetti S.55 catamaran seaplane

20世紀(jì)50年代，航空界的研究人員除了對(duì)船體和浮筒做研究外，對(duì)其他的水動(dòng)部件也做了大量的試驗(yàn)研究，如水撬、水翼的試驗(yàn)。1951年，美國海軍研制的超聲速水陸兩棲飛機(jī)“海標(biāo)槍”上使用了可伸縮水橇，如圖10所示，可伸縮水橇結(jié)構(gòu)能有效減少飛行阻力?！昂?biāo)槍”的試飛員Long在飛行中發(fā)現(xiàn)通過改變水橇的形狀，可獲得良好的水面穩(wěn)定性和控制特性[23]。水撬通常應(yīng)用在高亞聲速水上飛機(jī)上。美國研制的XP5M-1“馬林魚”(Marlin)在尾部增加了被稱為“水襟翼”的減速板，降落時(shí)由飛行員踩踏方向舵踏板控制在水中打開，縮短降落距離，如圖11所示。水襟翼形狀類似于機(jī)翼，設(shè)置在船體底部以下一定水深處，在起飛滑行中，隨速度增加，水襟翼產(chǎn)生的水動(dòng)升力也不斷增加，減少船體水阻力，但在較高速度后，水翼表面產(chǎn)生不穩(wěn)定的空泡流會(huì)損傷水翼的光滑表面，降低滑行效率[24]。

圖10 水上噴氣戰(zhàn)斗機(jī)“海標(biāo)槍”Fig.10 Seadart supersonic amphibian aircraft “Hydrofoil” airbrake

圖11 XP5M-1“馬林魚”在尾部的“水襟翼”Fig.11 Hydrofoil in rear hull of XP5M-1 Marlin

俄羅斯在水上飛機(jī)研發(fā)領(lǐng)域始終處于世界前列，其研制的“別”系列水上飛機(jī)在各個(gè)時(shí)期都有代表機(jī)型產(chǎn)生[16]。如1948年研制了反潛水上飛機(jī)Be-6和多用途水陸兩棲飛機(jī)Be-8。1956年研制了噴氣后掠翼水上飛機(jī)Be-10，1960年研制了噴氣水陸兩棲飛機(jī)Be-12，該機(jī)曾創(chuàng)造42項(xiàng)飛行紀(jì)錄，由于性能出色，至今仍在服役。20世紀(jì)80年代末研制了大型噴氣A-40水陸兩棲飛機(jī)，A-40擁有不亞于陸基飛機(jī)的氣動(dòng)特性，在水動(dòng)特性、飛行品質(zhì)、經(jīng)濟(jì)性等方面也非常優(yōu)越。后期又成功研制了Be-200多用途水陸兩棲飛機(jī)、Be-103輕型水陸兩棲飛機(jī)和“澳洲野狗”多用途輕型水陸兩棲飛機(jī)等，并出口到多國。其中Be-12和Be-200如圖12所示。

水上/水陸兩棲飛機(jī)技術(shù)隨飛行競(jìng)速和戰(zhàn)爭(zhēng)的需求不斷進(jìn)步，20世紀(jì)30～50年代是其發(fā)展的黃金時(shí)期，形成了浮筒式和船體式布局，對(duì)浮筒/船體設(shè)計(jì)以及水動(dòng)力學(xué)等方面的研究也趨于成熟，此時(shí)，水陸兩棲飛機(jī)基本保持和陸基飛機(jī)同等技術(shù)水平。隨著航空技術(shù)的發(fā)展，陸基飛機(jī)技術(shù)發(fā)展超過水陸兩棲飛機(jī)，逐漸取代了水陸兩棲飛機(jī)。但現(xiàn)代水陸兩棲飛機(jī)在傳統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上，通過創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用，提升了水陸兩棲飛機(jī)的性能和多功能特性。

圖12 Be-12和Be-200水陸兩棲飛機(jī)Fig.12 Amphibian aircraft of Be-12 and Be-200

1.3 現(xiàn)代水陸兩棲飛機(jī)的技術(shù)特征

20世紀(jì)50年代后，水陸兩棲飛機(jī)的新研機(jī)型較少，基本上延用傳統(tǒng)構(gòu)型，大中型水陸兩棲飛機(jī)普遍采用船身式，如US-2、CL-415，小型水陸兩棲飛機(jī)的構(gòu)型較為靈活，多采用雙浮筒式或船身式。而新型的水陸兩棲飛機(jī)在設(shè)計(jì)上打破了傳統(tǒng)布局型式，外形更加靚麗流暢，功能也更加多樣，飛行品質(zhì)得到了顯著提升。

美國ICON公司研制的ICON A5輕型水陸兩棲飛機(jī)[25]，專門為水上娛樂而設(shè)計(jì)，如圖13所示。ICON A5機(jī)體下方安裝有水鰭，水面停泊時(shí)可用于人員站踏娛樂；采用高強(qiáng)度碳纖維復(fù)合材料作為框架，機(jī)身輕盈易于操作，機(jī)翼可自動(dòng)折疊，方便運(yùn)輸和儲(chǔ)存；駕駛艙儀表設(shè)計(jì)與家用轎車極為相似，最大限度地降低了操縱難度；使用方便易得的無鉛汽油作為能源，該機(jī)安裝有整機(jī)安全降落傘，有效地保障了駕乘者和飛機(jī)本身的安全。

法國麗夏飛機(jī)公司研制的AKOYA輕型水陸雪三棲飛機(jī)[26]，同樣也是為了水上娛樂而設(shè)計(jì),如圖14所示。AKOYA機(jī)體下方安裝有水動(dòng)升力小翼，此項(xiàng)設(shè)計(jì)整合了雪橇式起落架和水翼，可在陸地、水面和雪面靈活起降。整機(jī)由碳纖維復(fù)合材料制造，輕盈且具備高度可操控性，可在200 m的距離內(nèi)起降。機(jī)翼采用可拼裝設(shè)計(jì)，折疊后可收入車庫或由游艇裝載。更為重要的是，良好的滑翔性能和整機(jī)安全降落傘可最大限度地保障駕乘者和飛機(jī)的安全。

圖13 ICON A5輕型水陸兩棲飛機(jī)[25]Fig.13 ICON A5 light amphibian aircraft[25]

圖14 AKOYA輕型水陸雪三棲飛機(jī)[26]Fig.14 AKOYA light amphibian ski aircraft[26]

美國航空設(shè)計(jì)師Burt Rutan憑借大膽新穎設(shè)計(jì)而聞名，SkiGull海鷗水陸兩棲飛機(jī)就是其杰作之一[27]，如圖15所示，該機(jī)最顯著特點(diǎn)就是擁有一對(duì)可滿足陸上和水面起降類似于雪橇的起降結(jié)構(gòu)，在陸上降落時(shí)，可通過彎曲變形緩沖著陸撞擊。水面起飛時(shí)，可完全放下當(dāng)作離水滑板。

圖15 SkiGull水陸兩棲飛機(jī)[27]Fig.15 SkiGull amphibian aircraft[27]

SeaStryder飛機(jī)是一種新型串列式機(jī)翼構(gòu)型水陸兩棲飛機(jī)，由加拿大Aquavion System Corp飛機(jī)公司研發(fā)制造[28],如圖16所示。其特點(diǎn)在于獲得專利的極速浮動(dòng)式機(jī)翼，機(jī)翼根部后緣可作為高速水上滑行面，相當(dāng)于船體機(jī)身的“斷階”，在離水升空時(shí)可轉(zhuǎn)動(dòng)，是脫離水面吸力起飛離水的一種新方式。此項(xiàng)技術(shù)可減小氣動(dòng)阻力，縮短起飛滑跑距離，改善燃油消耗經(jīng)濟(jì)性。

法國設(shè)計(jì)師Yelken Octuri提出了帆船飛艇的概念[29]，并基于此設(shè)計(jì)出了Sailing Aircraft，此種飛行器的外觀就像只巨大的蜻蜓，可在帆船和水上飛機(jī)兩種模式間自由切換，它的設(shè)計(jì)打破了傳統(tǒng)水上飛機(jī)的布局形式，不僅實(shí)現(xiàn)了多功能，而且設(shè)計(jì)更具美感，如圖17所示。

英國學(xué)者認(rèn)為三體船技術(shù)可提高水上飛機(jī)的穩(wěn)定性和抗浪能力，具有良好的適航特性[30-31]，基于此研究了具有收放式浮筒的水上飛船和翼身融合布局的水陸兩棲飛機(jī)，認(rèn)為性能遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有的水陸兩棲飛機(jī)。英國勇士公司的Centuar系列水上飛機(jī)就采用了三體船技術(shù)[32]，并對(duì)船體型式進(jìn)行了革新，提出了波浪船體的概念(圖18)。法國設(shè)計(jì)師Yelken Octuri設(shè)計(jì)的另一款游艇水上飛機(jī)(圖19)，也采用了三體船的概念。

圖16 SeaStryder 600型飛機(jī)滑水模式Fig.16 Hydroplaning mode of SeaStryder 600 aircraft

圖17 帆船飛艇[29]Fig.17 Sailboat-convertible seaplane[29]

圖18 Centuar水上飛機(jī)[32]Fig.18 Centuar seaplane[32]

圖19 游艇水上飛機(jī)Fig.19 Seaplane-convertible trimaran sailing yacht

水陸兩棲無人機(jī)也得到業(yè)界的關(guān)注，如Flyox I是西班牙Singular Aircraft公司研制了4年之久的一款水陸兩棲無人機(jī)，已完成海上飛行試驗(yàn)，有搜救、滅火、貨運(yùn)和農(nóng)用4種構(gòu)型[33]。2018年海南航空公司現(xiàn)代物流在南海區(qū)域完成首次大型水陸兩棲無人機(jī)U650海洋環(huán)境應(yīng)用試飛。U650機(jī)身由全碳纖維復(fù)材制成，具有長(zhǎng)航時(shí)、大載荷和水陸兩用3大特點(diǎn)。未來將應(yīng)用于船舶監(jiān)控、海洋災(zāi)害監(jiān)測(cè)、海上安全搜救、遠(yuǎn)海島礁物流運(yùn)送等多種任務(wù)[34]。

新型水陸兩棲飛機(jī)在滑水裝置、材料等方面進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新，提升了水面起降特性和減小了氣動(dòng)阻力，而更具特色的是其布局的創(chuàng)新，完全打破了傳統(tǒng)的布局形式，如帆船水上飛機(jī)和游艇水上飛機(jī)等，讓飛行者更能享受到海天變換的樂趣。而將現(xiàn)代航空的新技術(shù)用于水陸兩棲飛機(jī)也是新型水陸兩棲飛機(jī)的一個(gè)特點(diǎn)。

2 水陸兩棲飛機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)

在20世紀(jì)50年代前，水陸兩棲飛機(jī)基本保持和陸基飛機(jī)同等技術(shù)水平，之后的60年其發(fā)展勢(shì)頭卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于陸基飛機(jī)。俄羅斯、日本、加拿大等國家都在水陸兩棲飛機(jī)關(guān)鍵技術(shù)方面進(jìn)行了長(zhǎng)期的技術(shù)研究和積累，雖然也研制出了少量新的機(jī)型，但其所使用的關(guān)鍵技術(shù)基本還局限在20世紀(jì)50年代前，加之市場(chǎng)規(guī)模小，應(yīng)用范圍有限，從實(shí)際應(yīng)用中獲得的經(jīng)驗(yàn)無法支撐新技術(shù)突破，使得改進(jìn)和創(chuàng)新的成本增加，造成現(xiàn)代水陸兩棲飛機(jī)與先進(jìn)陸基飛機(jī)在技術(shù)、性能等各方面都存在較大差距。

水陸兩棲飛機(jī)主要在海洋、江河、湖泊環(huán)境中使用，在水上滑行、起降過程中，會(huì)受到風(fēng)力和海浪的影響，氣動(dòng)力和水動(dòng)力的聯(lián)合作用，總體設(shè)計(jì)中不僅要充分考慮氣動(dòng)布局與水動(dòng)布局，同時(shí)更注重兩者之間的匹配和協(xié)調(diào)性。增升減阻是保證水面短距起降能力和良好的低空低速飛行性能的關(guān)鍵，附面層控制技術(shù)和船體優(yōu)化技術(shù)已在US-2上應(yīng)用，取得90%的出勤率和浪高3 m海況下起降能力。海洋多維交互環(huán)境造成了飛機(jī)嚴(yán)重腐蝕損傷，新型復(fù)合材料的應(yīng)用為水陸兩棲飛機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)輕質(zhì)化、防腐起到至關(guān)重要的作用。以下從減阻增升的總體設(shè)計(jì)技術(shù)和氣-水動(dòng)布局技術(shù)、提升水面抗浪能力的高抗浪船體設(shè)計(jì)技術(shù)和附面層控制技術(shù)，以及腐蝕防護(hù)等方面闡述水陸兩棲飛機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 總體設(shè)計(jì)技術(shù)

20世紀(jì)50年代前，對(duì)水上飛機(jī)的研究主要集中在氣動(dòng)特性與水動(dòng)特性的研究上，隨著現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，也有學(xué)者開始關(guān)注水陸兩棲飛機(jī)的總體設(shè)計(jì)方法。英國學(xué)者提出了一種分離設(shè)計(jì)方法[13]，打破了傳統(tǒng)水上飛機(jī)先設(shè)計(jì)船體和浮筒，而后進(jìn)行飛機(jī)總體設(shè)計(jì)的流程。這種方法是先進(jìn)行飛機(jī)的設(shè)計(jì)，而后再設(shè)計(jì)船體和浮筒。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)計(jì)人員在不考慮船體設(shè)計(jì)參數(shù)下優(yōu)化飛機(jī)的氣動(dòng)特性，再根據(jù)飛機(jī)的不同布局進(jìn)行船體的適應(yīng)性優(yōu)化設(shè)計(jì)，這種方法更適合將陸機(jī)改為水陸兩棲飛機(jī)。并認(rèn)為應(yīng)用此方法可設(shè)計(jì)出復(fù)雜的先進(jìn)船體，設(shè)計(jì)的水陸兩棲飛機(jī)具有出色的靜水安定性、更高的抗浪特性，水動(dòng)特性和氣動(dòng)特性方面可與同等速度的船舶和飛機(jī)相比，獲得兩者的設(shè)計(jì)最優(yōu)化。

水面起降過程是集空氣動(dòng)力學(xué)、水動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)等多學(xué)科于一體的交融耦合過程，并且多變量相互耦合。設(shè)計(jì)人員嘗試將數(shù)值仿真和優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用于水陸兩棲飛機(jī)的氣/水動(dòng)一體化多學(xué)科設(shè)計(jì)。國外有學(xué)者對(duì)常規(guī)布局和非常規(guī)布局的鴨翼、串列翼、盒式翼的水陸兩棲飛機(jī)進(jìn)行了氣動(dòng)、水動(dòng)和結(jié)構(gòu)一體化優(yōu)化，不僅可減輕結(jié)構(gòu)重量，而且提高了氣動(dòng)效率，更為適應(yīng)水上環(huán)境[35]。

2.2 氣-水動(dòng)布局技術(shù)

水陸兩棲飛機(jī)布局設(shè)計(jì)不僅要滿足氣動(dòng)特性，更要滿足水動(dòng)特性。水動(dòng)力特性是反應(yīng)飛機(jī)水面起飛和降落過程中的水動(dòng)阻力、縱傾角、升程等運(yùn)動(dòng)參數(shù)隨速度變化的規(guī)律，這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)與飛機(jī)的氣動(dòng)特性共同決定水面起降過程中的水動(dòng)力特性。水陸兩棲飛機(jī)經(jīng)過百年的發(fā)展，形成船身式帶翼下浮筒和浮筒式懸臂式上單翼結(jié)構(gòu)的常規(guī)布局。20世紀(jì)50年代前，眾多學(xué)者對(duì)這兩種布局開展了大量研究，同時(shí)兼顧水動(dòng)力特性和氣動(dòng)特性，增大了設(shè)計(jì)的難度[36]。為了提升船體/浮筒的水動(dòng)特性和氣動(dòng)特性，提出了采用收放式斷階替代浮筒底部的固定式斷階[37]。在起飛前后調(diào)整收放式斷階的深度可有效提升飛行特性。水陸兩棲飛機(jī)在平靜水面起飛時(shí)只需要配平，而在風(fēng)浪較大的水面起飛時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的噴濺，使得起飛特性降低，Mottard通過船身式水上飛機(jī)試驗(yàn)研究影響飛機(jī)水面起飛的阻力因素，發(fā)現(xiàn)最大起飛阻力發(fā)生在起飛速度達(dá)到70%左右[38]。有學(xué)者針對(duì)水翼和水橇做了更多的試驗(yàn)和研究，如1951年，美國海軍研制的超聲速水陸兩棲飛機(jī)“水標(biāo)槍”上使用了可伸縮水橇，其試飛員Long發(fā)現(xiàn)通過改變水橇的形狀，可獲得良好的水面穩(wěn)定性和控制特性[23]。Fisher和Hoffman用一架有伸縮水橇的飛機(jī)研究從平靜水面到大風(fēng)浪海面的起降特性[39]。1988年德國道尼爾公司將他們研制的可收放式菱形水翼申請(qǐng)了專利。

而現(xiàn)代學(xué)者認(rèn)為，采用傳統(tǒng)布局和技術(shù)已經(jīng)無法滿足人們對(duì)水陸兩棲飛機(jī)的要求，現(xiàn)代飛機(jī)面臨的最大問題是缺少高效而又經(jīng)濟(jì)的船體/浮筒，需要更為新型的布局和技術(shù)。英國研究者基于對(duì)市場(chǎng)和技術(shù)的研究，提出水陸兩棲飛機(jī)的研制應(yīng)在制造、法規(guī)和認(rèn)證上滿足時(shí)間、成本的需求。他們通過對(duì)多種設(shè)計(jì)方案的研究后提出了三體船式水陸兩棲飛機(jī)方案，可顯著提升水上飛機(jī)的穩(wěn)定性和抗浪能力，可收放式的浮筒減少了飛行時(shí)的氣動(dòng)阻力[30]。英國勇士公司研制的centuar系列水上飛機(jī)就采用了三體船技術(shù)[32]。還有學(xué)者提出鰭式翼身融合布局的水陸兩棲飛機(jī)與帆船和水上飛機(jī)自由切換的帆船飛艇的概念[29]。

2.3 高抗浪船體設(shè)計(jì)技術(shù)

對(duì)船體和浮筒的研究從水上飛機(jī)被制造之前就開始了，如亨利·法布爾通過對(duì)浸入水中的翼面和浮筒進(jìn)行的理論研究，制造了第1架浮筒式水上飛機(jī)[14]，亨利·法布爾獲得專利的浮筒采用平底和彎曲的上表面。格倫·柯蒂斯將機(jī)身浮筒改為船身式，并研制出了世界上第1架船身式水上飛機(jī)[15]。船體和浮筒的設(shè)計(jì)參數(shù)選擇影響氣動(dòng)和水動(dòng)特性，如船體寬度、抑波槽、側(cè)緣角、舭線、斷階、后緣角、長(zhǎng)細(xì)比等[13]，通過對(duì)這些參數(shù)相互關(guān)系的研究，改善和提高飛機(jī)的穩(wěn)定性和操縱性。

為了贏得施耐德杯水上飛機(jī)競(jìng)速賽，提高飛行速度，機(jī)身變得更加修長(zhǎng)，機(jī)身長(zhǎng)寬比影響飛機(jī)的氣動(dòng)特性，大長(zhǎng)寬比船體，即纖細(xì)的船體可減少阻力和結(jié)構(gòu)重量[40]。浮筒從無斷階過渡到了有斷階，斷階將船體分為前船體和后船體，水上飛機(jī)滑水階段水動(dòng)力特性取決于斷階相對(duì)飛機(jī)重心的位置及其形式參數(shù)，斷階縱向位置一般在飛機(jī)的重心后[41]。通過水動(dòng)力試驗(yàn)，人們發(fā)現(xiàn)斷階的形式、斷階高度、斷階相對(duì)飛機(jī)重心位置和階前滑行面的參數(shù)對(duì)起飛滑行起主要作用。

船體的底部形狀影響起飛和適海性，Canamar對(duì)多種不同船體底部形狀(圖20)和不同海況下的起飛特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究[42]，認(rèn)為雙凹面的底部形狀是較為理想的，它可使噴濺水流改向，避免對(duì)機(jī)翼和發(fā)動(dòng)機(jī)的沖擊,而綜合特性最好的則是扇貝形底部，隨著速度增加，水阻力減小，并建議將船體的前部設(shè)計(jì)成雙扇貝形，后部設(shè)計(jì)成雙凹面形。

圖20 各種船底形狀[42]Fig.20 Various types of boat hull bottoms[42]

船體設(shè)計(jì)是保證水上飛機(jī)具有靜水力特性和水動(dòng)力特性的關(guān)鍵，水上飛機(jī)的船體阻力、噴濺、縱向運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、耐波性能使其在靜水面和波浪水面中具有良好的耐波性和高抗風(fēng)浪能力。雖然國內(nèi)外的學(xué)者和業(yè)界在船體的高抗浪性設(shè)計(jì)方面開展了大量的理論和試驗(yàn)研究，但至今未取得突破性進(jìn)展。AG600在研制中對(duì)船體水動(dòng)布局及總體外形參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，如船體斷階形狀，后緣角、前體扭曲、斜升角、舭彎及防濺條等，提高了船體水動(dòng)性能，其中包括提高起降抗浪高度，減小滑行阻力和噴濺，提高滑水穩(wěn)定性，降低著水撞擊載荷等的技術(shù)措施；采用靜態(tài)及動(dòng)態(tài)水動(dòng)力特性理論和數(shù)字仿真分析技術(shù)、水動(dòng)力模型水池試驗(yàn)等，完成了AG600飛機(jī)船體的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.4 附面層控制技術(shù)

水陸兩棲飛機(jī)水面起降速度的降低會(huì)大幅度降低臨界阻力，提高起降性能，另外，水面高速起降和長(zhǎng)距離滑行會(huì)嚴(yán)重降低水陸兩棲飛機(jī)的安全性——超過90%的水上事故發(fā)生在起降階段。優(yōu)良的性能反映在飛機(jī)的抗浪能力上，如果水陸兩棲飛機(jī)具有3 m抗浪能力，出勤率將提高到90%以上，能進(jìn)一步擴(kuò)大適用海域范圍，滿足在惡劣海況條件下執(zhí)行任務(wù)的需求。提高水陸兩棲飛機(jī)的抗浪能力，僅靠常規(guī)的增升裝置，難以滿足高抗浪水陸兩棲飛機(jī)對(duì)較高升力系數(shù)的需求。20世紀(jì)50年代，隨著飛機(jī)增升技術(shù)的發(fā)展，附面層控制技術(shù)被應(yīng)用于水上飛機(jī)，從而減輕了水動(dòng)載荷，改善了水動(dòng)特性。

20世紀(jì)50年代中期洛克希德·馬丁公司研制了“馬林魚”的4發(fā)型——P5M-3水上飛機(jī)，增加了一臺(tái)用于附面層控制系統(tǒng)的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，縮短了起飛距離[43]。日本在20世紀(jì)60年代研制的反潛水上飛機(jī)PS-1上采用了附面層技術(shù)和防噴濺技術(shù)，機(jī)翼采用噴氣襟翼技術(shù)，加上全翼展，機(jī)翼基本處于螺槳滑流之中(圖21[8])，使飛機(jī)具備了極好的短距起落性能，有利于飛機(jī)作“蜻蜓點(diǎn)水”式的不斷起降作業(yè)。為了防止操縱面結(jié)冰引起失控和改善低速操縱響應(yīng)，不僅在垂尾、平尾設(shè)計(jì)了加熱除冰系統(tǒng)，水平尾翼還加裝了縫翼。在PS-1基礎(chǔ)上改進(jìn)發(fā)展的US-1A、US-2突破了高抗浪性、低速飛行時(shí)的良好操縱性和地面起降下的滑行穩(wěn)定性等一系列關(guān)鍵技術(shù)，可在五級(jí)海況、浪高3 m的情況下在海面安全起降，這使得US-2飛機(jī)出勤率達(dá)95%，抗浪性能處于世界領(lǐng)先水平，是日本航空工業(yè)的得意之作。成為目前唯一使用附面層控制技術(shù)的水陸兩棲飛機(jī)[16]。

圖21 PS-1飛機(jī)附面層控制[8]Fig.21 Boundary layer control used by PS-1 aircraft[8]

國內(nèi)研究者也開展了大型水陸兩棲飛機(jī)吹氣式襟翼的初步研究與探索，經(jīng)過理論分析：吹氣式襟翼可將水上起降速度下降約30%，抗浪特性可達(dá)到3 m[44]。根據(jù)國內(nèi)外公開資料顯示，附面層控制技術(shù)也是軍用運(yùn)輸機(jī)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，美軍C-17軍用運(yùn)輸機(jī)采用吹氣式襟翼后，在裝載12 t 貨物后還能以160 km/h的速度降落在一條600 m的土質(zhì)粗糙跑道上。國內(nèi)學(xué)者對(duì)大型軍用運(yùn)輸機(jī)的吹氣式襟翼進(jìn)行了初步探討[45]，而實(shí)際的應(yīng)用還有待進(jìn)一步開展。

2.5 起落架布局設(shè)計(jì)技術(shù)

水陸兩棲飛機(jī)的起落架設(shè)計(jì)與陸基飛機(jī)有很大的差異，由于其機(jī)身底部為船體外形，設(shè)有水密艙，為保證密封和水動(dòng)力要求，主起落架不能像運(yùn)輸機(jī)一樣收于機(jī)身底部，只能收于機(jī)身兩側(cè)，收放機(jī)構(gòu)復(fù)雜，前起落架收于駕駛艙下的前起落架艙內(nèi)。常規(guī)布局的水陸兩棲飛機(jī)一般采用上單翼布局形式，主起落架也不宜收于機(jī)翼內(nèi)，由于起落架支柱過長(zhǎng)將導(dǎo)致重量增加。

水陸兩棲飛機(jī)起落架布局一般有3種形式[9]：① 翼根布局形式，如俄羅斯的A-40、Be-200，這種布局形式可獲得較大的主輪距，起落架離水面距離較遠(yuǎn)，防水簡(jiǎn)單，對(duì)機(jī)身結(jié)構(gòu)無影響，但需要在翼根或發(fā)動(dòng)機(jī)艙后部增加起落架艙，對(duì)翼根部位的氣動(dòng)特性影響較大;② 機(jī)身布局形式，如日本的US-1，這種方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需起落架空間較小，但受限于機(jī)身的寬度，其主輪距較小，而機(jī)身兩側(cè)的起落架鼓包對(duì)氣動(dòng)和水動(dòng)特性產(chǎn)生負(fù)面影響;③ 外伸式布局形式，如CL-215，這種方案無需增加起落架艙和鼓包，可實(shí)現(xiàn)較大主輪距，但其收放機(jī)構(gòu)復(fù)雜，也不便于主起落架的并列雙輪布置。

AG600的大長(zhǎng)寬比使機(jī)身窄而高，布置在機(jī)身兩側(cè)的起落架的支柱高并懸臂外伸，是國內(nèi)最高的單支柱起落架。AG600懸臂外伸式高單支柱起落架布局雖然能有效減輕重量，但對(duì)氣動(dòng)外形、全機(jī)重量分配、適航主輪距要求和收放運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)提出了高要求。在設(shè)計(jì)過程中，采用三維建模及運(yùn)動(dòng)仿真，參照全機(jī)氣動(dòng)力計(jì)算和水動(dòng)力試驗(yàn)等數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化起落架收放機(jī)構(gòu)形式及收放路徑，滿足了滑行穩(wěn)定性要求，并開展了起落架與機(jī)體結(jié)構(gòu)連接優(yōu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)表面防護(hù)設(shè)計(jì)等。通過原理樣機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證，表明這樣的布局與收放系統(tǒng)是安全可靠的。

2.6 新材料與腐蝕防護(hù)技術(shù)

現(xiàn)代民用客機(jī)復(fù)合材料的使用率達(dá)到了20%以上，波音787復(fù)合材料使用率為50%，空客A380的使用率為22%，A350更是達(dá)到了52%。有學(xué)者認(rèn)為，新型復(fù)合材料的應(yīng)用可徹底解決飛機(jī)機(jī)體腐蝕問題。而水陸兩棲飛機(jī)的復(fù)合材料使用率尚未達(dá)到5%。

近年來，俄羅斯在新型復(fù)合材料制造和研發(fā)方面取得重大突破并將其應(yīng)用于水陸兩棲飛機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)了以最佳結(jié)構(gòu)效率與機(jī)體防腐為目標(biāo)的高新技術(shù)。如Be-40，在機(jī)體結(jié)構(gòu)件和機(jī)載設(shè)備上采用聚合物復(fù)合材料，Be-103、Be-200也在其升降舵、方向舵、副翼、機(jī)翼后緣等部位采用復(fù)合材料。AG600的副翼、升降舵和方向舵以及整流罩類結(jié)構(gòu)件等采用了復(fù)合材料，使用率約為5%。

復(fù)合材料在小型水上飛機(jī)上的應(yīng)用獲得巨大成功，全復(fù)合材料的小型水上飛機(jī)比比皆是，如德國道尼爾公司研制的“海星”水陸兩棲飛機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)全部由復(fù)合材料構(gòu)成，并以“On Condition”視情維修為理念，加上良好的燃油效率，在每海里運(yùn)營成本和每客運(yùn)里程成本方面都是同類飛機(jī)中最經(jīng)濟(jì)的。同時(shí)，“海星”飛機(jī)也是同類飛機(jī)中唯一一款具有全防腐蝕、機(jī)身高損傷容限性能的飛機(jī)[46]。此外，還有英國勇士公司研制的centuar系列全復(fù)合材料水上飛機(jī)。

3 水陸兩棲飛機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和前景

水陸兩棲飛機(jī)從出現(xiàn)后一直應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域，在戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，除用于執(zhí)行海上偵查、護(hù)航、轟炸、反潛等作戰(zhàn)任務(wù)外，還可擔(dān)負(fù)物資運(yùn)輸、水上救護(hù)等后勤保障任務(wù)，在民用領(lǐng)域，由于缺乏陸地機(jī)場(chǎng)，美國和歐洲的航空公司廣泛采用了大型水上飛機(jī)執(zhí)飛通往南美洲、亞洲和北非地區(qū)的航線。第二次世界大戰(zhàn)后很多軍用水上飛機(jī)被改裝為民用，主要用于森林滅火、海上搜救、島礁運(yùn)輸。

隨著航空技術(shù)和海洋發(fā)展，學(xué)者們一直在探討水上飛機(jī)的現(xiàn)代軍事和民用價(jià)值，歐洲國家針對(duì)水上飛機(jī)的發(fā)展開展了“FUSETRA”課題研究，開展了全球范圍內(nèi)的在線討論，分析現(xiàn)有水上飛機(jī)的優(yōu)勢(shì)和弱點(diǎn)，以確定滿足未來需求的水上飛機(jī)的技術(shù)要求[47-48]。澳洲水陸航空航天集團(tuán)(AAG) 調(diào)查了各種現(xiàn)有的通用飛機(jī)和水陸兩棲飛機(jī)，發(fā)現(xiàn)只有水陸兩棲飛機(jī)能夠滿足巡邏、搜索和救援、探測(cè)和攔截、客貨運(yùn)和公用事業(yè)等多項(xiàng)功能，計(jì)劃將升級(jí)全新的渦槳版信天翁[49]。

3.1 民事應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展

3.1.1 水上運(yùn)輸服務(wù)

盡管大型水上飛機(jī)已失去了服務(wù)于航空公司的黃金歲月，但其仍然在航空生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)著一個(gè)小眾而又重要的細(xì)分市場(chǎng)。美國和加拿大兩國的私人擁有者和運(yùn)營商將數(shù)以千計(jì)的水上飛機(jī)用于休閑娛樂，而阿拉斯加沿海和島嶼居民的交通運(yùn)輸則更多地依賴水上飛機(jī)的客/貨運(yùn)服務(wù)。目前，美國、英國、加拿大等國的一些小型公司利用水上飛機(jī)開展海島、漁業(yè)區(qū)、人員暫住地等區(qū)域飛行業(yè)務(wù)，如蘇格蘭的Loch Lomond水上飛機(jī)公司運(yùn)營著蘇格蘭幾乎所有的水上飛機(jī)，具有英國民航局頒發(fā)的B類運(yùn)營執(zhí)照，可經(jīng)營客運(yùn)、貨運(yùn)和郵遞業(yè)務(wù)[50]。

傳統(tǒng)的通勤服務(wù)是提供小機(jī)場(chǎng)到中心城市，或小機(jī)場(chǎng)之間的點(diǎn)到點(diǎn)服務(wù)。但水上飛機(jī)的通勤服務(wù)重點(diǎn)是從附近的陸上機(jī)場(chǎng)到海上機(jī)場(chǎng)的往返飛行、兩水域之間的飛行、從機(jī)場(chǎng)到海上旅游勝地的往返飛行，如馬爾代夫航空出租公司和馬爾代夫航空運(yùn)輸公司提供從Male國際機(jī)場(chǎng)到40多個(gè)無機(jī)場(chǎng)海島的飛行業(yè)務(wù)，飛行時(shí)間可根據(jù)國際航班到達(dá)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，馬爾代夫航空出租公司運(yùn)營24架雙水獺，提供每天150班次飛行；馬爾代夫航空運(yùn)輸公司運(yùn)營25架雙水獺，除提供觀光、短途通勤飛行外，還提供VIP客艙的特殊飛行[51]。

歐洲的學(xué)者針對(duì)歐洲航空運(yùn)輸系統(tǒng)中水陸兩棲飛機(jī)的需求開展了調(diào)研和分析，并提出了可和現(xiàn)有運(yùn)輸系統(tǒng)對(duì)接的水陸兩棲飛機(jī)的設(shè)計(jì)方案[52]。俄羅斯的學(xué)者提出水陸兩棲飛機(jī)將仍然保持其客/貨運(yùn)輸?shù)闹饕δ躘53]。

海島補(bǔ)給主要靠艦船進(jìn)行，不但周期長(zhǎng)，而且極易受海況影響。水上機(jī)場(chǎng)、停泊區(qū)或站點(diǎn)的建設(shè)成本低，水陸兩棲飛機(jī)只需簡(jiǎn)易水上機(jī)場(chǎng)便可完成起降，前往難以抵達(dá)的內(nèi)陸和沿海地區(qū)，依靠其強(qiáng)大的運(yùn)輸能力，執(zhí)行一次任務(wù)可為多個(gè)臨近海島進(jìn)行補(bǔ)給，速度更快，效率更高，是向小型或偏遠(yuǎn)海島輸送人員和物資的理想交通工具。水陸兩棲飛機(jī)還可為海島駐守人員輪換，傷員緊急救護(hù)帶來方便?？芍^(qū)域航空網(wǎng)絡(luò)的搭建，成為支線或通勤航空的有效補(bǔ)充。

3.1.2 海島旅游與娛樂

水上飛機(jī)是旅游觀光的理想機(jī)型，便利性和可達(dá)性獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，能提供新奇的出行體驗(yàn)。如在沿海、內(nèi)河、湖泊的度假勝地，可憑借其優(yōu)越的低空低速性能，可以讓游客更為近距、親切地體驗(yàn)掠水飛行的新奇感受。水上飛機(jī)還可以從劃水模式轉(zhuǎn)換到高飛模式，使游客可以更愜意地從空中觀賞景區(qū)的美景，如加拿大的HAV公司擁有50架水上飛機(jī)，每年4～10月運(yùn)營溫哥華海灣的8個(gè)旅游目的地；Kenmore航空公司提供美國和加拿大西北部海灣及島嶼的飛行業(yè)務(wù)，除正常的航班飛行外，還和國際酒店集團(tuán)合作提供100多個(gè)旅游目的地的包租飛行服務(wù)[54]。

加拿大溫哥華的水上飛機(jī)較發(fā)達(dá)，大溫地區(qū)、維多利亞有很多家水上飛機(jī)航空公司，該區(qū)域不僅具有溫哥華、維多利亞和美國西雅圖3個(gè)重要的城市作為水上飛機(jī)的樞紐點(diǎn)，而且附近諸多風(fēng)光秀麗的島嶼也成為水上飛機(jī)的棲息地，這種獨(dú)特的地理位置構(gòu)建了這個(gè)產(chǎn)業(yè)的繁榮。

在中國，島際通航旅游在海南發(fā)展已初具規(guī)模，海南三亞已提出建設(shè)“國際水上飛機(jī)中心”的戰(zhàn)略構(gòu)想，意欲將航空功能、旅游功能與旅游產(chǎn)業(yè)完美結(jié)合。海南從事島際通航旅游的企業(yè)主要有三亞亞龍通用航空有限公司、美亞旅游航空有限公司、西林鳳騰通用航空有限公司等。亞龍通用航空有限公司推出海棠灣海岸線觀光、三亞灣海岸線觀光、博鰲亞洲灣海岸線觀光等旅游線路。美亞旅游航空有限公司是國內(nèi)第1家經(jīng)中國民航局認(rèn)證以水陸兩棲飛機(jī)為主力機(jī)型的運(yùn)營商，運(yùn)營水上飛機(jī)短途非定期載客運(yùn)輸，將三亞、博鰲、海口、儋州以及西沙水上飛機(jī)中心聯(lián)通起來，擁有三亞市區(qū)低空游、三亞至萬寧沿海低空游和西沙群島、三亞至博鰲等航線。未來將會(huì)開辟更多航線，包括島外航線如香港、澳門、珠海、湛江和北海等。西林鳳騰通航直升機(jī)航線基本囊括了三亞的主要景點(diǎn)，重點(diǎn)包括蜈支洲島、海棠灣等。今后將陸續(xù)開放三亞灣各海島乃至海南所有景點(diǎn)。

隨著第三產(chǎn)業(yè)在我國國民生產(chǎn)總值中的比重不斷上升，旅游業(yè)正越來越受到國家及各地區(qū)的重視，正步入快速發(fā)展階段。在生態(tài)旅游業(yè)中，水上飛機(jī)的作用正日益凸顯。水上飛機(jī)對(duì)環(huán)境的影響較低，能夠到達(dá)其他交通手段一般難以到達(dá)的原始野外湖泊地帶、沿海地區(qū)、島嶼和島礁。水陸兩棲飛機(jī)不但繼承了水上飛機(jī)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，而且獨(dú)具水陸起降特性，可以有效提升現(xiàn)有陸上和水上旅游資源的觀光品質(zhì)，成為生態(tài)旅游業(yè)的重要交通工具。

3.1.3 森林滅火

森林滅火是大型水陸兩棲飛機(jī)最大的應(yīng)用市場(chǎng)，主要機(jī)型有加拿大的CL-215、CL-415，俄羅斯的BE-200及中國正在研制的AG600。

水陸兩棲飛機(jī)在加拿大深受歡迎并得到廣泛采用。在加拿大，距離森林火災(zāi)多發(fā)地附近就有方便利用的大型水源，政府實(shí)行空中滅火資產(chǎn)共享，長(zhǎng)期以來AT802、CL-215、CL-415等固定翼滅火飛機(jī)得到了廣泛使用，這些因素使得加拿大成為對(duì)于水陸兩棲飛機(jī)而言頗具吸引力的市場(chǎng)。

AG600水陸兩棲飛機(jī)也同樣是專門為森林滅火而研制的，滅火時(shí)可攜帶12 t水，與Be-200相當(dāng)。相對(duì)于其他滅火工具，水陸兩棲飛機(jī)用于滅火具有速度快、航程遠(yuǎn)、載水量大、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、滅火效率高、覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，這些對(duì)于強(qiáng)調(diào)“打早、打小、打了”的森林滅火而言，具有重大意義。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，水陸兩棲飛機(jī)可從火場(chǎng)附近的河流、湖泊、水庫等水域汲水，或直接攜帶水及阻燃劑奔赴火場(chǎng)，有效配合地面消防力量控制火情，阻止火勢(shì)蔓延，可將因火災(zāi)造成的損失降到最低[55]。美國政府部門還常將水上飛機(jī)用于野生動(dòng)物調(diào)查和國家公園等偏遠(yuǎn)地區(qū)監(jiān)控等用途。因此，大力發(fā)展大型水陸兩棲飛機(jī)，對(duì)于生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重大意義。

3.1.4 海上搜救

隨著經(jīng)濟(jì)全球化快速發(fā)展，中國對(duì)外開放水平的不斷提高，海上作業(yè)、海洋資源開采、遠(yuǎn)洋貿(mào)易等海洋活動(dòng)變得越來越頻繁，隨之而來的是海上事故的不斷增多。在我國，海上救援每年不少于上千次，人員一旦落水，生命變得極其脆弱，對(duì)于遇險(xiǎn)者而言，時(shí)間就是生命。高效快速的海上搜索、救援已成為保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重要措施。

海上搜救由于受到設(shè)備和資金的限制，目前一般運(yùn)用救援船舶和直升機(jī)。然而救援船舶由于航行速度慢、觀察距離有限等固有短板，在海上搜救上的行為能力顯得十分有限。而直升機(jī)救援無論是在航程上、載重上、救援方式上，都嚴(yán)重限制了其在海上搜救上所能發(fā)揮的效能。同時(shí)，這兩種救援方式受天氣情況影響較大，很難及時(shí)到達(dá)救援現(xiàn)場(chǎng)，錯(cuò)過最佳救援時(shí)機(jī)。水陸兩棲飛機(jī)速度快、航程遠(yuǎn)、載重量大、觀察范圍廣、具備水陸起降特性，在多數(shù)情況下，在發(fā)現(xiàn)遇險(xiǎn)人員后可直接降落在附近海域并實(shí)施救援，之后將遇險(xiǎn)人員快速送往陸上醫(yī)院，這些對(duì)于分秒必爭(zhēng)的海上搜救而言顯得十分重要，水陸兩棲飛機(jī)為實(shí)現(xiàn)中遠(yuǎn)?？焖倬仍峁┝烁涌旖萦行У男率侄?，與現(xiàn)有的救援船舶、直升機(jī)組成聯(lián)合救援體系，將會(huì)形成一個(gè)立體、多層次的海上高效的救援力量[56]。

3.2 軍事應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展

3.2.1 各國軍事應(yīng)用情況

水上飛機(jī)最早執(zhí)行海上搜救任務(wù)的案例是1911年“空海營救”事件，一架柯蒂斯水上飛機(jī)救起一名迫降在密執(zhí)安湖上的飛行員。在1922年，水上飛機(jī)還是海軍唯一可在海上起降的飛機(jī)。越南戰(zhàn)爭(zhēng)，水上飛機(jī)是美國海岸警衛(wèi)隊(duì)執(zhí)行海上救援的主力機(jī)型，直至海岸警衛(wèi)隊(duì)的軍事搜救任務(wù)基本轉(zhuǎn)變?yōu)榉擒娛氯蝿?wù)后，直升機(jī)逐漸取代了水陸兩棲飛機(jī)的救援功能。直到1970年，Martin Seamaster和Martin P5M Marlin退役，美國海軍才沒有了服役的水上飛機(jī)[24]。第二次世界大戰(zhàn)后，俄羅斯一直沒有停止對(duì)水上飛機(jī)的研發(fā)，分別于1948年研制了用于遠(yuǎn)程反潛的雙發(fā)水上飛機(jī)Be-6和多用途水陸兩棲飛機(jī)Be-8，1956年又研制了噴氣后掠翼水上飛機(jī)Be-10，1960年，研制了雙發(fā)噴氣水陸兩棲反潛飛機(jī)Be-12，該機(jī)創(chuàng)造42項(xiàng)世界紀(jì)錄，由于性能出色，至今仍然在俄羅斯海軍的各艦隊(duì)服役。20世紀(jì)80年代末研制成功的A-40“信天翁”水陸兩棲飛機(jī)是目前世界上最先進(jìn)的大型噴氣式水陸兩棲飛機(jī)，創(chuàng)下了14項(xiàng)世界同級(jí)水上飛機(jī)的紀(jì)錄，其最大飛行速度已接近同類陸上飛機(jī)的水平，用于反潛、搜索和救援。20世紀(jì)90年代又先后研制成功了Be-200多用途水陸兩棲飛機(jī)、Be-103輕型水陸兩棲飛機(jī)和“澳洲野狗”(Dingo)多用途輕型水陸兩棲飛機(jī)[5]。

日本早在1967年自行研制了PS-1水上飛機(jī)，裝備海上自衛(wèi)隊(duì)。在PS-1水上飛機(jī)的基礎(chǔ)上，增加了加拿大的海上救生設(shè)備，形成US-1A水陸兩用救護(hù)機(jī),主要用于海上搜救。2005年，應(yīng)海上自衛(wèi)隊(duì)的要求，對(duì)US-1A進(jìn)行全面升級(jí)，形成US-2飛機(jī)。US-2飛機(jī)不但能夠執(zhí)行海上巡邏和反潛等各種作戰(zhàn)任務(wù)，而且能夠執(zhí)行搜救任務(wù)[8]。據(jù)媒體報(bào)道，印度將與日本共同合資生產(chǎn)US-2型水陸兩棲飛機(jī)。

加拿大也是世界上水上飛機(jī)發(fā)展較快的國家，龐巴迪公司先后研制成功了CL-215型水陸兩棲滅火飛機(jī)、CL-415型多用途水陸兩棲飛機(jī)等，銷往克羅地亞、法國、希臘、意大利等國家和地區(qū)，有滅火型、海洋巡邏型、搜索和救援型以及運(yùn)輸型等。

3.2.2 海上作戰(zhàn)理念的變化

第二次世界大戰(zhàn)期間，水上飛機(jī)發(fā)展達(dá)到巔峰，美國、英國、德國、日本和意大利都用軍用水上飛機(jī)，除了擔(dān)負(fù)巡邏、護(hù)航、反潛、轟炸與射擊外，也擔(dān)任對(duì)其他海上目標(biāo)的魚雷攻擊、或?qū)ζ渌巷w機(jī)進(jìn)行空戰(zhàn)等。戰(zhàn)后水上飛機(jī)數(shù)量減少，發(fā)展速度放慢，但是由于具有獨(dú)立在水上的活動(dòng)能力、較大的裝載量以及良好的水上性能，在戰(zhàn)術(shù)使用上還具有獨(dú)特的優(yōu)越性，如：在遠(yuǎn)海水域布雷，對(duì)敵艦艇、潛艇進(jìn)行偵察和攻擊，運(yùn)輸物資、部隊(duì)和技術(shù)裝備到敵岸登陸，破壞敵方海上交通線，掩護(hù)己方海上艦艇，執(zhí)行巡邏任務(wù)，充當(dāng)加油站等。一些國家也在探討水上飛機(jī)在現(xiàn)代新型戰(zhàn)爭(zhēng)中的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用。

近年來，美國的一些軍事學(xué)者也在討論水上飛機(jī)重回先進(jìn)武器系統(tǒng)和遠(yuǎn)海救援功能的作用，也認(rèn)識(shí)到目前的救援裝備在中遠(yuǎn)海救援中的弊端，并從多年救援?dāng)?shù)據(jù)中分析認(rèn)為，水陸兩棲飛機(jī)的遠(yuǎn)海救援能力是無法替代的[57]。海軍科研部門通過研究越南戰(zhàn)爭(zhēng)中海上戰(zhàn)場(chǎng)救援的效能，提出了戰(zhàn)場(chǎng)救援的獨(dú)特因素，并給出了完成此項(xiàng)任務(wù)的新方法。美國和歐洲一些國家也在探討水上飛機(jī)在現(xiàn)代新型戰(zhàn)爭(zhēng)中的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用。

美國的學(xué)者認(rèn)為未來的戰(zhàn)爭(zhēng)理念是需要輕型、快速部署、機(jī)動(dòng)靈活的力量，美國海軍提出了海上平臺(tái)的概念，海上平臺(tái)相當(dāng)于海上浮動(dòng)基地，從這個(gè)平臺(tái)上快速規(guī)劃、部署遠(yuǎn)征力量，同時(shí)也是后勤基地，供給重要物資和設(shè)備。雖然現(xiàn)有的陸上飛機(jī)可以完成監(jiān)視、巡邏、空中加油、攻擊艦艇、以及反潛等任務(wù)，但卻不能與海上平臺(tái)集成，水上飛機(jī)被認(rèn)為是集成海上平臺(tái)的較好選擇。文獻(xiàn)[12]顯示，隸屬于海軍水面武器中心的船舶設(shè)計(jì)創(chuàng)新中心接受了海軍的研究課題，研究水上飛機(jī)在支持近海平臺(tái)中的作用，并提出新型水上飛機(jī)的技術(shù)指標(biāo)。

國外相關(guān)研究者預(yù)測(cè)隨著未來戰(zhàn)爭(zhēng)的戰(zhàn)術(shù)轉(zhuǎn)變，水陸兩棲飛機(jī)有非常大的增長(zhǎng)潛力，水陸兩棲飛機(jī)借助其水陸起降的能力必將在現(xiàn)代海上戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮重大作用，而將最新技術(shù)應(yīng)用于水陸兩棲飛機(jī)，將會(huì)使得其市場(chǎng)繁榮[53]。

3.3 應(yīng)用前景

國外相關(guān)機(jī)構(gòu)在2017年對(duì)全球水陸兩棲飛機(jī)市場(chǎng)分析報(bào)告中稱，亞太地區(qū)是水陸兩棲飛機(jī)投資的最大市場(chǎng)，包括中國、印度、馬來西亞、新加坡在內(nèi)的國家正在制造或購買水陸兩棲飛機(jī)用于商用或軍用，印度欲從日本購買US-2飛機(jī)，意在利用水陸兩用飛機(jī)的優(yōu)勢(shì)在印度洋或者以外的區(qū)域?qū)嵤┭策?。此外，亞太區(qū)域的海上旅游和商業(yè)運(yùn)營的需求增大了機(jī)隊(duì)數(shù)量。國外市場(chǎng)分析者認(rèn)為，水陸兩棲飛機(jī)的細(xì)分市場(chǎng)用戶主要是商用、海軍和海岸警衛(wèi)隊(duì)，應(yīng)用的領(lǐng)域集中在旅游、運(yùn)輸、巡邏、搜救、滅火。其中巡邏和搜救是最大的市場(chǎng)，旅游可能是發(fā)展最快的市場(chǎng)。從區(qū)域上，最大的市場(chǎng)可能在北美，亞太可能是發(fā)展最快的市場(chǎng)。

今天，全球水上飛機(jī)總數(shù)量估計(jì)達(dá)到了萬架以上，其中大部分是最大起飛重量在2.5 t以下的輕型水上飛機(jī)，較大型的水上飛機(jī)只占據(jù)了較小的比重。水上飛機(jī)的市場(chǎng)空間，不像陸上飛機(jī)在全球市場(chǎng)上的需求與供應(yīng)幾乎達(dá)到平衡，水上飛機(jī)市場(chǎng)有待開發(fā)。過去的幾十年間，除了俄羅斯以外，僅有加拿大、日本與中國3個(gè)國家，專門生產(chǎn)少量的較大水陸兩用飛機(jī)。中國大型水陸兩棲飛機(jī)AG600已完成陸上首飛和水上首飛的工作，這也標(biāo)志著中國水陸兩棲飛機(jī)研制進(jìn)入了新階段。

4 發(fā)展方向

目前，航空業(yè)界和越來越多的航空學(xué)者關(guān)注水上/水陸兩棲飛機(jī)，歐洲學(xué)者通過市場(chǎng)調(diào)研和分析，提出了未來水上飛機(jī)的要求[52]：① 水陸兩棲并機(jī)翼高置；② 具有儀表飛行(IFR)能力；③ 高防腐能力、高抗浪能力；④ 具有良好的視界；⑤ 易于在很多受限區(qū)域使用；并與艇艦很好的配合；⑥ 低運(yùn)營成本。由此可見，水陸兩棲飛機(jī)的發(fā)展方向?yàn)?/p>

1) 多用途系列化發(fā)展。這就要求水陸兩棲飛機(jī)能夠適應(yīng)多變的復(fù)雜運(yùn)營環(huán)境，首先高適海性，即提升抗浪特性成為水陸兩棲飛機(jī)成功的關(guān)鍵。水陸兩棲總體設(shè)計(jì)技術(shù)、氣-水動(dòng)布局技術(shù)、高抗浪船體技術(shù)以及附面層技術(shù)是成就飛機(jī)多用途系列化發(fā)展的保障。AG600飛機(jī)在研制的初步設(shè)計(jì)階段就確定從平臺(tái)多用途到系列化發(fā)展的研制路線。在設(shè)計(jì)階段通過風(fēng)洞、水動(dòng)力試驗(yàn)不斷優(yōu)化船體參數(shù)和氣-水動(dòng)布局，設(shè)計(jì)抗浪能力達(dá)到2 m。附面層控制技術(shù)的理論和應(yīng)用研究正在進(jìn)行中，并針對(duì)水陸兩棲飛機(jī)的使用模式開展了探索性研究。

2) 先進(jìn)航空技術(shù)的應(yīng)用。現(xiàn)代航空技術(shù)的應(yīng)用大大提高了現(xiàn)代水陸兩棲飛機(jī)的性能和可靠性，并在很大程度上拓展了其應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)空間。但和先進(jìn)的陸基飛機(jī)相比，還有很大的應(yīng)用發(fā)展空間，如高性能復(fù)合材料設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，雖然現(xiàn)代新型水上飛機(jī)多采用全復(fù)合材料，但大型水陸兩棲飛機(jī)的復(fù)合材料使用率僅為5%，提高復(fù)合材料的應(yīng)用有助于提升水陸兩棲飛機(jī)的抗腐蝕能力，同時(shí)復(fù)合材料在水上飛機(jī)/水陸兩棲飛機(jī)上的應(yīng)用對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展具有很大的推動(dòng)作用。

3) 降低運(yùn)營成本。由于氣-水動(dòng)布局的特殊性，水上飛機(jī)/水陸兩棲飛機(jī)的氣動(dòng)阻力、空機(jī)重量大于陸基飛機(jī)，加上水上防腐維護(hù)、維修成本高，使得水上飛機(jī)/水陸兩棲飛機(jī)的運(yùn)營成本遠(yuǎn)高于陸基飛機(jī)，不利于其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展和較好融入現(xiàn)有水上交通生態(tài)系統(tǒng)，勢(shì)必阻礙其有高靈活性和有用性的發(fā)揮。

水陸兩棲飛機(jī)是中國的通用航空，更是中國航空工業(yè)中不可缺少的機(jī)型。創(chuàng)新設(shè)計(jì)，擴(kuò)大新技術(shù)應(yīng)用，改善乘坐環(huán)境，保障惡劣氣象、海況條件下的出勤率，是提高水陸兩棲飛機(jī)民眾認(rèn)可度的關(guān)鍵。