由AG600M仿真模型探究水陸兩棲飛機設(shè)計

戴琛

2023年2月23日，中國航空工業(yè)文化中心研發(fā)項目——1/12AG600M大型仿真縮比模型飛機在江西贛州成功完成首飛。這架仿真模型首飛全程飛行時間5分鐘，完成了本場起降航線飛行、動力測試、起落架收放、襟翼測試、氣動剎車測試以及航電系統(tǒng)測試，所有系統(tǒng)工作正常，首飛任務(wù)順利完成。

AG600M仿真模型采用全復(fù)合材料輕量化工藝制作，機身長3.08米、翼展3.23米、起飛重量28.5千克，可用于航空文化會展、科普活動中的靜態(tài)展示以及飛行表演、科普教學(xué)和科研實驗等。

總體設(shè)計

這架仿真模型是以AG600M全狀態(tài)新構(gòu)型滅火飛機為原型，結(jié)合航空模型和無人飛行器設(shè)計原理進(jìn)行二次設(shè)計開發(fā)的縮比飛行器。研發(fā)之初，項目團隊就對AG600M真機進(jìn)行了仔細(xì)研究，經(jīng)反復(fù)技術(shù)論證，最終確定了模型的外形尺寸、機翼翼型、機翼面積等氣動參數(shù)，力求在外觀上盡量接近真機。

“船身”設(shè)計

水陸兩棲飛機經(jīng)常被戲稱為“會游的飛機、會飛的船”，水上起降性能一直是水陸兩棲飛機設(shè)計的難點。常見的水陸兩棲飛機通常有兩種機身布局，一種是在傳統(tǒng)飛機的機身下加裝浮筒，其大多由小型飛機改裝而成，常用于水面觀光旅游或在島嶼眾多的國家和地區(qū)執(zhí)行短途運輸任務(wù)；另一種則采用船身式設(shè)計，即機體本身就被設(shè)計成船身的樣式，通常只在一些大型或?qū)Ｓ脵C型上采用，可執(zhí)行多種任務(wù)。AG600就是一款典型的船身式水陸兩棲飛機，可承擔(dān)滅火、水上救援等工作。特別是AG600M新構(gòu)型滅火飛機，其船身式機身可在水面汲水進(jìn)行滅火，這是浮筒式兩棲飛機無法做到的。

因為水面環(huán)境較陸地復(fù)雜得多，所以船身式水陸兩棲飛機在外形、結(jié)構(gòu)、重量等方面較傳統(tǒng)飛機有著更高的設(shè)計要求。眾所周知，水是一種常見的流體，具有不穩(wěn)定性。水陸兩棲飛機在水面滑行時，受水面波浪起伏的影響，會像船只一樣發(fā)生劇烈的搖擺。水的密度是空氣密度的近800倍，在同等條件下，水的阻力遠(yuǎn)大于空氣的阻力，水陸兩棲飛機在水上起降時，機體會承受巨大的壓力。水面上的氣流環(huán)境也是影響水陸兩棲飛機安全起降的重要因素之一，在水面附近風(fēng)向、風(fēng)力較陸地上更加復(fù)雜多變，甚至?xí)?dǎo)致螺旋槳推力不穩(wěn)定。此外，水陸兩棲飛機在水面高速運動時，“噴濺”出的水花會對螺旋槳、機翼、襟翼等部件造成沖擊，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致飛機結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞。

AG600M機身采用了多曲變截面的船身式設(shè)計，巧妙地將抗浪斷階融入到大長寬比的機身設(shè)計中，使其具有優(yōu)異的水上起降性能。仿真模型真實還原了這些設(shè)計細(xì)節(jié)，就連船身底部的抑波板結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)都不放過。

動力系統(tǒng)設(shè)計

AG600M真機的動力系統(tǒng)采用了4臺國產(chǎn)渦槳發(fā)動機，在仿真模型的設(shè)計之初，項目團隊也考慮過選用微型渦槳發(fā)動機，力求在動力類型上也盡可能準(zhǔn)確還原。但即使采用市面上可以買到的最小的渦槳發(fā)動機KINGTECHK30TP作為仿真模型的動力，模型的尺寸也會嚴(yán)重超標(biāo)，機身將接近6米，不僅會顯著增加開發(fā)和制作成本，也會給模型的運輸和使用的便捷性帶來困難。

為此，項目團隊不得不放棄微型渦槳發(fā)動機動力方案。經(jīng)多方考慮，最終選用了直流無刷電機作為動力裝置。參照真機螺旋槳外形進(jìn)行計算，并綜合考慮多發(fā)螺旋槳飛機的滑流問題，項目團隊定制開發(fā)了一套適合這款大比例仿真模型使用的動力系統(tǒng)，在提高仿真度的同時，順利解決了沒有渦槳發(fā)動機的問題。

收放式起落架設(shè)計

收放式起落架是AG600M仿真模型設(shè)計中的最大難點之一。首先，其收放結(jié)構(gòu)和收放過程較一般的飛機復(fù)雜很多，市面上找不到合適的成品可供AG600M仿真模型使用。項目團隊對真機起落架進(jìn)行了仔細(xì)研究，結(jié)合機械設(shè)計原理，開發(fā)出一套采用氣動操作系統(tǒng)的仿真收放起落架，完美還原了真機起落架的結(jié)構(gòu)與功能，在實際試飛過程中收獲了滿意的效果。其次，還要考慮收放設(shè)備的防水問題，這也是普通模型上很少遇到的問題。

作為我國大飛機三劍客之一，AG600是為滿足森林滅火和水上救援的迫切需要，首次研制的大型特種用途民用飛機，也是目前世界在研的最大水陸兩棲飛機，具有載重量大、航程遠(yuǎn)、續(xù)航時間長等特點。它既能在陸地上起降，又能在水面上起降，可在水源與火場之間多次往返投水滅火，森林滅火、特種滅火效率高，20秒內(nèi)可一次汲水12噸，單次投水救火面積達(dá)4000余平方米。此外，其海上救援能力強，可快速響應(yīng)、快速到達(dá)，在復(fù)雜氣象條件下實施救援行動，起降抗浪能力不低于2米，可一次救助50名海上遇險人員。