是飞机又不是飞机--大型水上飞机的关键技术.docx

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是飞机又不是飞机

大型水上飞机的关键技术

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贺杰

水上飞机兼具船舶和飞机的特性，要十分注意兼顾水动和气动性能，研制难度较普通船舶和飞机难得多。毫不夸张地说，设计建造一款大型水上飞机需要举全国之力协同攻关，体现的是一国航空工业的整体水平。大型水上飞机的关键技术对国家相关产业和国民经济发展具有十分重要的辐射效应，价值突出。

六大技术挑战

除常规飞机和舰船必需的关键技术外，大型水上飞机还存在基于特殊使用环境和特殊结构的特殊技术要求，主要包括气-水混合动力布局、高抗浪性、防腐蚀、密封性、精确对接装配5个方面，由此面临6大技术挑战。

气-水动布局大型水上飞机在达到常规飞机的气动布局要求的同时，还要特别注意飞机在水面起降过程中滑行、离水与接水瞬间的水动力特性要求，涉及气-水交接区域气-水耦合特性理论。简单来说，就是在临近水面的这一水气混合区域，空气湿度较大，飞机所遇到的阻力兼含水动阻力和空气阻力特性，随着机身不断高速贴近（远离）水面，这一混合阻力大致呈现一个抛物线的变化过程，直至完全接触（脱离）水面后全部转化为水动（空气）阻力。那么，研制大型水上飞机就必须精准计算这一过程中机体所受阻力的变化，以保证所受阻力最小，对飞行滑行影响最小。AG600在研制过程中，仅气-水动布局设计上就进行了上万次试验。

高抗浪船体设计抗浪指标是大型水上飞机的核心指标之一，它直接决定了水机的可用性，如果抗浪指标不理想，那么水机很可能在大多数场景下都无法有效发挥作用。抗浪性能主要源于对机身下半部的船体设计，包括船体断阶位置和形状、后缘体、前体扭曲、斜升角等关键部位的参数选择和优化设计，涉及静动态水动力特性理论和数字仿真技术，以在建模阶段实现提高起降抗浪高度和滑水稳定性，减小滑行阻力和喷溅、降低着水撞击载荷等技术目标，后续还应有水动力模型水池试验等环节。

防腐蚀与水密性设计考虑到高盐高湿的工作环境，水上飞机设计的最基本要求就是良好的腐蚀防控能力和水密性。在防腐方面，一般采用舰船防腐蚀材料和表面涂层防护技术，这里面，水线上下部分的指标要求又有区别，同时，对零部件组装工艺特别是精细度要求非常高。在水密性方面，一般采用“三步曲”确保机体密封性：一是使用紧固件（螺母、螺帽等标准件）湿安装方法，即在紧固件杆与机身结构孔壁贴合的整个表面涂抹密封剂，并在密封剂的活性期内安装好紧固件，从而消除紧固件与机身之间的缝隙。二是在整个机身装配完成后，对机身结构的铆接质量和密封质量，以及蒙皮对缝的密封质量进行气密性检验。三是向机体进行高压喷水，内部相应部位安排技术人员检查是否有漏水渗水问题，从而模拟飞机在水面停放或滑行时，静水压下的机体密封情况。在AG600研制过程中，陕飞结合了以往研制运八、运九等机型的经验，攻克了复杂船体结构装配工艺，大型机身蒙皮多层化铣等技术难关，实现了良好的大机体密封性能。

起落架布局与收放系统安全性由于对密封性和水动性能的特殊要求，大型水上飞机的主起落架不能像同体量的大型运输机一样置于机身底部，只能收于机身两侧，造成收放结构复杂且对空气动力性能造成一定影响，因此需要对气动外形、全机重心分配、适航主轮距和收放运动机构等方面进行重新优化，在保证着陆的稳定性与安全性的同时，减小其对飞行和水面滑行的影响。一般采取仿真建模方式，对不同起落架布局进行模拟，结合全机气水动阻力计算和试验，根据整流罩所需的外形调整起落架收放角度以及下位锁位置，确定起落架收放机构形式、收放路径和方式，同时形成可接受的起落架整流罩位置和外形。

整体机翼壁板喷丸成型技术开孔多、接缝多，密封隐患自然就多，因此现代大型水上飞机大量采用整体结构设计，其中又以飞机主承力结构和承载油料的机翼为重点。为在提高机翼强度的同时兼顾密封性，目前主流设计是在翼肋处采用薄壁加筋结构，类似于房屋装修时为吊顶板打上龙骨，既保证了整体结构又确保了强度。由于水上飞机机翼载荷较小，如果机翼壁板偏薄，那么稳定性就会受到影响，为此一般采用较大的立筋高度且带有一定角度的扭转，进一步加大了壁板的喷丸成型难度。西飞在建造AG600中段机身时，就突破了机翼薄壁高筋壁板喷丸强化与成型技术难关，从而高质量保证了翼身对接、起落架的安装协调。

复杂船体制造与装配现代大型飞机基本都采用分段制造方式，最后由总装厂进行对接装配。但水上飞机的不同在于，总装的不仅有传统的机体还有船体，相当于要同时对接半架飞机和半艘船，而且集中在同一段机身上，设计完全不同，难度可想而知。其中涉及到高精度密封铆接技术、对接数字化定位技术等，同时还需要辅以数字化柔性工装及激光跟踪仪测量，是一个既要科技又要“工匠”的工程。比如AG600在大部件对接工装研制环节，全面采用数字化协调装配工艺，研制低成本半自动柔性对接工装、6套标工和7项协调数据集，工程难度和体量