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不吹不黑 读懂三大飞机中最后一个出现的AG600

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发布时间:2017-12-25 15:10:04

12月24日,AG600两栖飞机顺利完成首飞,中国“三个大飞机”项目中的最后一款向着成功迈出了关键一步。当我们为AG600的首飞成功表示祝贺的同时,也不得不面对这样一个问题:放眼世界,各国极少研制全新水上飞机,水上飞机看上去已经成为没落小众机种。水上飞机在飞行速度、航程、经济性、舒适性等方面全面落后同级别陆基飞机。那么,为何中国却要在水上飞机这条路上走到黑?一个最有趣的回答是,专家认为AG600可用于南海岛礁的日常运输,特别是在有大风大浪等紧急情况下,船只无法靠岸时,AG600可以提供紧急援助——请问船都靠不了岸了,水上飞机能落下吗?

下面,我们开始正文。另外,读完开喷也无妨。

12月24日,AG600顺利完成首飞。图片来自于网络,版权由摄影者所有。

搭“大飞机”的机

媒体在介绍这种飞机时,无不将其称为“世界最大在研水陆两栖飞机”,那么它有多大呢?官方的信息显示,该机机长37米、翼展38.8米、最大高度12.1米、最大起飞重量53.5吨,航程最远达4500公里。如果从外形尺寸看,它和波音737或者A320差不多。

AG600翼展接近波音737,重量却轻20多吨,大的平直机翼确保了起降性能。图片来自于网络。

但是,评价飞机有多大,外形数据有点虚,更靠谱的数据是起飞重量。AG600水陆两栖飞机53.5吨的最大起飞重量要比70吨级的波音737少了二十多吨,也要比安装相同发动机的运-8、运-9少了10多吨。当然,这并不妨碍他成为目前世界在研的水陆两栖飞机中最大的型号,因为目前世界在研水陆两用飞机大概就这么一种。这里不得不说中航工业的宣传策略非常高明,用大型水上飞机的概念一脚成功搭上“大飞机”的机,另一脚则登上建设全国救援体系的车。当然,并不是所有的媒体能搞明白这些定语的含义,有的媒体就干脆称其为“世界最大两栖飞机”,还是有欠妥当的。

日本的US-2水上起降性能很厉害。该机使用了电传操纵。图片来自于网络。

必须要承认,在战后世界各国研制的水上飞机中,AG600绝对算是大的。就拿目前比较火的日本US-2水上飞机来看,该机最大起飞重量47.7吨。俄罗斯的别-200水上飞机的最大起飞重量更是只有36吨。当然,说最大还远远够不上,苏联时代研制的A-40“信天翁”两栖飞机的最大飞重量已经达到了86吨,不过后来由于苏联解体,该机完成研制后未能量产。

日本US-1水上飞机,US-2是在它基础上改进而来的。图片来自于网络。

上述日、俄两种水陆两栖飞机的设计思想也截然不同。俄罗斯别-200两栖飞机更突出高速性能,因此它看起来更类似于传统的飞机,以减少阻力,但是这导致其抗浪能力只有1.2米。日本的US-2看上去像一条“会飞的船”,它的机身下半部分是船体,机身上部才是常规的飞机气动布局。因此其水中航行性能出众,能在浪高3米的海况下起降,但是其飞行速度就远不及别-200。由于主攻海上搜救,这要求飞机具备较好的复杂海况下起降能力,所以AG-600和日本US-2的设计思想比较相似,采用了大长宽比、深V形单断阶船体结构,有消息称其最初的抗浪指标为2.8米,与US-2大致相当,但是目前公开的“一期工程”的性能则是2米。图片来自于网络。

俄罗斯的别-200突出高速性和航程,起降性能一般般。图片来自于网络。

这种半船半飞机的特性在设计上带来一些挑战。普通船在水里的速度只有20-30节,而AG600高速滑行、即将离开水面时速度达100节。照搬普通飞机的经验也不行,两栖飞机在水面降落时的载荷极限是4.5G,而普通客机降落只有2G。据AG600的总设计师黄领才透露,考虑到飞机着水时的载荷、滑行的稳定性和操纵性以及抗浪的能力,所有的船底曲面参数的选择和确定都进行了大量计算分析和水动力试验,先后做了一万多次试验,才确定了现在的外形。

历史上比AG600大的两栖飞机不少,AG600是在研最大的,而在研的似乎就这一种。图片来自于网络。

目前AG600的主要设计任务是灭火和水上救援,因此低空低速性突出,它需要在50-100米的高度实现长时间的稳定巡航。为此AG600的机翼面积和翼展都比较大,保证了低速巡航特性。加之平直机翼的采用,使其起降性能非常棒,首飞时AG600滑行非常短的距离便腾空而起。当然,这也使其外形尺寸接近波音737,但是起飞重量缺少三分之一的原因。另外,其尾翼面积也比其他飞机大得多,一旦飞机出现失效,这个大尾翼可以保证飞机姿态的可操纵性。

别-200两栖飞机的信息图。图片来自于网络。

刚才说到了AG600的大,那么它的其他性能到底怎么样呢?应该说,总体上和日本的US-2相当。毕竟,日本也有着较长的生产水上飞机的历史, US-2是在US-1的基础上不断完善改良而来,又能无限制采购西方先进的装设备,所以US-2在一些性能上可能会略有胜出。例如,它采用了先进的电传操纵系统,这恐怕是当今水陆两栖飞机绝无仅有的。电传操纵系统的采用,也为该机抗浪性能达到3米做出了贡献。当然,中国也不是不能为AG600研制电传操纵系统,但是这样显然会增加该机的研制成本,综合考虑似乎也没有太大必要。

水上飞机空气阻力大,死重多,和同等重量的陆基飞机相比各项指标均有所逊色。图片来自于网络。

改装反潜巡逻机?

目前民间存在将AG600改为反潜巡逻机的呼声,当然理论上并非不可。但是实际上,目前的水上飞机本身并不是一个良好的反潜机平台。两栖飞机为了兼顾水上起降能力,都设有大型的浮箱,而且船身和浮筒的底部均为V形,纵向有一个或两个台阶,称为断阶,用以减小起飞离水时的水动阻力,V形底面可减小滑行时船身的遇浪冲击及降落时船身对水的冲击作用。这样一来,这些专为适应水上起降的设计一是造成飞机升空后死重较多,二是空气阻力大。同等规格的水上飞机要比常规飞机速度慢、航程近、经济性差。

目前各国反潜机已经朝着高速化、喷气化方向发展,几乎不再用水机改装反潜机。图片来自于网络。

具体到AG600,其使用的发动机与运-8改进型相当,但是最大起飞重量、航程、载重和速度都偏小。毕竟,反潜巡逻机需要装备不少的机载设备,平台不能过小。而且对于反潜机而言,通常利用水面搜索雷达对海面进行搜索扫描,发现潜艇的潜望镜和通气管后,立刻开足马力奔赴现场投放声呐浮标,对潜艇进行探测。与此同时,对方潜艇潜望镜上的电子支援装置(即雷达告警器)也会发现自己被探测到,此时便会紧急下潜并尽量远离被发现的一点,防止被声呐浮标探测到。这实际上就是一个比拼速度的竞赛。反潜机的速度越快,在敌方潜艇消失前对其定位的可能就更大。而涡桨水上飞机天生阻力大、速度慢。AG600只有500公里/小时。另外,由于水上飞机自身的设计特点决定了,其机身下部不适合设置大型弹仓,同时,安装各种大型雷达、光电调舱以及各种传感器的设置也确实要费些思量。而水上飞机特有的水上起降性能,对于目前的反潜机而言,并无特别要求。正是基于上述原因,世界各国目前的反潜机多基于陆基飞机研制,特别是客机,而且明显带有喷气化的趋势,基本上不再利用水上飞机平台研制反潜机。

目前的作战飞机分工越来越细,专业的飞机干专业的事。世界各国目前均不在水上飞机的基础上改装反潜机,日本拥有US-2水上飞机,还单独研制了装备涡扇发动机的P-1大型反潜机(为反潜机专门研制一款全新大型平台在世界范围内也是很少见的),中国目前也有基于运-8三类平台高新系列反潜巡逻机,从这个角度来看,并不看好AG600改装为专业反潜巡逻机。

当然,有一种观点认为,可在AG600基础上研制反潜机、预警机跟随航母编队出征,以解决无大型舰载预警和反潜机的问题,平时可以降落在航母附近。但这样的话,一旦因为天气原因海况超过5级,而AG600还在天上,降落不下来那可不是闹着玩的。

几乎所有运输机都能改装为消防飞机,甚至C-130只需要装个灭火模块就行。这些飞机有的飞得远,有的载的多。AG600独有的水上汲水功能也显得逊色了三分。图片来源见水印。

在这里说句题外话。实际上,即便是AG600重点发展的消防功能,水陆两用飞机的也没有太大优势。目前,已经有大量消防飞机由民用运输机改装,这类民用常规运输机改装消防飞机的一大优势是载重量大,例如曾用来改装消防飞机的伊尔-76运输机最大起飞重量190吨左右,MD-11的最大起飞重量也超过200吨,甚至还有用波音-747改装的,其装载量都是最大起飞重量不到60吨的AG600没法比的。当然,在水上滑行的平稳性和适应性以及低空低速性能则是AG600的优势。但是如今灭火越来越多的是在机场装专业的灭火剂,AG600的水上汲水的优势又被大大折扣。

其实,AG600最大的潜在军事用途仍然是搜索救援。

AG600的远航程,更多是为执行海上救援行动服务的。因为海上遇险事件发生后的黄金救援时间在2-7小时,海水温度低于10℃时,一般人30分钟就失去知觉,水温10-15℃时,人维持意识清醒的时间在1-2小时,加之海浪和海洋生物的影响,遇险人员必须得到尽快救援。在近海海域,300公里范围内主要依靠直升机和船舶进行应急救援,超过这个范围,直升机的航程和装载都受到很大限制,而船舶的航速又较慢,AG600最大航程4500公里,最大巡航速度500公里/小时。因此在出现险情后,AG600在1-2小时内就可飞抵现场,比如,从海南三亚机场赶赴南海最南端的曾母暗沙,只需不到4小时,在事发水域降落救起人员之后,可迅速回返,直接飞抵大陆,将遇险人员转向后方医院救治,这正是AG600的独特本领。

海空军的常态化远航训练,需要有力的快速远程搜救力量,AG600是一个选择。这样单发的歼-10也可以跟着轰-6K大胆的飞了。

现在空军、海军在南海巡航以及飞出第一岛链的远海飞行已经成为常态化任务。作为一项高风险的军事行动,很难确保飞行不出现问题,而在战时,更是危险重重。能够确保远海救援是执行远海飞行和作战任务的一个基本前提。具备远海搜救能力同时对提升部队士气有很大帮助。具备远海搜救能力是目前海空军急需解决的问题。

目前,海空军的搜救主要依托搜救直升机,这也是各国的普遍做法。但是搜救直升机飞行速度慢,通常不到300公里/小时,除非部署基地位于搜救区域附近,否则很难实现快速营救。而固定翼的水上飞机飞行速度达到500公里/小时- 600公里/小时,且可降落在被搜救目标附近,直接营救上机,这是直升机和常规固定翼飞机所不具备的性能。AG600便可发挥这种优势。

当然,这还要看海况。有未经证实的消息表明,南海海域每年平均不适合AG600降落的天数超过120天。

印度引进US-2的一个重要用途是“跑运输”。AG-600也能兼职。但是如果风大船靠不了岸,也别指望AG600能降下去。

印度从日本进口同类型US-2两栖飞机的目的之一,是为在安达曼群岛等外岛上部署的印军提供物资补给或转移孤岛上的患者等,毕竟对于大部分未修建机场跑道的岛屿而言,常规飞机无法起降,直升机的航程又是问题。而远航程的大型水上飞机则可以在岛屿附近海面降落,然后通过小船或码头转移人员和物资。

由此,也有人提出AG600可在南海各岛礁之间“跑运输”的想法。这也是可行的。比如可以将该机改为以搜救为主的多用途平台,平常可担负南海、东海岛礁的通勤任务,运输人员和小件物资,充分发挥其利用率。毕竟,南海并不是每个岛都有机场。俄罗斯军事专家瓦西里·卡申此前就猜测,AG600的远航程特性将非常适合用于南海的矿产开发和岛屿驻军补给。中航通飞董事长曲景文此前称,AG600能在浪高两米的海面起降,足以适应75%的南海自然海况;其续航能力更能保证它飞抵中国最南端的曾母暗沙并盘旋作业两小时。

不过,关于AG600最有趣的说法是,专家认为AG600可用于南海岛礁的日常运输,特别是在有大风大浪等紧急情况下,船只无法靠岸时,AG600可以提供紧急援助——请问船都靠不了岸了,水上飞机能落下吗?

需要注意的是,目前该机仍然是以民用规范设计,AG600要求飞机上所有的材料、元器件、成品和部件,均须符合民用航空器适航管理条例的要求,“参军入伍”还要进行改进和改装。例如加装红外/白光侦察搜救吊舱、对海搜索雷达以及相应通信装置和电子战系统,必要的话也可以适当增加自卫火力。

走向没落的小众机种

上面谈到,目前在研的全新水陆两用已经非常少了,那为何水上(水陆两栖)飞机在经历了辉煌之后逐步走向没落?

从发展时间上看,水上飞机的诞生比陆上飞机晚不了几年。1905年春夏之际,法国著名的早期飞行家和飞机设计师瓦赞兄弟就制造出了世界上第一架从水上起飞的飞机(确切说是黄相继),只比莱特兄弟发明的陆上飞机晚了2年左右。1909年下半年,法国人亨利·法布尔制造出了世界上第一架有动力的浮筒式水上飞机,并在次年3月28日成功地在马赛附近海面进行了水上起降。

由于水上飞机对起降场地的要求没有陆基飞机那样高,只要有一片比较开阔的水域即可,而且地面辅助设施相当简单,再加上水面机场飞行安全性高,所以一出现就迅速受到了各国海军的喜爱,纷纷开始装备,以提高各自的侦察能力。随着战争的进行,水上飞机的任务也从侦察扩展到海上巡逻、校射、轰炸、反潜、反舰、运输、救护等领域,重要性与日俱增。

第一次世界大战之后,水上飞机的发展进入了快车道。这是由于早期陆上机场数量不多,许多机场的跑道并未经过适当的整理,即使有跑道的机场也会因为风向的关系限制飞机起降的方向,而且早期的起落架也容易产生意外。相比之下,水上飞机受到的限制就要小得多。特别是对于陆地面积较小但是被水环绕的地区,或者是远距离航线上没有可以使用的机场时,当时只有水上飞机能够到达这些地点。有些需要跑道长度特别高的飞机,比如大型客机或者是竞速机,水面可以赋予它们良好的起降场所。

从上世纪20年代到40年代初,可以称得上是水上飞机发展的黄金时代。其间,不仅各国研制和生产了大量军用水上飞机,而且还研制和生产了很多民用水上飞机。

二战中后期,水上飞机的发展速度开始明显放慢,这是因为陆上机场的数量大幅增加、跑道品质有了很大提升,而且陆基飞机的性能与可靠性也显著提升,因此在很大程度上降低了水上飞机的需求。

二战之后,随着航空技术的快速发展,陆基飞机的技术性能有了突飞猛进的提升,在速度、升限、机动性等方面远远超过水上飞机,载荷和航程上也逐渐赶上甚至超过,这就使得水上飞机只剩下起降场地限制小这一点点优势,其发展自然也就一路走向下坡。和在陆上起降的飞机相比,水上飞机的空气动力效率相对较差,并且结构效率较低。为了能在水面上漂浮,水上飞机传统上需要尖尖的浮筒,以及重型的设备确保在水面的侧向稳定性,但是这将使飞机的空气阻力增加,阻力增加最高可达到20%。飞机机体笨拙的外形,尤其是为了确保飞机在水上正常航行而不得不设计的V型的外壳,同样增加了阻力。而浮筒和水上航行的结构同样增加了结构重量。

到上世纪60年代,军用陆基飞机的性能已经全面超越同等规格的水上飞机。另一方面,空中加油技术的成熟则使得其他陆基战术飞机也不用再为航程问题操心。海军航空领域,起降性能优越的直升机取代了水上飞机成为水面舰艇的主力舰载机;民用航空领域的情况与军用航空领域情况相似,以波音707为代表的陆上机场起降的喷气客机也已经取代水上飞机成为各国航空公司远程跨洋航线的骨干。

第二次世界大战后,很多水上飞机被改装成消防灭火飞机,以发挥余热。一些新设计的水上飞机,灭火也就成为一个卖点。实际上,现有的货机、客机也能改装成灭火飞机。和水上飞机相比,他们的吨位更大,携带的灭火剂更多,且无需新研制机型。虽然水上飞机可以发挥水上滑行吸水的优势,但是和现实中灭火更多的使用专业的灭火剂,另外野外中寻找适合大型水上飞机吸水的足够深的、开阔水面也并不是很容易的事。

在此情况下,除苏联、日本、加拿大等少数国家还在继续发展水上飞机以作反潜、救护和消防用途之外,美、英等国均已放弃发展水上飞机。

中国航空工业需要AG600

总的来看,水上飞机的特有使用领域或者说具有优势的领域在逐渐减少。实际上即便是灭火机,现在很多也是由陆上起降的飞机改装。因为他们更大、更快。从世界范围来看,水上飞机是一个逐步萎缩的机种。即便有需要,大多数也是靠买。毕竟一般需求量不大,投资研发成本较高。

或许有人会问,那为何中国不买?实际上这涉及的一个国家航空工业发展的问题。中国航空工业需要项目来保持人才,避免未来被“卡脖子”,这都需要一个个项目来维持。中国虽曾发展过水轰-5水上飞机,但是AG600型号研制之初,在两栖飞机的一些技术领域仍然属于空白,中国曾经寻求国际合作,几年下来,国外主要水陆两栖飞机研制公司以种种理由拒绝合作;但随着型号的进展,随着中国自身关键技术取得突破之后,国外公司反而主动找上门来,请求共同研制或合作生产。到如今,中国是世界上位数不多的掌握先进水陆两用飞机设计制造能力的国家。

实际上,对于航空中等强国来说,这恐怕也是一个不得不做出的选择。一个很明显的例子便是日本。日本的航空工业规模不大,而且它对外采购飞机受到的限制极少,几乎没有买不来的飞机。但是即便这样,日本还要几乎一个不落的,一代接一代地研制各种机型,哪怕其研制和采购价非常昂贵、哪怕其性能不太好。从教练机到战斗机(例如F-2以及未来的F-3),从支线飞机到大型运输机,从武装直升机到水上飞机,目前世界上大多数机种,日本都有自产型号。而且日本破天慌地耗巨资专门为P-1反潜巡逻机研制了一个大型的4发平台,这在各国现代反潜机研发史上是极为罕见的,绝大多数都是利用现成的平台改装。正是这种态度和做法,保持了日本航空业的独立性和延续性和较为先进的水平。

再看看西方大公司,除了大量的军民用项目外,他们还有大量验证机计划,为了维持航空工业,美国军方也会在各个公司之间通过不同项目做出平衡。这实际上都是维持航空工业发展的举措。现阶段,中国航空工业的市场化程度较低,而军方的项目自身又缺乏定价权,利润有限,资金的缺乏确实从一定程度上导致了人才流失。年轻工程师一旦跳槽到民企,年薪立马调个,13万变31万,在这种情况下,不能总是靠情怀工作。靠情怀,短时间型,长时间不行,少数人行,多数人不行。所以几年来,航空工业也是想尽办法筹钱,但是似乎并不顺利。

加之各种原因民间飞机需求不大,所以必须依靠一个个国家项目来锻炼队伍、保持队伍,确保航空工业的良性循环。AG600在航空工业中就扮演者这样的角色。

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