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航空界身怀洪荒之力的水陆两栖飞机



今年夏天最深刻的是啥?身在武汉的小编的答案必须是:大暴雨!看着那奔腾的街道、二龙出水的地铁站、熄火的一辆辆汽车,与其期盼白娘子别再找许仙,不如拥有某款神器来得踏实。


1奔腾的洪水


今天小编要说的这款神器,就是水陆两栖飞机。有了它,再大的雨,出门也不用担心了,找不着平整的路面在水里登机就行了!当然,这么强大的飞机,光用来出门太大材小用了,那么下面就来详细看看水陆两栖飞机是如何大显神通的吧。


2水陆两栖飞机可实现水中登机

 

什么是水陆两栖飞机


顾名思义,水陆两栖飞机(aircraftused in land or water)就是能在陆地和水面起降的飞机,为了适应陆、海、空三个领域的“生活”,水陆两栖飞机既拥有陆地飞机起降必须的起落架,又拥有海中大船船体底座。



3水陆两栖飞机近景


水陆两栖飞机拥有“水陆两栖”的能力,经历了两个阶段的进化过程。第一个阶段是初期飞机,即水陆两用飞机(例如直升机),飞机可以在水面上空悬停,使用吊绳从事水上工作但不能两栖;第二阶段是主流飞机,即现在的水陆两栖飞机,在水上和陆地上都可以起降。


4早期飞机仅能水上悬停吊绳作业



5主流飞机轻松实现陆地水面起降

 

水陆两栖飞机的应用


水陆两栖飞机适用于海上巡逻、反潜、救援和森林灭火等任务。例如加拿大的水陆两用飞机CL-215A可以反复来往于湖泊(江河)与火场之间,利用巨大的船身作为水箱在空中洒水灭火,相比于直升机,不仅单次投水量大、飞行速度快,还能就近降落快速汲水,从而提高灭火效率;中国AG600一次最多可以救护50名落水遇险人员。



6水陆两栖飞机扑灭森林火灾



7水陆两栖飞机用于水上救援


除去在军事、民用领域的重要作用,在商业旅游方面,水陆两栖飞机也有着独树一帜的地方。例如有旅游服务提供三亚水陆两栖观光,水上起飞,低空飞行,以不同视角欣赏三亚的景色,俯视三亚全景。


8水陆两栖飞机用于商业旅游

 

典型代表


日本US-2


US-2水陆两栖飞机,是一款用途为水陆两用的救援飞机,由日本新明和工业株式会社制造,为海上自卫队装备,可在浪高3米的水面起降。每架售价约为100亿日元(约合9900万美元)。


9 US-2全貌


US-2飞机最大飞行高度超过6000米,巡航速度480千米/小时,最大速度560千米/小时,最大航程4500千米,最大起飞重量为47.7吨(从陆上)和43吨(从水上)。


10 US-2出水图


俄罗斯Be-103


Be-103是由俄罗斯别里耶夫公司研制生产的新一代轻型多用途水陆两栖飞机,已取得美国适航证,中国的适航证和生产许可证。该飞机可以在σ≥4kg/cm2的条件下从非柏油跑道起飞,或者在水深超过1.25米、浪高0.4米的内陆水域或海面起降。


11Be-103近景


图12Be-103获取的相关证书


由于其地面压力小,噪音低,可以更好地保护生态环境;不需投资太多就可以改装为巡逻、救援、急救、轮船邮递等服务,综合来说是目前国际上性价比最好的水陆两栖飞机。


13Be-103驾驶面板


中国AG600


AG600是中国大飞机三剑客之一,是中国自行设计研制大型灭火/水上救援水陆两栖飞机,是世界在研最大的水陆两用飞机,2016年7月23日总装下线(一期产品)。从外观来看,机身下半部分是船体,机身上部才像常规的飞机气动布局,机翼两侧下放吊有两个浮筒。


14 AG600下线仪式


AG600对于保卫南海也有着巨大的意义。目前,中国已在南海地区建成了三座机场,但是南海有众多岛屿,不可能做到在每个岛屿都建设机场。普通的民航客机没有机场就不能降落,而AG600作为水陆两栖飞机,可以在水面上直接着陆,这对于南海地区的补给、救援,有着巨大的作用。


15 AG600近景



16 AG600护卫南海诸岛


水陆两栖飞机核心制造技术


耐蚀材料选择


根据水陆两栖飞机严苛的环境,需要重点考虑选择材料的抗腐蚀性能,尤其是高强度合金的抗应力腐蚀性能和腐蚀疲劳性能,并选择合适的热处理方式。例如对于水线以上的蒙皮和薄板结构,由于其主要承受拉载荷,外表面需适当考虑抗腐蚀特性,一般在2024-T3或2024-T42铝合金中选择;对于水线以下的结构,主要受压载荷、冲击载荷及剪切应力,对抗腐蚀性能要求较高,一般在7075-T73或7075-T76中选择。



17 2024-T3铝合金制造的机翼


整机水密要求


机身在设计上要保证地板上下方的空间是相互隔绝的,地板下的空间用来充当类似船的浮力舱,这就要求飞机机身在整个吃水线加上半波高的区域内均需要达到水密的要求。结构防水密封设计应采用合理的结构形式,一般在以下四种形式中选取:


缝内密封,即在零件间敷设膏状密封胶或者胶膜;

缝外密封,即将粘稠度较大的密封材料涂在两个相连零件的边缘上和紧固件周边上;

表面密封,将稀释的密封材料,涂在密封区表面及铆钉头、螺栓头周围;

混合密封,将前三种方式搭配使用。



18缝内密封设备



19良好的水密结构


船底机身的装配


由于水陆两栖飞机机身下半部是船底外形,对水密及防腐蚀要求较高,因此为保证飞机的耐腐蚀性能和维修间隔,一般采用骨架装配,船底框采用机械加工成型,一方面可以减少因刚度要求带来的重量增加(可变厚度结构),另一方面可以减少连接,避免应力腐蚀和电化学腐蚀出现在连接区域(减少连接铆钉)。


20船底机身内的骨架装配结构

 

水陆两栖飞机关键零部件


抗冲击起落架


水陆两栖飞机区别于水上飞机的一个重要特征是其起落装置可供陆上起降,且须承受着陆与滑跑时的巨大载荷与吸收产生的碰撞能量,从而减轻飞机受载。同时,由于起落架长时间泡在水中,因此区别于陆地上的飞机,其抗腐蚀性能也需要相当好,在保证强度的前提下应进行合理的涂层处理和热处理。



21抗冲击起落架


抗扰动抑波槽


水陆两栖飞机在水面起降中,会产生大量喷溅水流,冲击螺旋桨、襟翼或尾翼,对结构造成破坏,甚至会进入发动机进气道中造成发动机熄火,对飞机产生的危害较大,因此需要专门的机构来降低喷溅高度。抑波槽是抑制喷溅方面效果较佳的措施之一,它是船底两侧沿着舭线布置的沟槽,目的是利用康达效应(即流体离开原来流动方向后会沿着凸出物体的表面流动)将喷溅水流控制在纵向沟槽中,抑制水流喷溅。



22 AG600船身部位的抑波槽



23康达效应在生活中的例子


内吹式增升襟翼


水陆两栖飞机在水面起降时,其速度较低,单纯靠机翼产生的升力往往会不足,因此需要一种装置来改善飞机的低速气动特性,增加飞机的可用升力范围,有效减少其起降滑跑距离。此时,内吹式增升襟翼就起了大作用,它的原理是将常规翼吊式布局发动机的高速喷流引入机翼后缘增升装置,改善流场分布,进而改变机翼表面的压力分布形态,增加机翼环量,进而增大升力。




24内吹式增升襟翼原理



25内吹式增升襟翼外观



26关键吹气部件





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