4月20日 由我国自主研制的 大型水陆两栖飞机AG600“鲲龙” 在京取得型号合格证 《中国航空报》第4044期刊发特飞所文章 《“鲲龙”:对海浪比个“V”》
“飞机的气/水动布局技术,对水陆两栖飞机来讲,是第一关键技术。” 多年来,见证着AG600一次次抟风击水,伴随着大型灭火/水上救援水陆两栖飞机AG600“鲲龙”系列总设计师黄领才一次次介绍、科普,水动力对“鲲龙”在海天间畅行的关键性,越来越为大众所熟知。
沿着“鲲龙”的每一程游弋回溯,我们走进了位于湖北荆门的中国航空工业集团特飞所,在这里探寻高速水动力成功拓展和实践的故事。
半年时间、七八千次试验、四五十个版本迭代——特飞所高速水动力实验室内,亚洲最长、速度最高的航空高速拖曳水池长510米。为了让这架会浮游的飞机能够破浪远航,AG600水动力专业团队随“鲲龙”反复丈量。 对于水陆两栖飞机来说,由于水的密度远大于空气,相同条件下,飞机承受的水阻力可达空气阻力的800倍。同时,与陆地上刚硬坚实的跑道相比,波动不平的水面也会严重干扰飞机运动。
“飞机的稳定性和快速性是必须最先验证、保障的两个基本性能。”AG600水上起飞操纵运动数学模型优化先锋队队长、特飞所水动力研究中心全国青年文明号号长焦俊表示。 “如果垂直于船体中心线,把AG600船身层层‘切片’,我们将看到一系列开口大小不一、尖尖的‘V’字剖面。”焦俊介绍说。
“V”型船身、多曲变截面船体外形是AG600的最大特征。
“平板的滑行效率高——和打水漂一样。如果向水面扔一个圆石球,一下就会扎进去,只有扁平的小石片才可能稳住、漂远。”焦俊说道。
“就像运动员跳水都是手先触水,如果肚皮先触水,会痛得受不了。”焦俊打趣地解释:“所以AG600船底并不是平面,而是像两个平板拼起来呈‘V’型,能够减小冲击,让飞机着水时像刀一样划开水面。”
此外还要保证机体良好的流线特性,这是对飞机的基本要求。
因此,AG600船身并非两块直直的平板,每层剖面的“V”字开口角度其实是连续变化的。“通过反复试验,我们为‘鲲龙’设计出了独属于它的角度分布形式,形成多曲变截面。”焦俊说。 要想稳,先给水设个“坎”要想在水面实现安全起降、滑行,抗压抗阻能力也是水陆两栖飞机必不可少的“出厂设置”。
断阶是AG600水动力专业团队避免“鲲龙”被水面“吸”住,将其托举出水的关键工具。它将船体前后分成两部分,前体前部和后体向上翘起,前体后部为主滑行面。
“相当于给水设了一个‘坎’。”中国航空工业集团一级技术专家、特飞所水动力研究中心主任吴彬介绍,当AG600高速滑行时,断阶会使后体的部分船身下形成一层气幕,隔开水流,大大减小该部分船体所受的阻力,还能够像天平一样通过平衡前后体,提升飞机水中运动的稳定性。
为了保证飞机稳稳漂浮,团队还为“鲲龙”套上了“游泳圈”——在AG600的地板与船体蒙皮之间,分布着7个水密隔舱。据特飞所水动力研究中心主管设计师、工程师高现娇介绍,隔舱之间由水密舱板隔开,即使有隔舱破损进水,也不会渗入相邻舱导致飞机沉没。
“水上首飞那天,看到AG600从水面到空中,再顺利降落到水面,激起一层层浪花,感觉特别震撼。”高现娇回忆道。 对于高现娇和整个AG600水动力专业团队而言,这是他们为数不多可以欣赏浪花绽放的时刻——自投入AG600水动力专业项目以来,波浪始终是团队全员抵抗的“公敌”。
根据近海使用需求,AG600的抗浪能力要达到2米,也就是能在最大浪高2米的情况下安全起降,超过了国际上同级别飞机1.2~1.5米的常规抗浪能力。
波高、波长、海水、淡水、风速、风向……这些变量如同一根根无形的丝线,牵动着AG600的每一个姿态,也让AG600水动力专业团队抽丝剥茧,编织出一个个应对策略。 正如名字显示的那样,AG600上的抑波槽和抑波板因“抑制波浪”而生。它们能够将随飞机运动而四下喷溅的浪花“收拢”,转成纵向流动,避免浪花干扰发动机、襟翼功能和飞行员视野。
“水面环境复杂,单靠飞行员的随机应变进行操作难度很大。”焦俊说,“所以不仅要通过构型抑制波浪,还要能识别波浪,为飞行员决策提供指导。”
焦俊介绍,水上飞机的状态参数、水面环境参数很多,相互之间耦合作用,对飞机水上性能影响非常复杂。团队在实验室中模拟AG600水面起降工况,针对每一个飞机状态参数、水面环境参数与飞机水面起降性能的关系都会开展理论计算、实验室试验以及分析,从而构建起飞机构型参数、大自然输入的环境参数与飞机输出的动作姿态的关系。
然而,波浪瞬息之间变化万千,不能保证船身同样的位置总能对应撞上同样的波浪。
“撞上波峰、波谷还是波腰,都会造成不同的状态。”特飞所水动力研究中心设计师、工程师王凡说道:“控制不了变量就可能造成数据异常。没有好办法,只能按照师傅的要求调试设备、重复试验、分析数据。我们曾经连续试验了四天四夜。” 特飞所水动力研究中心全国青年文明号依然保持着“老带新”的传统。在特飞所水动力研究中心,青年员工入职后,会在老员工的帮助下到模型加工车间跟产,去试验试飞现场实习。“有了全流程、全周期的认知,才能更好地做设计,更好地在整个体系中定位自己的工作。经过青年文明号的培养,每个人都能独当一面。”焦俊自豪地说。
“鲲龙”出水,青年扎根。2023年,特飞所水动力研究中心被认定为全国首批“二星级全国青年文明号”。
破译每朵浪花蕴含的语法,探求每片湖海承载的生机,水动力奔涌不息,将激荡出“国之重器、救民水火”源源不断的航行动力,与昂扬蓬勃的生命动力。 (责任编辑:邱超杰 ) |