美軍重啟軍用水上飛機(jī)研制計(jì)劃——軍用水上飛機(jī)前途如何？

美軍重啟軍用水上飛機(jī)研制計(jì)劃——

軍用水上飛機(jī)前途如何

■熊天霞  劉  旭

   極光飛行科學(xué)公司推出的“自由升降機(jī)”水上飛機(jī)概念圖。資料圖片

據(jù)報(bào)道，今年5月，美國(guó)軍方采納了美國(guó)波音子公司——極光飛行科學(xué)公司關(guān)于“自由升降機(jī)”水上飛機(jī)項(xiàng)目的原型機(jī)設(shè)計(jì)。隨后，美國(guó)國(guó)防部與該公司簽署了一份價(jià)值830萬(wàn)美元的研發(fā)合同，用于推進(jìn)水上飛機(jī)項(xiàng)目研發(fā)。

美軍作為曾經(jīng)的水上飛機(jī)主要用戶(hù)，曾在二戰(zhàn)時(shí)期將PBY“卡特琳娜”水上飛機(jī)用作遠(yuǎn)程水上巡邏機(jī)，實(shí)現(xiàn)在海面起飛和降落，填補(bǔ)了低空立體交通的空白，在船隊(duì)護(hù)航、反潛、搜救、偵察巡邏等方面發(fā)揮了重要作用。

按理說(shuō)，這種“船機(jī)一體”的設(shè)計(jì)應(yīng)該在戰(zhàn)后繼續(xù)獲得各國(guó)海軍的青睞，但隨著固定翼飛機(jī)技術(shù)的提升，除了在特定領(lǐng)域內(nèi)，軍用水上飛機(jī)遭到了大范圍的淘汰，美軍也不例外。

既然如此，如今美國(guó)又為何大費(fèi)周章地重啟水上飛機(jī)項(xiàng)目？水上飛機(jī)的研制走了哪些彎路，又可能會(huì)遇到哪些難題？未來(lái)的發(fā)展和應(yīng)用前景在哪里？請(qǐng)看本期關(guān)注。

能否延續(xù)歷史上的輝煌

“像飛機(jī)一樣有機(jī)身、機(jī)翼、尾翼、螺旋槳以及起落架，同時(shí)又像船一樣具有斧刃形的龐大船體……”平靜的海面上，一架個(gè)頭龐大又看起來(lái)很笨重的水上飛機(jī)正在滑行。

顧名思義，水上飛機(jī)是指能在海洋、湖泊、河川、大型水庫(kù)等水面上滑行、起飛、降落和停泊的水陸兩棲飛機(jī)。從廣義上講，有人認(rèn)為地效飛行器也是水上飛機(jī)的一種。

事實(shí)上，水上飛機(jī)的歷史，幾乎和飛機(jī)一樣長(zhǎng)。

1909年，出身于船舶世家的法布爾利用其對(duì)于浸入水中的翼面和浮筒所得到的研究成果，制造了世界上第一架水上飛機(jī)的樣機(jī)。1910年3月28日，這架木質(zhì)架構(gòu)的飛機(jī)在海面上實(shí)現(xiàn)了首飛。就這樣，世界上第一架能夠依靠自身動(dòng)力實(shí)現(xiàn)水上起降的浮筒式水上飛機(jī)誕生了。

一戰(zhàn)過(guò)后，英國(guó)發(fā)現(xiàn)了水上飛機(jī)具有遠(yuǎn)距離飛行的優(yōu)勢(shì)。20世紀(jì)20~30年代，英國(guó)開(kāi)辟了新航線，用水上飛機(jī)承擔(dān)越洋客運(yùn)和貨運(yùn)的任務(wù)。與此同時(shí)，水上飛機(jī)的性能也在不斷進(jìn)步，其最高航速甚至達(dá)到了650千米/小時(shí)。

到了第二次世界大戰(zhàn)期間，水上飛機(jī)迎來(lái)了發(fā)展的黃金時(shí)期。

基于運(yùn)輸量大、飛行安全、不需要建設(shè)大型機(jī)場(chǎng)等優(yōu)點(diǎn)，水上飛機(jī)一度成為跨洋飛行的主要交通工具之一，并在偵察、反潛、救援等領(lǐng)域中發(fā)揮了重要作用。例如，英國(guó)“肖特·桑德蘭”號(hào)水上飛機(jī)主要用于跨洋運(yùn)送加拿大軍隊(duì)到歐洲戰(zhàn)場(chǎng)；日本先后研制出97式、“晴空”等多種型號(hào)的水上飛機(jī)，其中二式水上飛機(jī)可載航空炸彈或魚(yú)雷，被稱(chēng)為“日本海軍水上飛機(jī)之集大成者”，太平洋戰(zhàn)爭(zhēng)經(jīng)?？梢?jiàn)其身影；美國(guó)PBY“卡特琳娜”水上飛機(jī)則被廣泛用于海上巡邏。

二戰(zhàn)后至今，隨著固定翼飛機(jī)技術(shù)的提升以及大型船舶的發(fā)展，水上飛機(jī)的優(yōu)勢(shì)漸漸不復(fù)存在，其笨重、飛行速度低、抗海水腐蝕性弱等缺點(diǎn)日益凸顯，進(jìn)而慢慢走向衰落，退出了歷史舞臺(tái)。

這次美國(guó)重啟水上飛機(jī)研制項(xiàng)目，是續(xù)寫(xiě)歷史的輝煌，還是炒歷史的冷飯，我們先來(lái)看一看其背后的考量：

近年來(lái)，隨著遠(yuǎn)程導(dǎo)彈、高超聲速武器的迅速發(fā)展，美軍認(rèn)為其在西太平洋和印度洋地區(qū)的大型軍事基地防御能力不足，因此要求增加分散、簡(jiǎn)易的前沿基地，實(shí)現(xiàn)兵力和火力的靈活部署。

“自由升降機(jī)”水上飛機(jī)項(xiàng)目，正是為了配合美國(guó)海軍和空軍一系列新戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)而研發(fā)的特種裝備。按照其構(gòu)想，未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上，如果美軍在西太平洋和印度洋地區(qū)的軍事基地遭遇打擊，水上飛機(jī)可以快速運(yùn)送物資，并開(kāi)展遠(yuǎn)海搜救等任務(wù)。

退而求其次的無(wú)奈之舉

其實(shí)，在決定啟動(dòng)“自由升降機(jī)”水上飛機(jī)項(xiàng)目之前，美軍也做過(guò)不少其他嘗試。

首當(dāng)其沖的是地效飛行器。

2021年，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局公開(kāi)宣稱(chēng)，其正在研制運(yùn)載能力超過(guò)100噸的重型遠(yuǎn)程地效飛行器。

提起地效飛行器，就必須要提起“地面效應(yīng)”這個(gè)著名的物理現(xiàn)象。

很早之前，有學(xué)者留意到，鳥(niǎo)類(lèi)在靠近水面或地面進(jìn)行長(zhǎng)距離地滑翔時(shí)，極少扇動(dòng)翅膀；1932年，在波羅的海海域上空，一架德國(guó)飛機(jī)突遇發(fā)動(dòng)機(jī)故障。事故似乎無(wú)法避免，然而飛機(jī)卻在飛至離海面僅有10米的高度時(shí)成功“剎車(chē)”，飛機(jī)貼著海面繼續(xù)飛行，最終安全著陸……研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)飛機(jī)飛行高度不超過(guò)翼展長(zhǎng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生“地面效應(yīng)”：氣流把整個(gè)飛機(jī)機(jī)身托起來(lái)，減少飛行阻力，為飛機(jī)提供額外的附加升力。

針對(duì)“地面效應(yīng)”可為飛行器提供升力、減少阻力這一巨大優(yōu)勢(shì)，20世紀(jì)60年代，蘇聯(lián)阿列克謝耶夫設(shè)計(jì)局研制出了世界上第一架地效飛行器試驗(yàn)機(jī)。在飛行中，地效飛行器的升力一部分來(lái)自機(jī)翼上下表面的壓力差，另一部分來(lái)自空氣經(jīng)過(guò)機(jī)翼、向后下方流動(dòng)時(shí)與地面或水面產(chǎn)生的反作用力。

此外，作為一種結(jié)合飛機(jī)速度以及船舶載重能力的運(yùn)載工具，該試驗(yàn)機(jī)能夠搭載100噸的貨物貼近地面或海面實(shí)現(xiàn)飛行和自由起降，最大巡航速度可達(dá)550千米/小時(shí)，最遠(yuǎn)可飛行2000千米，具有良好的軍事應(yīng)用前景。

該地效飛行器項(xiàng)目曾被蘇聯(lián)軍方高度保密，直至20世紀(jì)80年代，美國(guó)衛(wèi)星捕捉到這個(gè)“龐然大物”在海上進(jìn)行飛行試驗(yàn)，才被世界各國(guó)周知。

與傳統(tǒng)水上飛機(jī)相比，地效飛行器具備的優(yōu)勢(shì)比較明顯——

低空突防能力更強(qiáng)。地效飛行器可綜合運(yùn)用各種隱形技術(shù)，降低雷達(dá)、紅外等物理信號(hào)特征，順利越過(guò)專(zhuān)為登陸艇、氣墊船設(shè)置的垂直障礙，快速突襲敵方目標(biāo)；

降落范圍更廣。在起落環(huán)境方面，水上飛機(jī)只能在水面進(jìn)行起飛和降落，而地效飛行器既可以在水面進(jìn)行起飛和降落，又可以在沼澤、地面等環(huán)境起降；

速度更快。一般而言，水上飛機(jī)的飛行高度通常為600~800米，而地效飛行器的飛行高度通常在10米以下且不與水面直接接觸，大大減少了飛行阻力，飛行速度比水上飛機(jī)更快。

那么，既然集諸多優(yōu)勢(shì)為一體的地效飛行器一度是美軍的首選，美軍又為何會(huì)放棄地效飛行器轉(zhuǎn)而研制水上飛機(jī)呢？

事實(shí)上，作為“飛機(jī)+船”的組合產(chǎn)物，制造地效飛行器遠(yuǎn)不是技術(shù)疊加那樣簡(jiǎn)單：地效飛行器的外形做大以后，對(duì)海況提出了更高的要求。在高速貼海的飛行中，海浪對(duì)機(jī)體的沖擊是非常致命的，同時(shí)地效飛行器的轉(zhuǎn)向也將更為困難，機(jī)動(dòng)性隨之變差。

在設(shè)計(jì)方面，世界上目前已知的地效飛行器基本上有著類(lèi)似水上飛機(jī)的船形機(jī)身，按照方便在水上滑行、騰空、低飛和降落的條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。盡管俄羅斯、美國(guó)等多國(guó)陸續(xù)傳來(lái)關(guān)于地效飛行器的招標(biāo)或者立項(xiàng)消息，但迄今為止，除了在一些內(nèi)陸湖泊中進(jìn)行規(guī)模極小的實(shí)驗(yàn)性運(yùn)用外，地效飛行器在世界各國(guó)都未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。

于是，基于地效飛行器的躍升、轉(zhuǎn)向等關(guān)鍵性技術(shù)難題短時(shí)間內(nèi)無(wú)法被突破，美軍不得不將地效飛行器項(xiàng)目降級(jí)，重啟運(yùn)載能力稍弱、研發(fā)難度更低的水上飛機(jī)項(xiàng)目。

重啟水上飛機(jī)前路漫漫

按照美軍的設(shè)想和要求，其研制的“自由升降機(jī)”水上飛機(jī)的尺寸和載重將要對(duì)標(biāo)其C-17運(yùn)輸機(jī)，同時(shí)兼具兩棲登陸船、水上飛機(jī)以及地效飛行器3種載具的能力，能夠在4級(jí)海況下完成起降作業(yè)、在5級(jí)海況下正常運(yùn)營(yíng)，旨在滿(mǎn)足美國(guó)國(guó)防部的重型運(yùn)輸需求，為海上部隊(duì)運(yùn)送兩棲車(chē)輛和重型貨物。

可想而知，這是一個(gè)極具挑戰(zhàn)的目標(biāo)。

去年2月，針對(duì)“自由升降機(jī)”原型機(jī)設(shè)計(jì)，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局表示，其將在通用原子公司與極光飛行科學(xué)公司之間開(kāi)展競(jìng)標(biāo)。競(jìng)標(biāo)過(guò)程中，兩家公司提出了截然不同的設(shè)計(jì)方案——

通用原子公司研發(fā)理念十分“激進(jìn)”，主張采用罕見(jiàn)的雙機(jī)身設(shè)計(jì)，增強(qiáng)“自由升降機(jī)”的運(yùn)載量和抗風(fēng)浪能力。此外，在機(jī)翼設(shè)計(jì)中，他們還選擇了與傳統(tǒng)運(yùn)輸飛機(jī)和水上飛機(jī)差異較大的中翼設(shè)計(jì)，在機(jī)翼后側(cè)分散布置12臺(tái)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)。同時(shí)借助機(jī)翼遮蔽發(fā)動(dòng)機(jī)，減少海浪沖擊帶來(lái)的影響，獲得最大的升力增益。

值得注意的是，該設(shè)計(jì)有一個(gè)明顯缺點(diǎn)：飛機(jī)的中單翼需要貫穿整個(gè)機(jī)身，這會(huì)侵占機(jī)艙空間，降低飛機(jī)的運(yùn)載能力。也就是說(shuō)，雖然通用原子公司的設(shè)計(jì)能提高飛機(jī)的飛行性能，但這需要以犧牲運(yùn)載能力為代價(jià)，同時(shí)也對(duì)飛機(jī)的設(shè)計(jì)和制造水平提出了更高要求。

相比之下，美國(guó)極光飛行科學(xué)公司的方案要常規(guī)得多。該公司主張采用單機(jī)身、上單翼、梯形尾翼的布局，建議8臺(tái)螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)懸吊在飛機(jī)的機(jī)翼下方。這種設(shè)計(jì)更接近于傳統(tǒng)水上飛機(jī)的結(jié)構(gòu)。

綜合此前對(duì)各種水上運(yùn)載器具的探索，美軍最終選擇了一條比較穩(wěn)妥折中的路線——采納了極光飛行科學(xué)公司的方案，在現(xiàn)有水上飛機(jī)的基礎(chǔ)上融合地效飛行器的特點(diǎn)進(jìn)行研發(fā)。

按照其研發(fā)目標(biāo)，未來(lái)“自由升降機(jī)”水上飛機(jī)一旦研制成功，將具有廣闊的軍事應(yīng)用前景：從最基礎(chǔ)的跨區(qū)域、遠(yuǎn)距離兵力投送，到發(fā)生海上災(zāi)難事故時(shí)向事故海域投送救援物資或者著水救援，再到未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上用于支援特種部隊(duì)的滲透、撤離和補(bǔ)給，以及攜帶大量的精確制導(dǎo)彈藥或者小型無(wú)人機(jī)對(duì)敵進(jìn)行隱蔽攻擊，軍用水上飛機(jī)將對(duì)提升海上作戰(zhàn)能力發(fā)揮重要作用。

即便如此，從現(xiàn)階段的研發(fā)進(jìn)程來(lái)看，“自由升降機(jī)”仍不可避免地要面對(duì)并克服水面高速滑行、抗擊風(fēng)浪、水密隔艙的設(shè)計(jì)、起降阻力等多重難題。以“自由升降機(jī)”為代表的中大型水上飛機(jī)，究竟能不能達(dá)到其C-17運(yùn)輸機(jī)的服役規(guī)模，能不能實(shí)現(xiàn)美軍的全部設(shè)計(jì)構(gòu)想，還要拭目以待。