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中国水陆两栖大飞机御浪腾云有传奇
中国科协学会服务中心主办，中国航空学会承办，航空知识杂志社协办推出“科技民生大讲堂——大师讲航空”系列共12个视频，邀请12位航空领域的总师、试飞员及行业领军人物主讲，权威视角讲科普，让社会公众听最关心的航空话题、最高端的科技、最前沿的进展。今日第十集，主题《中国水陆两栖大飞机，御浪腾云有传奇》。
国产AG600“鲲龙”水上飞机航程远，运载力强，可望在消防和其他应急行动中发挥作用。 陈肖/摄
在我小时候8岁那年，1974年，发生了一次森林大火。我们村子坐落在完达山北麓，紧挨着当时的原始大森林，当时那场大火把整个完达山北麓的森林几乎全部都烧毁掉了。火燃起来之后，当时火焰的扩延的速度和方向，就直接奔着我们这个村子方向而来。所以当时全村的村民都是非常地紧张和恐怖。后来在接近我们村子，只是隔一个山头的时候，因为风向的转变，那么火势才避开了我们这个村子。当时县里组织了几千人的队伍，进山进行灭火。全村老少都是在做后勤支援，那时候我们还小，帮助劈柴烧火烧开水，就是做点力所能及的事情。
当时为了加快灭火，每天都有飞机过来进行巡逻侦察，便于指挥部做出相应的一些决策。我们这些小孩子看到天上有飞机过来，都非常地兴奋，所以大家都会在地上跟着飞机跑。后来很多大人也说，你们长大以后要去造飞机。所以当时，可能潜移默化地有了这样一种影响，就在内心深处，可能就留下了。
在我高中毕业选择高考志向的时候，其实我选择的前3所院校就是南航、西工大、北航，然后又选了一个沈航。就这么4所院校，作为我高考的选择。就这样我进入了航空这样一个领域。
在大学期间，我学的专业是直升机设计，所以毕业之后到了哈尔滨飞机工业集团参加工作，在哈飞工作了21年，从直升机设计、通用飞机设计，参加过一系列的飞机的研发。随着工作的变动，我从一个专业的设计员，到技术室主任、副总师、副所长、所长，再到公司的副总工程师，也主持研制了一系列飞机型号，其实是在通用航空领域做一些型号的研究和管理。
2009年，我们的祖国AG600大型灭火、水上救援、水陆两栖飞机立项了，型号任务批给了中国特种飞行器研究所，也就是605所，地处湖北荆门。当年我们的祖国的水上飞机水轰5就是由605所设计、由哈飞制造的。这样，厂所之间在历史上就有非常密切的渊源关系。而且605所当时很多工程师技术人员在哈飞跟产、配合生产20多年的时间，后来大部分跟产的同志都留在了哈飞，就留在我们设计所，当时就和我在一起工作。从这些人的身上，当时我就特别有感触，他们的专业功底都非常地深厚。我也跟他们学到了很多东西，所以一直从情感上对605所就有非常亲近的这样一种感觉。
后来AG600立项，因为605所20多年了一直没有型号，整个设计队伍就逐渐地流失掉了。水上飞机型号重新恢复的时候，也正是用人之际，所以当时航空工业集团就决定从其他的各个厂所调集一批力量，充实到605所来，承担水陆两栖飞机的研制。
因为我一直从事通用飞机的研发，而且从专业岗位上干起，又到技术的领导岗位上，而且又在哈飞设计所担任过所长，而且主要是做民用飞机对适航的管理，对市场满足市场需求这一方面有一些经验，所以航空工业就把我调到605所，任常务副总师、副所长，接手并参与这一个项目的研制。
从此我也就从直升机到固定翼飞机，从小飞机再到大飞机，由陆上再到水上，进入了一个全新的专业领域。
水上飞机从设计上，首先它是飞机，就一定要满足陆上飞机设计的各项技术方面的要求。因为飞起来，到了空中就是飞机了。但是在水上滑行起飞此阶段，它的速度特性是由低速到高速。相当于由一艘低速的船舶，然后逐渐加速到快艇，再到超高速的快艇，再接近离水速度，到飞机起飞。是这样的一个阶段。因此它在各个阶段所体现出的运动特性是不同的。
而且水面是波动的。陆上跑道是一条刚硬的跑道。飞机在地面加速起飞，达到了离地速度之后，驾驶员一般是通过操纵拉杆，让飞机按照起飞的轨迹正常爬升起飞就可以了。而在水面滑行过程中，由于水面的波动会对飞机运动过程带来相应的一些干扰，飞机的姿态就不是稳定的。它在滑行的过程中，就不是平稳地向前滑行，而是带有一定的扰动，是这种过程中的相对“稳定”。如果风浪一大，这种扰动状态会加剧，飞机就会产生我们叫“海豚跳”的现象——随着幅度的加大，飞机如果控制不住，扰动就会发散，最后可能就会一头钻进水里。所以说，在水上起飞降落，从操控上，这是第一大难点。
第二点，就是水的阻力特别大。水的密度是空气的800倍，大概在阻力系数上也是差不多是这样的一个量级。在水面飞机加速的时候，就要有足够的动力去克服水的阻力。因为随着船体在水面滑行速度的加速，它所受阻力是在变化曲线中是上升的。其中还有一个二次阻力峰，那么到了阻力峰过了之后，飞机才能够迅速地加速，逐渐接近离水速度，只有到了离水速度，飞机才能够离开水面。否则过不了阻力峰，飞机就只能是一艘高速快艇，就会始终贴着水面去高速滑行了，它就飞不起来了。这是阻力特性上的影响。
另外，就是飞机整个机体结构的强度设计。在陆地起降，我们的飞机强度设计主要满足着陆带来的过载冲击，由起落架作为缓冲。而飞机着水的时候——其实水，我们看起来是软的，实际上飞机在高速接水的过程中，撞击力、冲击力是非常大的。而且在水面高速滑行过程中，波面对飞机会产生一种高频的冲击。这种结构响应，给结构强度设计带来了很大难点，设计上就要付出更多的结构重量。尤其飞机要是在高海况情况下着水，着水时的冲击载荷会更大。因此这样的飞机，从设计上来讲，飞机结构会付出更大的重量。
再一个难点就是，飞机要想离开水面，水陆两栖飞机包括水上飞机，从飞机的总体水/气动布局设计上与常规飞机就有很大的不同。
我们能够正常的看到，我们这款飞机下面这半部分是船身，这是满足水动力设计的要求。上半部分是飞机的布局，是满足飞起来以后，作为飞机的所有设计要求。
为了满足在水上滑行的稳定性，首先要看到，机翼下面要有两个浮筒，这是解决横向稳定性。因为飞机要设计得更轻，我们飞机整个重心不可能像船一样把重心放到水下才是稳定的。飞机的重心是在水面以上，它一定会横侧向倾斜，那么就必须要有浮筒，把它浮起来，保持横向的稳定，让飞机不会侧翻。
另外我们正真看到在船身的中间那个位置有断阶。这个断阶是解决飞机离水的一个重要的措施。飞机在水面高速滑行的过程中，或者停留在水面上的时候，因为有空气的压强，压得飞机离不开水，压力是非常大的。飞机在高速滑行之后，机头吃水线会从前逐渐往后走。到了最后的时候，飞机的尾部船身是在沉浸在水里的。飞机要想离开水面，就必须克服空气的压差，这个断阶就是起到将气、水分离的作用，让水和机身之间产生一个空气层。这样，上下的空气压差就抵消掉了，在升力的作用下，飞机才能顺利地升空。这些设计都是为满足水上飞机设计的特殊要求。
另外，在我们飞机前面能看到这还有一圈，是我们飞机的抑波板。这圈抑波板，如果从固定翼陆上飞机设计来讲，那将产生非常大的阻力，对飞机的飞行性能是极不利的。但是对于水上飞机，在滑行过程中，或者着水过程中，船体劈开的水会沿着机身飞溅到发动机，爬到机身上面来，这对飞行安全会带来非常大的隐患。所以，必须有一个抑波板，把这些水挡住，让它往下喷射，不要直接都喷到发动机和螺旋桨上。
从总体的气动布局上来看，大多数水上飞机都采用了上单翼、T型尾，这是为了使发动机螺旋桨远离水面，提高抗浪性能。一旦浪大了，或非常容易打到螺旋桨发动机上，所以从布置上就使得这些动力装置尽可能的远离水面，包括平尾也是要远离水面。这样的话，后面溅起的这些浪，喷射时就不会打到平尾上。这些都是水上飞机在从气/水动布局上所特有的一些技术特点。从这些介绍上来看，水上飞机比我们陆上飞机从外观配置上就复杂，从飞机起飞降落过程中的一些操纵特性上看，也更加复杂。
美国用商用飞机改装的大型固定翼消防飞机多次参加救灾行动。像DC-10，其一次性装载灭火剂可达4.5万升。但是由陆基飞机改装灭火飞机，要解决现场大量补水、补剂的问题，而两栖飞机则只需依赖可以起降的湖泊、水库、内河、近海。可以说两者各有利弊。
从技术的原理上，更深地讲，我们飞机设计大多数时候追求的是高速的空气动力学，这些计算方式、实验方法都很成熟了。经过上百年的发展，低速的船舶——应该说船舶的历史更长了，其技术理论也很成熟。但是，我们要把低速的船舶和高速的飞机两种流体力学的特性融合到一架飞机上，就必须同时具备水动力流体力学特性和空气动力学特性。要把它们两个比较好地协调融合在一起，这就比较难了。而且在飞机进水面起降过程中，气水耦合的响应是很严重的。这方面一些计算分析的方法和实验方法，应该说都不成熟。所以我们在型号研制设计过程中，就会遇到这些技术上的障碍。我们也是通过边摸索，边实验，一步一步地积累走过来的。
一直说水上飞机的从技术设计的难度上，包括制造的难度上，应该说都要比陆上飞机更复杂。你看我们这飞机，从机头一直到机尾，每一个剖面的形状都是不一样的，这是为降低水的阻力，机身要有很好的流线特性。因此飞机截面，采用了我们叫双曲变截面的机身。通常运输飞机是一个圆筒机身，等直段，从结构上的布局上来讲，相对也会方便，制造成本的控制，也相对来说还是比较容易。
而我们飞机就像一只海豚一样、一条鱼一样，从头到尾每一个截面形状都不同，而且底下是V型的船体，而且是不只是一个平面，而是变化的，每一个剖面的斜伸角度都在变化，从前到后也在变化。所以，我们叫多曲变截面、船身结构，从设计上来讲难度很大，而且参数的确定，既要满足空气动力学的要求减小阻力特性，在水上滑行的时候又要保持船体的滑行稳定性和飞机的可操纵性。那么这些要求都叠加到这样一架飞机上，无疑使得飞机的设计就更加地复杂。因此，飞机的气/水动布局技术，对我们水陆两栖来讲，是第一关键技术。
美国“夏威夷火星”号消防飞机撒水，最多一次能撒2.7万升。注意其船身结构。水上飞机设计要考虑气、水流体动力的耦合问题，难度较高。
第二点就是我们这飞机要实现水陆两栖。过去早期水上飞机的发展史上，都是单纯的水上飞机多，后来随技术进步，才有了水陆两栖，尤其大型水陆两栖飞机——水上飞机不需要起落架，只要有个滑行装置就可以，甚至连滑行装置都可以不要——但是我们为了使飞机将来使用范围更广泛，在陆上机场、水上都可以很容易地进行起降，这样才有利于飞机的将来的应用，因此要有起落架。
水上飞机加上一个起落架，不像陆上飞机加上个起落架那么简单。因为水上飞机起飞的时候，有水动力的作用，重心作用点、飞机的稳定范围和陆上起落架稳定性设计的范围相比，是有一定的差距的。你必须把这两种差距逐渐逼近到一个可接受的范围，使得飞机在水上滑行稳定，在陆上着陆也是安全稳定的。
水上飞机为减少水的阻力，机身就会特别地窄，就细长。我们叫大长宽体机身，用术语讲。其实就像赛龙舟一样，龙舟都是细长的——而运输船都是宽宽的——因为这是为减少（龙舟的）阻力，所以要细长。所以我们飞机的机身宽度只有2.9米，断阶的宽度只有2.9米，但是我们机身的长度却达到了39米，更细长。而通常这样吨位的运输类飞机，机身直径都是在4米以上这样一个量级。
那么，这么窄的一个机身，起落架的布置就十分艰难了。起落架是为了在着陆过程中，保证飞机滑行的稳定性，它是要保持主轮距的宽度的，一般都是要很宽，这样飞机着陆的时候才很稳定。主轮距很窄，对着陆滑行的稳定性就不利了。针对这款飞机的起落架，为满足陆上起降的安全要求，我们采用了悬臂外伸单支柱式设计的具体方案，其实就是高支点，而且收放动作特别复杂。
陆上飞机大多是下单翼结构，起落架一般布置在机翼上，做收起动作就很容易。而我们飞机下面是船身，船身是为了保持在水面上漂浮的安全性，底下全是水密舱，即使相邻的两个水密舱破损了，这飞机也不会沉。而水密舱的位置，你就不可能再用于收放起落架了，在这种结构下起落架就没地方收。
所以，从我们机身外面看，有个很大的整流包，那个就是起落架舱。飞机起落架像悬臂外伸，收起来时要向后摆，再并到整个起落架舱里头。这样一套起落架的布置、传力和收放设计的具体方案，非常地复杂。
美国海军的一架PBY-6A“卡特琳娜”水上飞机在加州新月港上空演练消防作业。美国相当多的水上飞机、两栖飞机同时活跃在民用应急领域。如果不研制AG600，可以说我国在国产大型固定翼消防飞机领域就始终存在空白，应急体系是不完整的。
其实我们的祖国早在上世纪90年代，技术上始终就想把水上飞机走下去。我们1968年开始研制水轰5，到1972年完成设计造出原型机，1976年首飞，1986年交付，老一辈水上飞机人始终有这样一个梦想。当时在水轰5的基础上继续研制出水陆两栖飞机，才能够从始至终保持跟国际水上飞机技术的衔接。水轰5设计的技术指标和性能，其实就是瞄着当时国际上同类水上飞机的。
过了2004年之后，605所的整个经济发展形势得到了好转，民品产业收入慢慢的变好。而且2000年以后，航空发展开始逐渐引起了我们的祖国的重视，投入也慢慢变得多。所以2006年，605所当时立项了“海鸥”300轻型水上飞机，当时想通过轻型水上飞机项目，对技术队伍重新进行打造和锻炼，为未来大型水上水陆两栖飞机做铺垫。
在“海鸥”300立项的同时，605所就已经启动了关于大型水上飞机的一些前期的论证。2008年，我们国家出现了南方冰雪自然灾害和汶川地震，这两件事实际上引起了国家对应急救援体系建设的高度重视。国家意识到，没有大型航空器，在这种大型的灾害面前我们确实是束手无策的。如果当时要是没有米-26直升机把大型工程机械吊到堰塞湖上，把堰塞湖挖开，后来可能就是一个灾难性的事件。
国家看到了大型航空装备的重要价值和意义。当时工信部就启动了大型特种飞机的这样一个项目的论证。经过充分的调研论证之后，大家觉得在原有的水轰5的技术基础上，重新改进研发一款新的水陆两栖飞机，满足森林灭火、海上救援的迫切需要，应该说是迫在眉睫了。近些年，我们国家随着航空应用的推广，森林灭火领域每年我们国家大概投入的航空器大概有100架，但是能投水的主要还是米-26，还有直8直升机。在平原地区，直升机的投水载水量还相对大，到了高原，直升机的投水减载就比较明显了，效果衰减得比较严重。
作为我们水陆两栖飞机来讲，它的设计特点就是在低空低速情况下去使用，所以我们飞机的高原性能比较好。到了海拔3000多米的高原上，我们可以载12吨水去执行灭火任务。
近几年，我们国家每年的森林火灾大概发生3000多起，已经比我们型号立项的10年前减少了很多了。但是近几年，火灾的人员伤亡数量还是比较严重，尤其是去年凉山木里森林火灾，我们31名消防官兵牺牲，今年（2020年）西昌的火灾，19名消防官兵牺牲。我每次一听到这种消息，心情都感觉特别地沉重，心里特别难过。
我国曾应用海军的水轰5水上飞机参与消防、救援行动，具备一定的经验，2002年第九期本刊曾有过相关报道。只可惜这个项目因各种原因没能走下去，水轰5的设计团队也基本流失了。直到AG600“鲲龙”立项，中国水陆两栖大飞机重新启航。
很多熟悉的朋友都在问，你研制的飞机为什么还不能赶紧投入灭火？我们也感觉到自己身上的这种压力和责任非常巨大。所以现在我们集团决定要加快研制进程，实现灭火功能。我们就可以有飞机可用了。
未来对于海上救援需求，因为随着这些年我们国家海洋战略的实施，海上的作业活动慢慢的变多，每年大约海上的事故大概有2000多起，伤亡的人数比火灾伤亡的人数还要多。近海，我们的救援靠以船舶和直升机为主，救援效果非常好。目前我们海上救捞团队——救捞局有25架大型直升机，那么还有相应的80多艘船舶。我们的海上作业经济从分布来看，大多数都是在500公里以内区域为主，这占了救援的数量的绝大部分。因此在300公里以内，直升机快速抵达，快速救援，每年出动现在的频率都非常地高，被救援的人数也特别多。虽然海上的事件，每年都处于增长态势，因为海上作业活动范围更广，到海上的人更多了。但是每年伤亡的人数是在下降的，这就体现了航空救援的一个优势。
但是，对于500公里以外的中远海，船舶要10几个小时、20几个小时才能抵达，直升机的航程就不够了。那么这个时候，其实我们水陆两栖飞机航程远、速度快，这些特点就体现出来了。
我们的AG600航程超过4000公里，救援半径1200~1500公里，巡航速度是480公里。其实1000公里，我们两个小时左右就可以赶到现场，2米浪以下（海况），我们大家可以着水，直接把遇险者救到飞机上，直接返回陆地。
如果说风浪更大，我们可以空投一些救生船、救生医药、食品，让这些遇险人员继续保持生存，等待救援时机。AG600无疑就对我们的中远海救援提供了一个最有效的手段。
再加上未来我们海上各种作业活动。沿海的一些岛礁的物资的补给运送，钻井平台的一些物资的运输，以及我们对海上丝绸之路的安全防护……实际上这款飞机都有很好的应用前景。
高速飞机投水，水撒下去以后，分散的面积特别大，同样吨位的水，你洒下去覆盖的面积就特别大，自然灭火效果就不好。像我们AG600，汲水12吨，也就是在12~15秒的时间内在水上快速把水汲满。到了火区上空，我们这架飞机的最小平飞时速是220公里，投水时候的时速一般在220~250公里，这是最佳的速度。我们飞机的性能为了满足需求来设计的。
因此我们飞机有这样的一个特性。3秒钟内，12吨水投下去，大约覆盖3000~4000平方米，就是说一瞬间可以在地面形成3~4毫米的降水量。如果在火灾的初期，就很容易把火势压制住。如果几架飞机连续作业，一个火点就不会再扩散。直接就把它控制住了。这是追求低空技术的原因。
另外一个原因，从海上搜救救援角度来讲，到了海上去进行人员搜索的时候，也是低空低速，更有利于搜索，机上救援人员才能看得见。飞机太快，你没等发现目标就飞过去了。
还有一个原因，我们飞机在着水的时候，要考虑高海况——就是风浪比较大，2米浪，飞机要落下去。飞机着水速度和抗浪能力直接呈反比，速度越低，抗浪能力越高。所以，我们要追求它的低空低速性能。目前我们这款飞机的抗浪能力，暂时是定在浪高2米。如果要进一步提升我们现在飞机的抗浪能力，还要采用附面层控制技术。目前对我们来讲，这类技术还属于空白，我们在开展相关的技术研究。这项技术突破以后，应用到我们飞机上，将来我们飞机的抗浪能力就可以达到3米。未来，在我们所有的海域，我们飞机的出勤率就可以达到85%以上，目前应该说我们大家可以做到70%到75%的水平。
有了这样一款飞机，就能够满足我们海域内的经济作业安全的需求，能够挽救更多人的生命，我想它的作用和价值就发挥出来了。
这里有一个小故事，我们飞机陆上首飞之后，“南海通航”的一个副总经理到我们这儿来见我。“南海通航”是注册在永兴岛上的一个通用航空公司，就是针对未来海上救援。他们就对这架飞机非常感兴趣。
这个副总他是海南潭门镇人。大家都知道潭门镇，也曾经去视察过，曾经鼓励我们渔民走向远海捕大鱼。我们早期南海的渔民都是集中在这个区域。有一次，我还参加过一次南海渔民座谈会，他们展示出老祖宗留下来的几百年前的南海的海图。无可争议的海图，画的边界，那就是我们的海域。我们的渔民，在我们自己的家园，在我们自己的海上捕鱼，那是天经地义，是吧？但是我们又缺少保护这片海域的手段。
我们的渔民走向远海之后，经常有船出故障，遇见风浪回不来，每年都有一定人员的伤亡。他们说，我们想走向远海，但是我们不敢去，去了怕回不来，只有大型的船舶才敢走向远海。所以我们的飞机一首飞，他们就说：“这下可好了，我们有希望了。将来国家有了这架飞机，我们无论走到多远，只要出了事，国家一定会来救我们，毫无后顾之忧。”
听完之后，我突然觉得： 原来说这架飞机可以森林灭火、海上救援，我只想着去救大型的货轮、邮轮、钻井平台，出了事故把他们救回来，很少想到我们的渔民现在也走向了远海。 我们人民群众的生命安全也是迫切地需要得到保障的。
我突然感觉到，AG600这飞机真是“拯国家于危难、救万民于水火”的一款飞机。我说，这款飞机研制出来，我们不仅仅是完成了国家交给我们的一项任务，和我们自己所热爱的一项事业。我跟同事们讲，这也是我们做的一件大好事、大善事，是一件无量功德的事情，真是造福于民。