水上飞机设计演变新发展

• 作 者: 沈延臣 雍明培
• 机 构: 中航通飞研究院有限公司 广东 珠海 519040
• 出 处: 中国航空学会总体专业分会飞机发展与设计第十次学术交流会
• 发表日期: 2015年11期
• 关键词: 水上飞机 机型设计 材料选择 任务模式

水上飞机的研发和应用已有100多年的历史,是人们最早使用的航空器之一.两次世界大战期间水上飞机被广泛地应用于战场,战争的需求极大地促进了水上飞机的发展,水上飞机的应用也对战争的进程产生了重大影响.上世纪50年代后,水上飞机逐步被性能优良的陆基飞机或直升机所替代,但其在某些专业领域上的应用仍能发挥出其它飞行器所无法替代的作用.随着航空科技向前发展、水上娱乐等方面的需求,开始有越来越多的学者重新关注水上飞机的发展,水上飞机有望在新世纪换发出新的生机.
早期水上飞机多是由现有陆基飞机加装浮筒改装而成，双翼机为主，活塞螺旋桨发动机设置在机头位置或双翼之间；一战前期阻力低、速度快的单翼双浮筒式水上飞机已经产生，配翼下浮筒或机身水鳍的现代船身式水上飞机的布局型式也已经产生，机翼、发动机被设置的更高。两次世界大战期间，水上飞机机体外形变得更加流畅，各航空强国竞相研制了多种型号的配备多台发动机的大型水上飞机，配备起落架的水陆两栖飞机也变得更加实用。战后喷气式水上飞机已经出现，但仍以螺旋桨式水上飞机为主。现代新研水上飞机，不论大、中、小型普遍采用单船身配翼下浮筒的布局型式，水陆两栖飞机已成为现代水上飞机发展的主流。
早期水上飞机普遍由木材、帆布和钢构成，结构重量大。硬铝的出现为水上飞机的发展产生了重大影响，一战时期已经出现全金属水上飞机，钢制骨架，铝制蒙皮，重量大幅降低，强度也大幅增加，同时也改善了水、气动外形，飞行性能得以提高。随着飞行速度的提高，水上飞机的发展也遇到了热障问题，耐热性更好的钛、不锈钢等优质金属得以在水上飞机上大面积应用。上世纪70年代后复合材料开始应用于水上飞机，结构变得更轻，强度变得更高。铝、钛、钢和复合材料已成为现代新研水上飞机的基本结构材料。
早期水上飞机研发普遍为探索性研究，飞行品质差，在军、民用领域并未获得认可。两次世界大战极大地促进了水上飞机的发展，除用于执行海上侦查、护航、反潜等作战任务外，还可担负物资运输、水上救护等后勤保障工作，在民用领域开辟了多条基于大型水上飞机的洲际航线。战后，很多军用水上飞机被改装为民用水上飞机，用于客货运输、森林消防等，其在航空领域上的应用逐渐被陆基飞机或直升机所替代。现代新研小型水上飞机以水上娱乐为主，大型水上飞机则以水上搜救、森林消防为主。
受设计、制造和试验水平限制，早期陆基飞机可靠性较低，加之陆上机场数量较少，使得能够在水上起降的、安全性更高的水上飞机得以快速发展，并成为早期航空领域主力机型。喷气动力时代，由于喷气式发动机不适于为水上飞机提供动力，加上水上飞机相对陆基飞机采购、使用成本都较高，一系列因素都使得水上飞机的发展受到了限制。随着各国对海洋权益的日益重视，水上娱乐等方面的需要，水上飞机的应用与发展再次受到人们的关注，在科技带动下水上飞机有望再次成为航空应用领域里的主力。