美軍重啟軍用水上飛機研制計劃——軍用水上飛機前途如何？

美軍重啟軍用水上飛機研制計劃——

軍用水上飛機前途如何

■熊天霞  劉  旭

   極光飛行科學公司推出的“自由升降機”水上飛機概念圖。資料圖片

據報道，今年5月，美國軍方采納了美國波音子公司——極光飛行科學公司關于“自由升降機”水上飛機項目的原型機設計。隨后，美國國防部與該公司簽署了一份價值830萬美元的研發(fā)合同，用于推進水上飛機項目研發(fā)。

美軍作為曾經的水上飛機主要用戶，曾在二戰(zhàn)時期將PBY“卡特琳娜”水上飛機用作遠程水上巡邏機，實現在海面起飛和降落，填補了低空立體交通的空白，在船隊護航、反潛、搜救、偵察巡邏等方面發(fā)揮了重要作用。

按理說，這種“船機一體”的設計應該在戰(zhàn)后繼續(xù)獲得各國海軍的青睞，但隨著固定翼飛機技術的提升，除了在特定領域內，軍用水上飛機遭到了大范圍的淘汰，美軍也不例外。

既然如此，如今美國又為何大費周章地重啟水上飛機項目？水上飛機的研制走了哪些彎路，又可能會遇到哪些難題？未來的發(fā)展和應用前景在哪里？請看本期關注。

能否延續(xù)歷史上的輝煌

“像飛機一樣有機身、機翼、尾翼、螺旋槳以及起落架，同時又像船一樣具有斧刃形的龐大船體……”平靜的海面上，一架個頭龐大又看起來很笨重的水上飛機正在滑行。

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

事實上，水上飛機的歷史，幾乎和飛機一樣長。

1909年，出身于船舶世家的法布爾利用其對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的樣機。1910年3月28日，這架木質架構的飛機在海面上實現了首飛。就這樣，世界上第一架能夠依靠自身動力實現水上起降的浮筒式水上飛機誕生了。

一戰(zhàn)過后，英國發(fā)現了水上飛機具有遠距離飛行的優(yōu)勢。20世紀20~30年代，英國開辟了新航線，用水上飛機承擔越洋客運和貨運的任務。與此同時，水上飛機的性能也在不斷進步，其最高航速甚至達到了650千米/小時。

到了第二次世界大戰(zhàn)期間，水上飛機迎來了發(fā)展的黃金時期。

基于運輸量大、飛行安全、不需要建設大型機場等優(yōu)點，水上飛機一度成為跨洋飛行的主要交通工具之一，并在偵察、反潛、救援等領域中發(fā)揮了重要作用。例如，英國“肖特·桑德蘭”號水上飛機主要用于跨洋運送加拿大軍隊到歐洲戰(zhàn)場；日本先后研制出97式、“晴空”等多種型號的水上飛機，其中二式水上飛機可載航空炸彈或魚雷，被稱為“日本海軍水上飛機之集大成者”，太平洋戰(zhàn)爭經?？梢娖渖碛?；美國PBY“卡特琳娜”水上飛機則被廣泛用于海上巡邏。

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

這次美國重啟水上飛機研制項目，是續(xù)寫歷史的輝煌，還是炒歷史的冷飯，我們先來看一看其背后的考量：

近年來，隨著遠程導彈、高超聲速武器的迅速發(fā)展，美軍認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、簡易的前沿基地，實現兵力和火力的靈活部署。

“自由升降機”水上飛機項目，正是為了配合美國海軍和空軍一系列新戰(zhàn)略戰(zhàn)術而研發(fā)的特種裝備。按照其構想，未來戰(zhàn)場上，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，水上飛機可以快速運送物資，并開展遠海搜救等任務。

退而求其次的無奈之舉

其實，在決定啟動“自由升降機”水上飛機項目之前，美軍也做過不少其他嘗試。

首當其沖的是地效飛行器。

2021年，美國國防部高級研究計劃局公開宣稱，其正在研制運載能力超過100噸的重型遠程地效飛行器。

提起地效飛行器，就必須要提起“地面效應”這個著名的物理現象。

很早之前，有學者留意到，鳥類在靠近水面或地面進行長距離地滑翔時，極少扇動翅膀；1932年，在波羅的海海域上空，一架德國飛機突遇發(fā)動機故障。事故似乎無法避免，然而飛機卻在飛至離海面僅有10米的高度時成功“剎車”，飛機貼著海面繼續(xù)飛行，最終安全著陸……研究發(fā)現，當飛機飛行高度不超過翼展長度時，就會產生“地面效應”：氣流把整個飛機機身托起來，減少飛行阻力，為飛機提供額外的附加升力。

針對“地面效應”可為飛行器提供升力、減少阻力這一巨大優(yōu)勢，20世紀60年代，蘇聯阿列克謝耶夫設計局研制出了世界上第一架地效飛行器試驗機。在飛行中，地效飛行器的升力一部分來自機翼上下表面的壓力差，另一部分來自空氣經過機翼、向后下方流動時與地面或水面產生的反作用力。

此外，作為一種結合飛機速度以及船舶載重能力的運載工具，該試驗機能夠搭載100噸的貨物貼近地面或海面實現飛行和自由起降，最大巡航速度可達550千米/小時，最遠可飛行2000千米，具有良好的軍事應用前景。

該地效飛行器項目曾被蘇聯軍方高度保密，直至20世紀80年代，美國衛(wèi)星捕捉到這個“龐然大物”在海上進行飛行試驗，才被世界各國周知。

與傳統(tǒng)水上飛機相比，地效飛行器具備的優(yōu)勢比較明顯——

低空突防能力更強。地效飛行器可綜合運用各種隱形技術，降低雷達、紅外等物理信號特征，順利越過專為登陸艇、氣墊船設置的垂直障礙，快速突襲敵方目標；

降落范圍更廣。在起落環(huán)境方面，水上飛機只能在水面進行起飛和降落，而地效飛行器既可以在水面進行起飛和降落，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更快。

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

事實上，作為“飛機+船”的組合產物，制造地效飛行器遠不是技術疊加那樣簡單：地效飛行器的外形做大以后，對海況提出了更高的要求。在高速貼海的飛行中，海浪對機體的沖擊是非常致命的，同時地效飛行器的轉向也將更為困難，機動性隨之變差。

在設計方面，世界上目前已知的地效飛行器基本上有著類似水上飛機的船形機身，按照方便在水上滑行、騰空、低飛和降落的條件進行設計。盡管俄羅斯、美國等多國陸續(xù)傳來關于地效飛行器的招標或者立項消息，但迄今為止，除了在一些內陸湖泊中進行規(guī)模極小的實驗性運用外，地效飛行器在世界各國都未實現規(guī)模化應用。

于是，基于地效飛行器的躍升、轉向等關鍵性技術難題短時間內無法被突破，美軍不得不將地效飛行器項目降級，重啟運載能力稍弱、研發(fā)難度更低的水上飛機項目。

重啟水上飛機前路漫漫

按照美軍的設想和要求，其研制的“自由升降機”水上飛機的尺寸和載重將要對標其C-17運輸機，同時兼具兩棲登陸船、水上飛機以及地效飛行器3種載具的能力，能夠在4級海況下完成起降作業(yè)、在5級海況下正常運營，旨在滿足美國國防部的重型運輸需求，為海上部隊運送兩棲車輛和重型貨物。

可想而知，這是一個極具挑戰(zhàn)的目標。

去年2月，針對“自由升降機”原型機設計，美國國防部高級研究計劃局表示，其將在通用原子公司與極光飛行科學公司之間開展競標。競標過程中，兩家公司提出了截然不同的設計方案——

通用原子公司研發(fā)理念十分“激進”，主張采用罕見的雙機身設計，增強“自由升降機”的運載量和抗風浪能力。此外，在機翼設計中，他們還選擇了與傳統(tǒng)運輸飛機和水上飛機差異較大的中翼設計，在機翼后側分散布置12臺渦輪螺旋槳發(fā)動機。同時借助機翼遮蔽發(fā)動機，減少海浪沖擊帶來的影響，獲得最大的升力增益。

值得注意的是，該設計有一個明顯缺點：飛機的中單翼需要貫穿整個機身，這會侵占機艙空間，降低飛機的運載能力。也就是說，雖然通用原子公司的設計能提高飛機的飛行性能，但這需要以犧牲運載能力為代價，同時也對飛機的設計和制造水平提出了更高要求。

相比之下，美國極光飛行科學公司的方案要常規(guī)得多。該公司主張采用單機身、上單翼、梯形尾翼的布局，建議8臺螺旋槳發(fā)動機懸吊在飛機的機翼下方。這種設計更接近于傳統(tǒng)水上飛機的結構。

綜合此前對各種水上運載器具的探索，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公司的方案，在現有水上飛機的基礎上融合地效飛行器的特點進行研發(fā)。

按照其研發(fā)目標，未來“自由升降機”水上飛機一旦研制成功，將具有廣闊的軍事應用前景：從最基礎的跨區(qū)域、遠距離兵力投送，到發(fā)生海上災難事故時向事故海域投送救援物資或者著水救援，再到未來戰(zhàn)場上用于支援特種部隊的滲透、撤離和補給，以及攜帶大量的精確制導彈藥或者小型無人機對敵進行隱蔽攻擊，軍用水上飛機將對提升海上作戰(zhàn)能力發(fā)揮重要作用。

即便如此，從現階段的研發(fā)進程來看，“自由升降機”仍不可避免地要面對并克服水面高速滑行、抗擊風浪、水密隔艙的設計、起降阻力等多重難題。以“自由升降機”為代表的中大型水上飛機，究竟能不能達到其C-17運輸機的服役規(guī)模，能不能實現美軍的全部設計構想，還要拭目以待。