既能上天飛行，也能踏海遨游，我國(guó)完全自主研制的AG600“鯤龍”飛機(jī)，正是這樣的“跨界”航空裝備。作為全球起飛重量最大的民用水陸兩棲飛機(jī)，“鯤龍”為滿足我國(guó)森林滅火和水上救援的需要而誕生。
近期，“鯤龍”喜訊頻傳——4月20日，獲頒中國(guó)民航局型號(hào)合格證；5月6日，批產(chǎn)首架機(jī)總裝下線；5月18日，順利完成生產(chǎn)試飛；6月11日，獲頒中國(guó)民航局生產(chǎn)許可證。
“從藍(lán)圖到適航，‘鯤龍’振翅的每一步，都是摸著石頭過(guò)河。”中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)AG600系列總設(shè)計(jì)師黃領(lǐng)才在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說(shuō)，歷經(jīng)15載，研發(fā)團(tuán)隊(duì)突破110項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，成功構(gòu)建大型水陸兩棲飛機(jī)的核心技術(shù)體系，填補(bǔ)了我國(guó)在該領(lǐng)域的空白。
解決上水不均難題
森林滅火是“鯤龍”的主要任務(wù)之一，載水量則是影響滅火效率的關(guān)鍵。為此，研發(fā)團(tuán)隊(duì)給“鯤龍”設(shè)計(jì)了四個(gè)呈“田”字形擺放的大水箱，加起來(lái)足足可容納12噸水。
一旦發(fā)生火情，“鯤龍”必須迅速“喂飽”自己奔赴“戰(zhàn)場(chǎng)”。起初，這在中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)通飛華南研發(fā)中心總體部部長(zhǎng)程志航眼里并不算件難事：“我們把連接水面和水箱的汲水管從中間分叉，一路從‘腰間’接入兩個(gè)前水箱，另一路從頂部繞過(guò)前水箱，接入兩個(gè)后水箱。”
在程志航看來(lái)，前后水箱同時(shí)汲水，自然就能提升效率。但試驗(yàn)了幾次之后，結(jié)果卻與想象的完全不同。
“四個(gè)水箱緊挨在一起，眼瞅著前水箱幾秒就填滿了，可后水箱就是不上水。”這讓程志航心急如焚。裝不滿水，有再大的“胃”也是徒勞。
為了解決前后水箱上水不均的問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)先后改換過(guò)七八種設(shè)計(jì)方案。更改汲水管排布，不行；調(diào)整管徑設(shè)計(jì)，不行；用水槍加壓，還是不行……
一籌莫展之際，一位團(tuán)隊(duì)成員偶然談及，很久以前，他在海底水體力學(xué)的某項(xiàng)研究中觀察到，當(dāng)海底密閉箱體出現(xiàn)破洞，沖進(jìn)箱體的高速水柱撞到后箱壁會(huì)反彈，形成一個(gè)個(gè)漩渦。
“‘鯤龍’汲水時(shí)，水流速度高達(dá)40米/秒，是不是汲水管內(nèi)部也存在回旋漩渦現(xiàn)象，從而阻礙了汲水。”程志航?jīng)]有放過(guò)這個(gè)偶然的猜想，立即著手進(jìn)行汲水仿真模擬。很快，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)汲水管內(nèi)果然存在著復(fù)雜的渦流。正是因?yàn)橛窟M(jìn)來(lái)的水流夾雜著空氣高速旋轉(zhuǎn)，才錯(cuò)過(guò)了進(jìn)入后水箱的分支管道，全部涌入了前水箱。
弄清“疾癥”所在后，難題迎刃而解。經(jīng)過(guò)多次的仿真計(jì)算和觀察研究，團(tuán)隊(duì)在汲水管分叉處尋找到最合適的位置，添加上精心設(shè)計(jì)的導(dǎo)流片，強(qiáng)制部分水流進(jìn)入后水箱。如此一來(lái)，極速的水流幾乎能夠同時(shí)填滿4個(gè)水箱。
現(xiàn)在，僅需20秒，“鯤龍”就可從水面汲水12噸，汲水效率達(dá)到世界先進(jìn)水平。
打破陸地起降“鐵律”
顧名思義，水陸兩棲飛機(jī)不僅能從地面起飛，還要具備從水上起飛的能力。研發(fā)團(tuán)隊(duì)很早就在試驗(yàn)中注意到，“鯤龍”從水面起飛時(shí)，離水速度總是偏小，直接威脅到飛機(jī)起飛安全。
為此，團(tuán)隊(duì)翻遍了國(guó)內(nèi)外水陸兩棲飛機(jī)的設(shè)計(jì)資料，尋找解決方案，甚至連幾十年前的“老古董”也沒(méi)放過(guò)。
無(wú)數(shù)次地翻閱，終于換來(lái)了一個(gè)全新思路。中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)特飛所水動(dòng)力研究中心主任吳彬發(fā)現(xiàn)了一篇不尋常的文獻(xiàn)。
“飛機(jī)從地面起飛時(shí)，起落架的前輪一旦離地，就要‘拉桿’將飛機(jī)拉升起飛。當(dāng)飛機(jī)‘抬頭’超過(guò)某一特定高度后，即便飛行員發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)失效等危險(xiǎn)故障，也不能再次把前輪和主輪壓回地面。”吳彬告訴記者，這可以說(shuō)是飛機(jī)起飛時(shí)必須遵循的“鐵律”。否則，飛機(jī)就可能出現(xiàn)起落架斷裂，引發(fā)“摔機(jī)”等重大事故。
“但這篇關(guān)于水上飛機(jī)起降的文獻(xiàn)提出，在幾種特定情況下，飛機(jī)從水上起飛加速時(shí)，遇到異常情況可以再次沉回水面。”吳彬仿佛淘到了寶，“沒(méi)想到還可以這樣操作！”
經(jīng)過(guò)多次仿真模擬與水池試驗(yàn)后，大家驚喜地發(fā)現(xiàn)，柔軟的水體不僅不會(huì)像堅(jiān)硬的跑道那樣，給飛機(jī)造成二次沖擊，還能讓飛機(jī)“落回去”比“飛起來(lái)”更安全。
可當(dāng)團(tuán)隊(duì)決定在實(shí)機(jī)試飛中驗(yàn)證這一理論時(shí)，常年從地面起降的試飛員卻顧慮重重：“風(fēng)險(xiǎn)太大了！出了事故，誰(shuí)能負(fù)起這個(gè)責(zé)任？”
“別說(shuō)試飛員了，很多老專家當(dāng)時(shí)都無(wú)法接受這個(gè)觀點(diǎn)。”吳彬完全理解試飛員的想法，“但我們對(duì)自己的試驗(yàn)結(jié)果有信心！”
為了打消試飛員的顧慮，團(tuán)隊(duì)把試驗(yàn)結(jié)果捧到試飛員面前，一遍遍“掰開(kāi)了揉碎了”解釋試驗(yàn)的科學(xué)性、可行性。試飛員最終被團(tuán)隊(duì)的真誠(chéng)和嚴(yán)謹(jǐn)打動(dòng)。實(shí)際試飛結(jié)果與預(yù)想的完全一致，相關(guān)試驗(yàn)科目順利通過(guò)。
在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建出“水上起降速度”等多項(xiàng)指標(biāo)符合安全標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)規(guī)范，一套全新的飛機(jī)水上安全起降準(zhǔn)則隨之誕生。
“試”出氣水動(dòng)融合布局
“鯤龍”既要會(huì)飛，又要會(huì)游，但空氣和水的密度相差近800倍，這對(duì)飛機(jī)整體的氣水動(dòng)融合布局設(shè)計(jì)提出了前所未有的高要求。
“‘開(kāi)荒’沒(méi)有捷徑，我們就用‘土辦法’慢慢磨！”黃領(lǐng)才帶著研發(fā)團(tuán)隊(duì)，按照設(shè)置關(guān)鍵參數(shù)、生成布局初樣、試驗(yàn)修正等一系列步驟，反復(fù)迭代和摸索，一“試”就是三年多，“難題一茬接一茬，就像爬山一樣。好不容易爬上了這個(gè)山頭，抬眼一望，嚯！還有好多山頭。”
主起落架的整流罩設(shè)計(jì)，就是其中最難爬的“山頭”之一。
“鯤龍”機(jī)身下部為船型，需要設(shè)計(jì)一個(gè)整流罩“外衣”，將收起的主起落架包裹起來(lái)，減小氣動(dòng)阻力。然而，主起落架的整流罩與機(jī)翼位置較近，二者之間額外多出一個(gè)氣流通道，有可能導(dǎo)致飛機(jī)橫航向失穩(wěn)，影響飛行安全。
整流罩前部改型、翼身修型、翼根處修型……團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了無(wú)數(shù)次分析和試驗(yàn)，最終“試”出了一個(gè)答案——在機(jī)翼前下方的機(jī)身側(cè)面增加導(dǎo)流裝置對(duì)氣流進(jìn)行“分流”，從而改善“鯤龍”的橫航向特性。
即便有了解決辦法，大家也不敢“高興得太早”——畢竟導(dǎo)流裝置并不在最初的設(shè)計(jì)方案里，加上這個(gè)變量，也許會(huì)帶來(lái)飛機(jī)阻力增加等一系列難以想象的“蝴蝶效應(yīng)”。
“當(dāng)時(shí)是懷著無(wú)比忐忑的心情去做實(shí)機(jī)試飛的。”直到現(xiàn)在，程志航回憶起來(lái)還心有余悸，所幸得益于團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)伊始就充分考慮到氣水動(dòng)特性，試飛一切順利！“我們有驚無(wú)險(xiǎn)地爬過(guò)了這個(gè)山頭！”
總體設(shè)計(jì)的那3年里，僅風(fēng)洞、水動(dòng)試驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)就開(kāi)展了3萬(wàn)余次，氣水動(dòng)融合布局被團(tuán)隊(duì)硬生生“試”了出來(lái)，為“鯤龍”展翼騰飛打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
“我們始終牢記‘鯤龍’水上首飛成功時(shí)，習(xí)近平總書(shū)記勉勵(lì)大家‘繼續(xù)為滿足我國(guó)應(yīng)急救援體系和國(guó)家自然災(zāi)害防治體系建設(shè)需要、實(shí)現(xiàn)建設(shè)航空強(qiáng)國(guó)目標(biāo)而奮斗’的殷切囑托。”黃領(lǐng)才說(shuō)，“未來(lái)，我們將繼續(xù)為增強(qiáng)‘鯤龍’的實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用能力加倍努力，為國(guó)家應(yīng)急救援體系建設(shè)貢獻(xiàn)力量！”