水上飛機(jī)涉水與飛行特性研究

曹濤

摘要：本文從水上飛機(jī)運營環(huán)境出發(fā)，在資料和調(diào)研的基礎(chǔ)上，研究水上飛機(jī)涉水和飛行各階段具體劃分和特點，重點對水上飛機(jī)涉水特性和飛行特性與陸基飛機(jī)的不同之處進(jìn)行研究，為后續(xù)研究這些特點對水上飛機(jī)運營環(huán)境的影響提供技術(shù)支持，增強(qiáng)水上飛機(jī)設(shè)計及持續(xù)安全運營能力。

關(guān)鍵詞：水上飛機(jī)；涉水特性；飛行特性；運營環(huán)境

1 概述

水上飛機(jī)是能在水面上起飛、降落和停泊的多用途通用飛機(jī)，具有低成本、起降環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、機(jī)動性好、用途廣泛等多種優(yōu)勢。水上飛機(jī)相對陸基飛機(jī)而言，需要在水面起降、滑水、停泊，由于風(fēng)向、風(fēng)力、波高、浪速、水底條件、碼頭、水岸地理等影響，飛機(jī)運動狀態(tài)多變，受力模式相對常規(guī)陸基飛機(jī)要復(fù)雜，導(dǎo)致水上飛機(jī)的阻力特性變化大，飛機(jī)的縱向穩(wěn)定性、操縱性都有許多與常規(guī)陸基飛機(jī)不同的特性，此外，還有諸如噴濺、耐波性等特有的特性。在水上飛機(jī)實際運營過程中，這些外界的自然條件往往不是單一作用，而是多個條件同時作用，加上各外界自然條件在飛機(jī)不同階段、不同的水域會有不同的量級，更導(dǎo)致水上飛機(jī)面臨的條件更加復(fù)雜多變。因此需要開展水上飛機(jī)涉水和飛行特性的研究，解決水上飛機(jī)在起降、滑行、停留等方面很多與陸基飛機(jī)不同的、影響安全運營的復(fù)雜問題。

2 水上飛機(jī)涉水特性研究

（1）水上飛機(jī)水靜特性。水上飛機(jī)水靜特性主要包括：浮性、靜穩(wěn)性和抗沉性。浮性是水上飛機(jī)在水面漂浮時，船體（機(jī)身）相對于靜止水面的位置。靜穩(wěn)性是水上飛機(jī)在一定范圍內(nèi)離開平衡狀態(tài)做傾斜運動，當(dāng)引起傾斜的外力消除后，水上飛機(jī)能恢復(fù)至初始水線位置的能力。由于水上飛機(jī)重心位置較高，而浮心較低，當(dāng)飛機(jī)在水面受到干擾后，容易發(fā)生橫向傾斜，可能導(dǎo)致機(jī)翼入水。因此，水上飛機(jī)必須產(chǎn)生橫向穩(wěn)定的恢復(fù)力矩，防止飛機(jī)在水面運動時機(jī)翼觸水，一般在機(jī)翼兩側(cè)設(shè)置浮筒?？钩列允撬巷w機(jī)機(jī)身、船體破損后再次降落在水面，外界水灌進(jìn)破損的隔艙并自由流通的情況下，水上飛機(jī)仍保持一定浮性和穩(wěn)定的能力。

（2）水上飛機(jī)水面滑行特點。水上飛機(jī)在水面運動時，由于受到浮力和水動力的作用而具有不同于陸基飛機(jī)在地面運動的特點。隨著水上飛機(jī)速度的提高，飛機(jī)吃水越來越小，浮力也逐漸減小，而飛機(jī)在水面受到的水動力則是先增大后減??；氣動力隨速度增大逐漸增大。根據(jù)水上飛機(jī)水面運動特點，可把水上飛機(jī)起飛的整個速度范圍劃分為四個階段：航行階段、過渡階段、滑行階段和起飛階段。

①航行階段。主要是以小于阻力峰速度在水面滑行，此階段飛機(jī)的重量幾乎是由靜浮力支撐，其在水面滑行與一般排水型船舶相似。

②過渡滑行。速度在40～75%離水速度之間，此階段飛機(jī)在水面的滑行性能與快艇類似，由于速度的提高，船體水下滑行面能產(chǎn)生很大的流體動升力，并且飛機(jī)的活動舵面在此階段開始起作用。

③速滑階段（斷階滑行）。一般在75～85%離水速度之間，此階段飛機(jī)后體離水，斷階吃水深度明顯減小，飛機(jī)的可操縱性很強(qiáng)。

④起飛階段。飛機(jī)在此階段飛機(jī)調(diào)整好離水姿態(tài)，達(dá)到離水速度便可離水起飛。

（3）水上飛機(jī)水動性能。水上飛機(jī)水動性能分為以下六個方面：快速性、縱向穩(wěn)定性、噴濺特性、抗浪性、操縱性和水載荷。

①快速性?？焖傩允侵革w機(jī)在水面起飛的加速能力，也稱為水阻力性能。

②縱向穩(wěn)定性。水上飛機(jī)縱向運動穩(wěn)定性主要是指水上飛機(jī)在水面做中高速航行和滑行過程中受到干擾出現(xiàn)不穩(wěn)定運動后能恢復(fù)到穩(wěn)定運動狀態(tài)的能力。

③噴濺特性。水上飛機(jī)在水面滑跑過程中，由船體局部區(qū)域向外噴出一系列水花，稱之為噴濺。噴濺可分為兩類：一類是須狀噴濺，一般須狀噴濺很輕，很少會影響飛機(jī)的正常使用；另一類是膜狀噴濺，又稱主噴濺，該類噴濺水量較大、速度較高、對飛機(jī)的危害較大，是水上飛機(jī)噴濺特性的主要研究對象。

④抗浪性?？估诵砸卜Q為耐波性，在波浪上運動的水上飛機(jī)，由于受到波浪的擾動，飛機(jī)在波浪上發(fā)生六自由度的運動，分別為橫搖、縱搖、艏搖和縱蕩、橫蕩和垂蕩。水上飛機(jī)抗浪能力越高，飛機(jī)的出勤率也就越高。這也是衡量水上飛機(jī)性能好壞的最重要指標(biāo)之一。

⑤操縱性。主要是指飛機(jī)在水面滑行時能保持或改變航向、航速和位置的能力，包括航向穩(wěn)定性和回轉(zhuǎn)運動性能。

⑥水載荷。水上飛機(jī)在水面起飛降落過程中，承受了復(fù)雜的水動載荷，如著水撞擊載荷和水面滑行載荷。

3 水上飛機(jī)飛行特性研究

一般來說，當(dāng)水上飛機(jī)升空以后，跟普通的陸上飛機(jī)的飛行特性沒有差異。不過因為浮筒、支柱以及相關(guān)部件在飛行中所造成的阻力，水上飛機(jī)無論是爬升或是巡航的速度，都會比陸基同等級飛機(jī)要慢。

3.1 起飛階段

水上飛機(jī)的起飛過程實質(zhì)上是水動力逐漸減小、氣動力逐漸增大的過程。在起飛前，水上飛機(jī)通常在地面做好一切檢修工作，然后起動發(fā)動機(jī)滑行入水。入水后，飛行員操縱飛機(jī)對準(zhǔn)航向，然后進(jìn)行起飛滑跑。此時，水上飛機(jī)的重力由船身（或浮筒）底部的水動力升力和機(jī)翼的升力共同平衡。當(dāng)速度和升力增大時，機(jī)身抬起，只用機(jī)身后段著水，這樣飛機(jī)就能以最小的摩擦力滑過水面。而當(dāng)速度增大到使水上飛機(jī)的重力全部由氣動升力平衡時，水上飛機(jī)即離開水面起飛。

3.2 降落階段

水上飛機(jī)的降落過程類似于陸基飛機(jī)，即轉(zhuǎn)入降落航向，降低高度，收油門減速，放下襟翼、副翼，直至入水降落。由于水上飛機(jī)的飛行速度比陸基飛機(jī)小，再加上水阻力比空氣阻力大得多，所以現(xiàn)在水上飛機(jī)無需設(shè)置阻力板和加裝阻力傘，便可在較短的距離內(nèi)停下來。

4 結(jié)語

本文從水上飛機(jī)的特點出發(fā)，對水上飛機(jī)與陸基飛機(jī)不同的水靜特性、水面滑行特性、水動性能、起飛和降落階段進(jìn)行了研究與分析對比，為水上飛機(jī)運營環(huán)境對水上飛機(jī)涉水和飛行特性的影響研究提供技術(shù)支持，保證持續(xù)增強(qiáng)水上飛機(jī)設(shè)計及持續(xù)安全運營能力，增強(qiáng)水上飛機(jī)運營環(huán)境的適應(yīng)能力。

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