既能上天飛行，也能踏海遨游，我國完全自主研制的AG600“鯤龍”飛機，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，“鯤龍”為滿足我國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，獲頒中國民航局型號合格證；5月6日，批產(chǎn)首架機總裝下線；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，都是摸著石頭過河。”中國航空工業(yè)集團AG600系列總設(shè)計師黃領(lǐng)才在接受科技日報記者采訪時說，歷經(jīng)15載，研發(fā)團隊突破110項關(guān)鍵技術(shù)，成功構(gòu)建大型水陸兩棲飛機的核心技術(shù)體系，填補了我國在該領(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)團隊給“鯤龍”設(shè)計了四個呈“田”字形擺放的大水箱，加起來足足可容納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”。起初，這在中國航空工業(yè)集團通飛華南研發(fā)中心總體部部長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’接入兩個前水箱，另一路從頂部繞過前水箱，接入兩個后水箱。”
在程志航看來，前后水箱同時汲水，自然就能提升效率。但試驗了幾次之后，結(jié)果卻與想象的完全不同。
“四個水箱緊挨在一起，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題，團隊先后改換過七八種設(shè)計方案。更改汲水管排布，不行；調(diào)整管徑設(shè)計，不行；用水槍加壓，還是不行……
一籌莫展之際，一位團隊成員偶然談及，很久以前，他在海底水體力學(xué)的某項研究中觀察到，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反彈，形成一個個漩渦。
“‘鯤龍’汲水時，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)]有放過這個偶然的猜想，立即著手進(jìn)行汲水仿真模擬。很快，團隊發(fā)現(xiàn)汲水管內(nèi)果然存在著復(fù)雜的渦流。正是因為涌進(jìn)來的水流夾雜著空氣高速旋轉(zhuǎn)，才錯過了進(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)過多次的仿真計算和觀察研究，團隊在汲水管分叉處尋找到最合適的位置，添加上精心設(shè)計的導(dǎo)流片，強制部分水流進(jìn)入后水箱。如此一來，極速的水流幾乎能夠同時填滿4個水箱。
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，水陸兩棲飛機不僅能從地面起飛，還要具備從水上起飛的能力。研發(fā)團隊很早就在試驗中注意到，“鯤龍”從水面起飛時，離水速度總是偏小，直接威脅到飛機起飛安全。
為此，團隊翻遍了國內(nèi)外水陸兩棲飛機的設(shè)計資料，尋找解決方案，甚至連幾十年前的“老古董”也沒放過。
無數(shù)次地翻閱，終于換來了一個全新思路。中國航空工業(yè)集團特飛所水動力研究中心主任吳彬發(fā)現(xiàn)了一篇不尋常的文獻(xiàn)。
“飛機從地面起飛時，起落架的前輪一旦離地，就要‘拉桿’將飛機拉升起飛。當(dāng)飛機‘抬頭’超過某一特定高度后，即便飛行員發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)失效等危險故障，也不能再次把前輪和主輪壓回地面。”吳彬告訴記者，這可以說是飛機起飛時必須遵循的“鐵律”。否則，飛機就可能出現(xiàn)起落架斷裂，引發(fā)“摔機”等重大事故。
“但這篇關(guān)于水上飛機起降的文獻(xiàn)提出，在幾種特定情況下，飛機從水上起飛加速時，遇到異常情況可以再次沉回水面。”吳彬仿佛淘到了寶，“沒想到還可以這樣操作！”
經(jīng)過多次仿真模擬與水池試驗后，大家驚喜地發(fā)現(xiàn)，柔軟的水體不僅不會像堅硬的跑道那樣，給飛機造成二次沖擊，還能讓飛機“落回去”比“飛起來”更安全。
可當(dāng)團隊決定在實機試飛中驗證這一理論時，常年從地面起降的試飛員卻顧慮重重：“風(fēng)險太大了！出了事故，誰能負(fù)起這個責(zé)任？”
“別說試飛員了，很多老專家當(dāng)時都無法接受這個觀點。”吳彬完全理解試飛員的想法，“但我們對自己的試驗結(jié)果有信心！”
為了打消試飛員的顧慮，團隊把試驗結(jié)果捧到試飛員面前，一遍遍“掰開了揉碎了”解釋試驗的科學(xué)性、可行性。試飛員最終被團隊的真誠和嚴(yán)謹(jǐn)打動。實際試飛結(jié)果與預(yù)想的完全一致，相關(guān)試驗科目順利通過。
在此基礎(chǔ)上，團隊構(gòu)建出“水上起降速度”等多項指標(biāo)符合安全標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計規(guī)范，一套全新的飛機水上安全起降準(zhǔn)則隨之誕生。
“試”出氣水動融合布局
“鯤龍”既要會飛，又要會游，但空氣和水的密度相差近800倍，這對飛機整體的氣水動融合布局設(shè)計提出了前所未有的高要求。
“‘開荒’沒有捷徑，我們就用‘土辦法’慢慢磨！”黃領(lǐng)才帶著研發(fā)團隊，按照設(shè)置關(guān)鍵參數(shù)、生成布局初樣、試驗修正等一系列步驟，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山頭，抬眼一望，嚯！還有好多山頭。”
主起落架的整流罩設(shè)計，就是其中最難爬的“山頭”之一。
“鯤龍”機身下部為船型，需要設(shè)計一個整流罩“外衣”，將收起的主起落架包裹起來，減小氣動阻力。然而，主起落架的整流罩與機翼位置較近，二者之間額外多出一個氣流通道，有可能導(dǎo)致飛機橫航向失穩(wěn)，影響飛行安全。
整流罩前部改型、翼身修型、翼根處修型……團隊進(jìn)行了無數(shù)次分析和試驗，最終“試”出了一個答案——在機翼前下方的機身側(cè)面增加導(dǎo)流裝置對氣流進(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)計方案里，加上這個變量，也許會帶來飛機阻力增加等一系列難以想象的“蝴蝶效應(yīng)”。
“當(dāng)時是懷著無比忐忑的心情去做實機試飛的。”直到現(xiàn)在，程志航回憶起來還心有余悸，所幸得益于團隊在設(shè)計伊始就充分考慮到氣水動特性，試飛一切順利！“我們有驚無險地爬過了這個山頭！”
總體設(shè)計的那3年里，僅風(fēng)洞、水動試驗，團隊就開展了3萬余次，氣水動融合布局被團隊硬生生“試”了出來，為“鯤龍”展翼騰飛打下了堅實基礎(chǔ)。
“我們始終牢記‘鯤龍’水上首飛成功時，習(xí)近平總書記勉勵大家‘繼續(xù)為滿足我國應(yīng)急救援體系和國家自然災(zāi)害防治體系建設(shè)需要、實現(xiàn)建設(shè)航空強國目標(biāo)而奮斗’的殷切囑托。”黃領(lǐng)才說，“未來，我們將繼續(xù)為增強‘鯤龍’的實戰(zhàn)應(yīng)用能力加倍努力，為國家應(yīng)急救援體系建設(shè)貢獻(xiàn)力量！”