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中國突破多項水上飛機研製技術難關,並躋身世界領先水平

為何AG600飛機耗時如此之久才得以面世呢?這是因為水上飛機的研製難度十分大。研製一款水上飛機,要同時考慮氣動和水動特性需求,涉及的關鍵技術即我國在AG600研製過程中突破的關鍵技術有:氣—水一體化布局技術、高抗浪船體設計技術、腐蝕防控與水密技術、起落架布局及收放系統安全性設計技術、整體機翼壁板噴丸成型技術、複雜船體製造和成型技術。除此以外,面向承擔任務,AG600還必須突破飛機抗浪性及水動載荷試驗、高精度滅火投水機動和惡劣環境下水面起降飛行試飛、水面搜索和綜合作業保障技術三大難關。這些技術和難關的突破讓我研製水上大飛機的能力躍升到世界領先水平。

氣—水一體化布局技術指的就是綜合考慮水動和氣動特性設計飛機整體構造的技術,AG600沿用普通的水上飛機構型說起來容易,做起來難,在具體設計時,需要對於氣動、水動環境下每個細節進行詳細探索,特別是在水面和空氣交界處的飛機動力特性非常複雜,國內研究尚屬空白。中航工業特種飛機研究所利用水轟-5、A2C水上飛機的研發經驗和自有的高速水動實驗室經過夜以繼日的技術攻關,終於在該技術上有一定突破,但AG600抗浪性也並非由氣-水一體化布局一項技術決定,更為關鍵的是高抗浪設計。

高抗浪設計技術主要針對船體的水動性能,該技術通過對AG600飛機的重心分布、船體幾何形狀進行反覆建模和試驗得到AG600在複雜海況、起飛降落階段最佳的物理形態,達到阻力最小、水花噴濺最少、撞水載荷最低的目的。經過兩種技術的聯合攻關,目前AG600初步達到了2米抗浪特性的指標,但還不如日本US-2飛機的3米抗浪能力。需要強調的是,AG600的這一指標尚不足以滿足海上作業需求,因為我國南海、東海等海域浪高超過2米的天數每年都要超過50%,這就意味著AG600在大多數時間內不能採取落水救援模式。目前,該研究所也正在組織針對提升這一參數的科研攻關,相信不久後就會有實質性進展。

腐蝕防控與水密技術是水上飛機必須要考慮的重點技術。水本身具有鏽蝕作用,海水更是一種海鹽溶液,會不斷加速船體腐蝕過程,海霧、水汽也會對水上飛機的其他部位造成腐蝕,必須採取相應技術降低這種影響,否則就可能影響水上飛機結構的剛度、強度和密閉性。中航通用飛機有限責任公司為解決這一問題綜合採用了抗腐蝕塗層、機體結構特種加工等技術,最大限度的讓海水、海鹽、海霧無法直接與鋼結構機體接觸,延緩腐蝕速度。AG600在機體重要部位都使用了密封性措施,以求達到氣密和水密雙重作用,對於重點部位如鉚接處噴塗了密封劑,達到氣密性效果。而後利用高壓噴射水體檢查改進水密性,最大限度的消除了機體滲水漏水狀況。

AG600的起落架和尋常的陸基飛機起落架有很大不同,這是因為尋常陸基飛機主起落架一般位於機身底部。如果AG600也採取這種方式,那麼機身船體就很可能出現漏水,要防止這種漏水需要的技術難度極大,得不償失,因而克服起落架布局及收放系統安全性設計是AG600研製過程中的一大攔路虎。AG600使用了三點式起落架,前起落架在駕駛艙下部的前起落架艙內,而主起落架則位於機身兩側,由於AG600的機身高而窄,因此主起落架使用懸臂外伸的模式,是國內最高的單支柱起落架,對飛機的氣動和水動特性提出了挑戰。

整體機翼壁板噴丸成型技術指的是在製造飛機機翼壁板時採取高速彈丸噴射材料表面層,使其形成一個特定的物理性狀的鈑金特種工藝加工方法,這種加工的優點是不需要模具,只需要一套樣板,就可以對大型壁板結構直接進行高精度加工。這種加工的優勢還在於可以最大限度保護材料外部,延長疲勞壽命,提高水上飛機外用材料的密閉性,最大限度的減少了鉚釘等易漏水部件的採用。AG600的壁板較薄,為了確保穩定性,生產廠家還組織專門技術力量攻關薄壁加筋壁板的噴完成型技術,最終取得了歷史性突破。

AG600的船體建造工作由西飛和陝飛共同負責製造。特別要強調的是,AG600的機身不規則性很強,機身上部為圓筒結構,下部為船體的V型結構、機頭到機尾之間幾乎沒有直線,這種機身在三維截面上呈現不斷變化趨勢。一旦兩家公司製造精度有絲毫偏差,就難以實現機身的對接準確,進而影響飛機的密閉性。兩家公司利用系統聯網、計算機三維設計模型的方法統一了部件設計參數,實現了圖紙完美對接。

在製造方面,引入數字化柔性工裝和激光跟蹤儀測量技術,最大限度的確保了部件、機體安裝對決的精確性,優秀的完成了這項任務。這種協作模式在我國研製C919和運-20時也普遍被採用,大大節省了飛機的研製製造時間和修改設計圖紙的成本,飛機製造過程中更是形成大量的通用部件,為未來縮短新飛機研製時間打下了堅實的基礎。

除上述技術外,AG600還突破了高精度滅火投水機動和惡劣環境下水面起降飛行技術,該技術的目的是使得森林救火時水體投放達到最佳效果,由於水體投放精度受到風力和飛機投放姿態的影響很深,很難通過數學建模提前得到精確結果。研發團隊的使用的方法是使用地面測量設備,在AG600投水區域的側方和後方不斷測量,對投水區域進行高解析度成像,積累水體擴散速度、擴散範圍的數據,通過總結經驗數據規律修正計算公式,最終突破了該技術。在惡劣環境下水面起降飛行非常困難,中航工業特種飛機研究所通過模擬環境構建水動力、氣動力、駕駛員操縱和飛控等多個模型,反覆對比虛擬環境下的模擬數據和真實環境的實測數據,最終完成了高解析度的大風浪數字模型構建,建立了一整套在該環境下最佳的起降試飛方法和操作流程。

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