水上飛機的故事

韓文斌　程昭武

水上飛機是指可以在水上起飛和降落的飛機。而兼有陸上起降能力的水上飛機,也叫作水陸兩用飛機或兩棲飛機。萊特兄弟發明飛機后,不久就有人開始嘗試對水上飛行器的設計與試驗,世界上真正的第一架水上飛機是1910年出現的,至今已整整九十年。九十年來,水上飛機經過了從開端、發展、衰落和復蘇的歷史過程,也曾有過比較輝煌的黃金時段。本文講述的就是水上飛機興衰發展的歷史故事。

水上飛機的開端

1905年7月18日,法國年輕的建筑師加布里埃爾·瓦贊(1880～1973年)駕駛著一架水上滑翔機,在塞納河上進行了拖曳試驗。試驗使用的滑翔機是由律師阿奇迪肯(1863～1984年)和著名的航空先驅者布萊里奧(1872～1936年)贊助設計的。雖然它并不成功,但是具有開創性,對后人很有啟發。

另一位法國青年法布爾(1882～1984年),自從目擊瓦贊的試驗之后,就開始研制浮筒式水上飛機。1910年3月28日,法布爾設計的鴨式水上飛機,在他的家鄉——馬塞附近馬爾提格港的海面上,起飛成功。這就是世界上的第一架有動力的水上飛機。

實用的水上飛機是由美國人寇蒂斯(1878～1930年)首先研制的。這種D型平底浮筒式水上飛機,于1911年1月26日首次試飛成功。1912年,他又設計了E型船身式水上飛機。1914年,還研制成功H型雙發船身式水上飛機。這種H型水上飛機,美國海軍購買了124架,是世界上第一種大批量生產的水上飛機。

跟隨寇蒂斯學習飛行的美籍華人譚根,于1914年春,制成了一架既可在水上起降,也可在陸上起落的水陸兩用飛機。譚根帶該機在馬尼拉進行飛行表演時,當地華僑團體授予他銀質獎杯。1914年4月12日,《馬尼拉時報》發表章,稱贊他是“世界上最勇敢的中國人”。

美國著名的波音飛機公司,在1916年初創時的第一種產品就是浮筒式水上飛機。而當時波音公司的總工程師也是中國人,他就是中國航空的先驅之一王助。

一戰中的水上飛機

在第一次世界大戰前,許多著名的飛機制造工廠已經成功地研制了一大批水上飛機,如1913年,法國專門設計了發射魚雷的“博雷爾”型浮筒式水上飛機;同年,英國的肖特公司發明了機翼可以折疊的肖特166型浮筒式水上飛機;其改進型肖特184型水上飛機,在第一次世界大戰中成為有效的海戰進攻武器。如1915年8月12日,在馬爾馬拉海上的加利波利戰斗中,由軍艦攜載的肖特型水上飛機,用魚雷擊沉了土耳其的補給船。

第一次世界大戰的前夕,英國索普威斯公司設計的“蝙蝠船”型水上飛機,機身腹部采用V型剖面,并設有斷階和水舵。這樣,既可以減小飛機起飛離水時的阻力,又便于在水上滑行,反映了當時對水動力特性的研究成果。它的發動機和推進式螺旋槳安裝在機身上面很高的位置,這是為了防止海水噴濺損壞螺旋槳和腐蝕發動機。“蝙蝠船”型水上飛機還裝有可收放的起落架,是世界上第一種實用的水陸兩用飛機。

在第一次世界大戰中,水上飛機主要被海軍用來執行偵察和炮校任務。一般由戰艦攜載,在海面上起降,被稱為艦隊的“眼睛”。

“施奈德”杯水上飛機比賽

施奈德(1879～1928年)是法國一個鋼鐵和軍火商的繼承人,但他對經營產業不感興趣,而對賽艇和飛行非常熱衷。1909年,年已30歲的施奈德開始向布萊里奧學習飛行。不幸的是,他在一次海上事故中受傷致殘,從此再不能駕駛飛機。不過,并沒有影響他對航空和飛行事業的興趣和關心。

1911年,法國海軍軍官科諾參加了一個國際競速飛行比賽,由于缺乏海軍專用飛機,只好用陸基飛機代替。施奈德認為這種現象不正常,為了促進水上飛機的發展,滿足海軍的需要,于是由他發起,組織了以他的名字命名的“施奈德”杯國際水上飛機競速飛行比賽。這項飛行賽事每年舉行一次,凡三次獲勝的國家,即可贏得“施奈德”獎杯。

1913年,在第一次“施奈德”杯國際水上飛機競速比賽中,法國的一架“德佩迪桑”型水上飛機獲勝,成績為73.7公里/小時。1931年9月13日,在英國舉行的“施奈德”杯飛行比賽中,一架休潑馬林S.6B型水上飛機創造了655.6公里/小時的飛行速度世界紀錄。1934年,意大利的馬基MC72型水上飛機又創造了709.209公里/小時新紀錄,這一紀錄一直保持到1988年才被打破。

“施奈德”杯水上飛機競速飛行活動,促進了飛機的氣動力和水動力學方面的研究工作,對水上飛機和陸基飛機的設計都產生了好的影響,如英國在第二次世界大戰中著名的“噴火”式戰斗機,就是在休潑馬林S.6B型水上飛機基礎上設計成功的。

水上飛機的黃金時代

兩次世界大戰之間,民用航空的興起,給水上飛機的進一步發展帶來了契機。相對陸基飛機而言,水上飛機主要有兩個優點:一是可在水上起飛著陸,可不受陸上機場跑道長度的限制;二是在長距離越洋飛行中,水上飛機比當時的陸基飛機更安全。

1919年5月,美國海軍飛行員里德少校駕駛寇蒂斯公司的NC-4型水上飛機,首次完成了分段飛越大西洋的飛行。

1924年4月6日至9月28日,四架道格拉斯DWC型水陸兩用飛機,由美國陸軍飛行員駕駛,進行分段、編隊環球飛行。其中有兩架飛機完成了預期的飛行任務,總共歷時175天。

在第二次世界大戰之前,世界上的洲際遠程旅客機,大多數是裝有多臺發動機的船身式水上飛機。德國的道尼爾公司在1929年生產的Do.X“飛船”水上飛機,共裝有12臺發動機,兩臺為一組,一共六組。飛機總重為55噸。這種飛機按規定可載客70～80人,但在一次飛行中載客量竟達到169人,是航空史上載客量首次突破100人的飛機。Do.X型水上飛機總共只生產了三架原型機,其中一架于1931年8月27日曾從德國飛到美國紐約。

1934年12月30日,美國馬丁M-130“中國飛剪”型船身式水上飛機首次飛行。該機裝有四臺各380馬力的發動機,可以載客46人和6名機組人員,是著名的跨越太平洋飛行的旅客機。機身下部兩側有一對面積不大的小翼,飛行中它不但有利于提高升力,而且在水面起飛滑行時,可使飛機保持穩定,壓制浪花。

1938年6月7日,波音公司的B314“快船”水上飛機首次試飛成功。除道尼爾Do.X飛機之外,該機是當時最豪華的跨大西洋飛行的航班客機。它分有上下兩層,共9個機艙,可載乘客74人,外加10名機組人員。夜間飛行時,它可以設置36～38個臥鋪,甚至還有餐廳和化妝室。

水上飛機的衰落

在第二次世界大戰中,由于艦載飛機的發展,對于水飛機的需要已經不那么迫切。在這一期間,水上飛機主要用來執行海岸巡邏、反潛和水上救援等任務。當時用于執行這些任務的水上飛機有英國的肖特“森德蘭”、美國的馬丁PBM-3“水手”和德國的道尼爾Do.24等。

到第二世界大戰之后,新型的噴氣式客機開始出現,使仍采用活塞螺槳發動機的海上“飛船”相形見絀。于是又有人開始嘗試在水上飛機上采用噴氣式發動機。

1947年7月16日,英國率先試飛了裝有噴氣式發動機的水上飛機桑德斯-羅S.R.A/1。它的最大飛行速度可以達到805公里/小時。只生產了三架原型機就放棄了研制計劃,因為在試飛中發現,水上飛機特有的船形機身影響了飛機的飛行速度和機動特性。

同一年的11月2日,美國的億萬富翁休斯(1905～1976年)駕駛其公司制造的H-4(即HK-1)“大力士”全木制水上飛機從長灘起飛。這架裝有8臺發動機、重181噸的龐然大物,只飄離水面很短的距離,就結束了它的飛行生涯。

1953年4月9日,美國康維爾公司研制的XF2Y-1“海上標槍”型三角翼無尾水上噴氣戰斗機的試驗機,成功地進行了首次試飛。它是利用可收放的滑橇在水上起降的。1954年8月3日,該機在俯沖過程中還超過了音速。不幸的是,三個月之后,這架飛機在圣迭戈海灣上空飛行時,突然在空中爆炸,試飛員里奇伯格當場喪生。關于水上戰斗機的嘗試也從此結束。

水上飛機的復蘇

我們都知道,地球表面有70%以上都是水。在這種自然條件下,能在水面起降的飛行器自然有其優勢。水上飛機就是可在水面上起降的飛行器,雖然它在直接用于作戰方面存在局限性,但并不妨礙它在其它領域的發展,如滅火、反潛和海上救援等等。

在上個世紀60年代,加拿大研制了一種CL-215型水陸兩用多用途飛機。它在用于滅火時,只在水面上掠過,就可將容積為6132升的水箱吸滿,然后爬升到15米高度,再飛往災區。整個過程只需要10秒鐘,而在地面要完成這項工作,至少要1分30秒。按照設計,這種飛機一天可投水100多次,總投水量超過54萬升。1983年在南斯拉夫,一架CL-215飛機達到過一天投水225次,總投水量1227450升的記錄。目前世界上有很多國家都使用這種飛機。1994年,CL-415型飛機問世,它是該系列飛機的第三代產品。

1963年,日本的新明和工業公司(1949年以前為川崎公司)開始研制PS-1型反潛水上飛機。在設計中,他們采用了許多先進的增升和抗浪措施。其中包括利用四臺渦輪螺旋槳動力裝置的滑流覆蓋大部分機翼;采用前緣縫翼和大面積后緣襟翼;而且專設一強渦輪軸發動機提供氣源,在襟前緣和方向舵上吹氣,以控制附面層的分離。這種飛機的著水速度只87公里/小時,可以在風速25米/秒、浪高3米的條件下順利著水。它的最大平飛速度為547公里/小時,是最小飛行速度的6倍,而普通渦輪螺旋槳飛機的這一比值大約是3～4倍。由此可見其機翼增升措施的效率是很高的。1967年10月5日,PS-1飛機首次試飛,總共生產了24架飛機,其中包括兩架原型機。1990年3月,該機已全部退役,但它的改進型US-1海上搜索救援水陸兩用飛機還在生產。

我國從1968年開始研制SH-5型水上反潛轟炸機。1976年4月3日,其原型機首次水上起降試飛成功。1987年12月16日,用于森林滅火的改型進行了投水試驗。這種飛機裝有四臺國產渦輪螺旋槳發動機,最大功率2316.8千瓦。飛行速度556公里/小時、最大航程4900公里,這兩項性能均優于日本的PS-1飛機。SH-5是目前世界上最大型的渦輪螺旋槳水上飛機,其裝載能力超過伊爾-18,而接近空中客車公司的A320等飛機。若將其改裝成為旅客機,可達到80～100個座位。據介紹,我國的水上飛機設計專家正考慮將其發展成為可供民航和海上資源開發使用的水上飛機。臺灣的航空專家也預測:在已經看好的世界水上飛機市場中,捷足先登的廠家,可能來自加拿大、日本或者是中國。

德國的道尼爾公司于1984年6月17日,首次試飛成功“海星”型水陸兩用運輸機。這種飛機的大部分結構采用碳纖維復合材料,較好地解決了水上飛機在耐腐蝕和抗疲勞等方面存在的技術難點。它的外形設計構思巧妙,如將兩臺渦輪螺旋槳發動機串置于機翼中央上方。這樣做的優點是,當一臺發動機出現故障時,不會造成很大的偏轉力矩,同時造型看起來也很新穎。“海星”型飛機,雖然是一種只能乘坐12名乘客的小型飛機,但該公司相信以其技術優勢,可以躋身于世界先進水上飛機的行列。在1994年,本來道尼爾公司與馬來西亞達成協議,準備合作生產這種飛機,但由于馬來西亞方面的原因,致使這一合作于1996年終止。

俄羅斯的別里耶夫設計局于1983年開始設計大型噴氣式多用途水陸兩用飛機。該機被命名為A-40“信天翁”,1986年12月8日首次試飛。在原型機試飛中,曾打破14項世界飛行紀錄。A-40飛機裝兩臺渦輪風扇發動機,單臺推力117.7千牛。最大起飛重量86噸,最大平飛速度M0.79。別里耶夫設計局還打算將其發展為反潛、客運、貨運和搜索救援等多種型別。

需要說明的是,A-40雖然很大,但不是世界上唯一的大型噴氣式水上飛機。早在上個世紀50年代,美國的馬丁公司就研制過P6M“海上霸王”噴氣式海軍布雷飛機。它的重量稍小于A-40,但飛行速度可以達到1038公司/小時。不過,由于技術和財政方面存在的問題得不到妥善解決,僅生產了10架原型機后就終止了研制計劃。

別-200是別里耶夫設計局正在研制的水上飛機,也可以說是A-40的縮小型。已于1996年9月11日裝配完畢,現正在進行試飛。■