由AG600M仿真模型探究水陸兩棲飛機設計

戴琛

2023年2月23日，中國航空工業文化中心研發項目——1/12AG600M大型仿真縮比模型飛機在江西贛州成功完成首飛。這架仿真模型首飛全程飛行時間5分鐘，完成了本場起降航線飛行、動力測試、起落架收放、襟翼測試、氣動剎車測試以及航電系統測試，所有系統工作正常，首飛任務順利完成。

AG600M仿真模型采用全復合材料輕量化工藝制作，機身長3.08米、翼展3.23米、起飛重量28.5千克，可用于航空文化會展、科普活動中的靜態展示以及飛行表演、科普教學和科研實驗等。

總體設計

這架仿真模型是以AG600M全狀態新構型滅火飛機為原型，結合航空模型和無人飛行器設計原理進行二次設計開發的縮比飛行器。研發之初，項目團隊就對AG600M真機進行了仔細研究，經反復技術論證，最終確定了模型的外形尺寸、機翼翼型、機翼面積等氣動參數，力求在外觀上盡量接近真機。

“船身”設計

水陸兩棲飛機經常被戲稱為“會游的飛機、會飛的船”，水上起降性能一直是水陸兩棲飛機設計的難點。常見的水陸兩棲飛機通常有兩種機身布局，一種是在傳統飛機的機身下加裝浮筒，其大多由小型飛機改裝而成，常用于水面觀光旅游或在島嶼眾多的國家和地區執行短途運輸任務；另一種則采用船身式設計，即機體本身就被設計成船身的樣式，通常只在一些大型或專用機型上采用，可執行多種任務。AG600就是一款典型的船身式水陸兩棲飛機，可承擔滅火、水上救援等工作。特別是AG600M新構型滅火飛機，其船身式機身可在水面汲水進行滅火，這是浮筒式兩棲飛機無法做到的。

因為水面環境較陸地復雜得多，所以船身式水陸兩棲飛機在外形、結構、重量等方面較傳統飛機有著更高的設計要求。眾所周知，水是一種常見的流體，具有不穩定性。水陸兩棲飛機在水面滑行時，受水面波浪起伏的影響，會像船只一樣發生劇烈的搖擺。水的密度是空氣密度的近800倍，在同等條件下，水的阻力遠大于空氣的阻力，水陸兩棲飛機在水上起降時，機體會承受巨大的壓力。水面上的氣流環境也是影響水陸兩棲飛機安全起降的重要因素之一，在水面附近風向、風力較陸地上更加復雜多變，甚至會導致螺旋槳推力不穩定。此外，水陸兩棲飛機在水面高速運動時，“噴濺”出的水花會對螺旋槳、機翼、襟翼等部件造成沖擊，嚴重的可能導致飛機結構發生損壞。

AG600M機身采用了多曲變截面的船身式設計，巧妙地將抗浪斷階融入到大長寬比的機身設計中，使其具有優異的水上起降性能。仿真模型真實還原了這些設計細節，就連船身底部的抑波板結構細節都不放過。

動力系統設計

AG600M真機的動力系統采用了4臺國產渦槳發動機，在仿真模型的設計之初，項目團隊也考慮過選用微型渦槳發動機，力求在動力類型上也盡可能準確還原。但即使采用市面上可以買到的最小的渦槳發動機KINGTECHK30TP作為仿真模型的動力，模型的尺寸也會嚴重超標，機身將接近6米，不僅會顯著增加開發和制作成本，也會給模型的運輸和使用的便捷性帶來困難。

為此，項目團隊不得不放棄微型渦槳發動機動力方案。經多方考慮，最終選用了直流無刷電機作為動力裝置。參照真機螺旋槳外形進行計算，并綜合考慮多發螺旋槳飛機的滑流問題，項目團隊定制開發了一套適合這款大比例仿真模型使用的動力系統，在提高仿真度的同時，順利解決了沒有渦槳發動機的問題。

收放式起落架設計

收放式起落架是AG600M仿真模型設計中的最大難點之一。首先，其收放結構和收放過程較一般的飛機復雜很多，市面上找不到合適的成品可供AG600M仿真模型使用。項目團隊對真機起落架進行了仔細研究，結合機械設計原理，開發出一套采用氣動操作系統的仿真收放起落架，完美還原了真機起落架的結構與功能，在實際試飛過程中收獲了滿意的效果。其次，還要考慮收放設備的防水問題，這也是普通模型上很少遇到的問題。

作為我國大飛機三劍客之一，AG600是為滿足森林滅火和水上救援的迫切需要，首次研制的大型特種用途民用飛機，也是目前世界在研的最大水陸兩棲飛機，具有載重量大、航程遠、續航時間長等特點。它既能在陸地上起降，又能在水面上起降，可在水源與火場之間多次往返投水滅火，森林滅火、特種滅火效率高，20秒內可一次汲水12噸，單次投水救火面積達4000余平方米。此外，其海上救援能力強，可快速響應、快速到達，在復雜氣象條件下實施救援行動，起降抗浪能力不低于2米，可一次救助50名海上遇險人員。