水上飛機

水上飛機

水上飛機,是指能在水面上起飛、降落和停泊的飛機。水上飛機分為船身式和浮筒式兩種。水上飛機主要用於海上巡邏、反潛、救援和體育運動。第一架從水上起飛的飛機,是由法國著名的早期飛行家和飛機設計師瓦贊兄弟製造的。這是一架箱形風箏式滑翔機。機身下裝有浮筒。1905年6月6日,這架滑翔機由汽艇在賽納河上拖引著飛入空中。1910年3月28日,世界第一架水上飛機試飛。

基本信息

簡介

水上飛機水上飛機

水上飛機是能在水面上起飛、降落和停泊的飛機,簡稱水機,其中有些同時也能在陸上機場起降的,稱為兩棲飛機。水上飛機分為船身式(即按水面滑行要求設計的特殊形狀的機身)或浮筒式(把陸上飛機的起落架換成浮筒)兩種。兩棲飛機則在船身或浮筒上裝可收放的起落架,在水上起降時收上,在陸上起降時放下。

當水上飛機停泊在水上時,寬大船體所產生的浮力,就會使飛機浮在水面上並且不會下沉。但在需要起飛時,螺鏇槳發動機產生的拉力,就會拖著它以相當快的速度在水面上滑跑。伴隨著速度的不斷增加,機翼上產生的升力慢慢克服了飛機的重力,從而把飛機從水面上逐漸托起來,成為在空中飛行的航船。而在它完成空中任務之後,自然也要重返到水面,從而成為一隻可以在水上滑跑的航船。因此,國外許多人根據水上飛機這一特點,又把它叫做水上飛船或飛機巡洋艦

水機在軍事上用於偵察,反潛和救援活動;在民用方面可用於運輸,森林消防等。水機的主要優點是可在水域遼闊的河、湖、江、海水面上使用,安全性好,地面輔助設施較經濟,飛機噸位不受限制;主要缺點是受船體形狀限制不適於高速飛機,機身結構重量大,抗浪性要求高,維修不便和製造成本高。

水轟5是中國自行研製的水上反潛轟炸機,主要用於近海域的偵察、巡邏、反潛,也可用於對水面艦艇監視和攻擊。經過改裝還可用於滅火。該機研製工作是1968年開始的,第1架於1976年4月首飛,1986年交付使用。水轟5為大展弦比高置上單翼,機翼上裝4台WJ5甲渦槳發動機,最大起飛重量45噸,外翼下有支撐浮筒,雙立尾置於水平尾翼兩端,船形機身前部有抑波槽,兩側有擋水板。機上裝有搜潛反潛

設備,機身後段背部有炮塔,可攜帶魚雷炸彈空對艦飛彈等武器。

早期,水上飛機和陸上飛機是同時發展的。30年代水機發展十分迅速,遠程和洲際飛行幾乎為水機所壟斷,還開闢了橫越大西洋太平洋的定期客運航班。例如,道尼爾公司20年代末研製的DoX是當時世界上最大的水上飛機,機翼上方分6組背靠背地裝12台活塞發動機,最大速度達到224千米/小時,1929年10月曾創造一項載169名乘客飛行的世界紀錄,一直保持了20多年。美國聯合公司30年代研製的PBY—5“卡塔林娜”兩棲飛機在二次大戰中廣泛用作海上巡邏機,生產量達4000架,戰後改作森林消防飛機。戰後水機發展速度放慢,主要代表機種有前蘇聯的別—10和日本的PS—1水上飛機,後者由於採用了附面層吹除襟翼和噴濺抑制槽技術,具有較高的抗浪能力。中國在轟—5的基礎上研製了水轟—5,能執行反潛任務。水上飛機分為船身式即按水面滑行要求設計的特殊形狀的機身或浮筒式把陸上飛機的起落架換成浮筒兩種。兩棲飛機則在船身或浮筒上裝可收放的起落架,在水上起降時收上,在陸上起降時放下。

發明者

第一架從水上起飛的飛機,是由法國著名的早期飛行家和飛機設計師瓦贊兄弟製造的。這是一架箱形風箏式滑翔機。機身下裝有浮筒。1905年6月6日,這架滑翔機由汽艇在賽納河上拖引著飛入空中。

優點及缺點

水上飛機
水上飛機
水機在軍事上用於偵察,反潛和救援活動;在民用方面可用於運輸,森林消防等。水機的主要優點是可在水域遼闊的河、湖、江、海水面上使用,安全性好,地面輔助設施較經濟,飛機噸位不受限制;主要缺點是受船體形狀限制不適於高速飛行,機身結構重量大,抗浪性要求高,維修不便和製造成本高。
4用途
編輯
水上飛機
水上飛機
水轟5是中國自行研製的水上反潛轟炸機,主要用於近海域的偵察、巡邏、反潛,也可用於對水面艦艇監視和攻擊。經過改裝還可用於滅火。該機研製工作是1968年開始的,第1架於1976年4月首飛,1986年交付使用。水轟5為大展弦比高置上單翼,機翼上裝4台WJ5甲渦槳發動機,最大起飛重量45噸,外翼下有支撐浮筒,雙立尾置於水平尾翼兩端,船形機身前部有抑波槽,兩側有擋水板。機上裝有搜潛反潛設備,機身後段背部有炮塔,可攜帶魚雷、炸彈、空對艦飛彈等武器。

海上起降

水上飛機水上飛機

水上飛機可以適應水上、空中兩種不同環境的原因,和它特殊的設計分不開。假如說它是船,但它也像飛機一樣有機身、機翼、尾翼、螺鏇槳以及起落架;假如說它是飛機,但它的機身又是斧刃形的龐大船體。這一獨特的特點,使它成為真正的“全能選手”。

當水上飛機停泊在水上時,寬大船體所產生的浮力,就會使飛機浮在水面上並且不會下沉。但在需要起飛時,螺鏇槳發動機產生的拉力,就會拖著它以相當快的速度在水面上滑跑。伴隨著速度的不斷增加,機翼上產生的升力慢慢克服了飛機的重力,從而把飛機從水面上逐漸托起來,成為在空中飛行的航船。而在它完成空中任務之後,自然也要重返到水面,從而成為一隻可以在水上滑跑的航船。因此,國外許多人根據水上飛機這一特點,又把它叫做水上飛船或飛機巡洋艦。

型態

水上飛機依照與水面接觸的設計方式,可以區分為三類:

浮筒水上飛機

(圖)一般小型水上飛機多採用浮筒型設計一般小型水上飛機多採用浮筒型設計

浮筒水上飛機(Floatplane)一般多是小型飛機所採用,在機身下方裝有一或兩個浮筒,將機身與水面分離,有些飛機在機翼兩邊還裝有小型輔助浮筒,以避免飛機因為往兩側傾斜還有翻覆的危險。

只有一個浮筒設計的水上飛機,浮筒位於機腹正下方。兩個浮筒設計的,則是分別位於機腹兩側的位置。

自一次世界大戰開始,巡洋艦以上的軍艦多半會攜帶一架或者是更多的浮筒水上飛機,以進行遠距離偵查,目標搜尋與火炮射擊時的誤差修正等任務。這些飛機平時停放在軍艦上面,有些是從炮塔上方的起飛滑軌彈射出去,有些噸位較大的艦艇有專屬的滑軌或者是機庫安放這些觀測用的水上飛機。當飛機降落的時候則是先降落在軍艦附近的海面上,然後由軍艦上的起重機將飛機吊回艦上安置妥當,以進行下一次的任務。這一類搭載方式的浮筒水上飛機也可以由水面直接起飛。
飛艇

(圖)中大型水上飛機多採取飛艇設計中大型水上飛機多採取飛艇設計

飛艇(Flying Boat)一般是中大型水上飛機常見的設計方式,機身直接與水面接觸,不另外在機身下方加裝浮筒,有些機種在兩側機翼也會裝置輔助浮筒。

飛艇的另外一種衍生型是利用地面效應地效飛行器,不過一般並不將這種飛行器包含在飛艇的分類當中。詳情請參考相關條目。
兩棲飛機
兩棲飛機(Amphibian)是指可以加裝或者是本身就有機輪,能夠直接在陸地上操作與起降的水上飛機,這一類飛機可以視需要在水面或者是陸上機場活動,因此有兩棲飛機的稱呼。

建造歷史

水上飛機水上飛機

第一架從水上起飛的飛機,是由法國著名的早期飛行家和飛機設計師瓦贊兄弟製造的。這是一架箱形風箏式滑翔機。機身下裝有浮筒。1905年6月6日,這架滑翔機由汽艇在賽納河上拖引著飛入空中。隨著科學技術的不斷發展,人們的飛行熱繼續升溫。特別是在法國,許多人對飛機的研究到了如痴如醉的地步,年輕的法布爾就是其中的一個。這位造船主的子弟,對船舶和航海有著特殊的敏感和愛好。當他追隨布萊里奧等航空先驅進行飛機研究時,便自然地萌生了讓飛機在水面上起落的念頭。於是,水上飛機的研究開始了。

法布爾研製的水上飛機,主要是在飛機的機身下方安裝幾個浮筒,以達到在水面上起飛和降落的目的。1910年初法布爾研製出一架水上飛機,取名“水機”。該機總重量為475千克,裝有一台50馬力的內燃發動機。其翼展為14米,機長為8.5米,最大的特點就是在機頭和左右翼的下部裝有三個浮筒。

1910年3月28日,馬賽附近海面風平浪靜,氣候宜人,法布爾的“水機”要在這裡一試身手。駕駛員是法爾布自己,這位從未駕駛過飛機的人,此刻卻胸有成竹,他相信自己能成功。“水機”在水面上滑行,隨著速度的不斷加快,水面上泛起一條潔白的航跡。突然,航跡消失了,飛機已飛離水面沖向藍天,起飛成功了。法布爾抑制著內心的喜悅,關掉了發動機,開始降落,飛機衝擊海面激起了巨大的浪花。但機上三個浮筒是用有彈性的層板製成的,起了較好的緩衝作用。“水機”在海面上顛了幾下便穩定了下來,水面降落也成功了。法布爾沒有休息,連續飛了幾個起落,都十分順利。其中一次在水面滑行時,法布爾還駕機稍稍轉了個彎,也取得成功。觀看的人們和官方的見證人都興奮的地向法布爾表示祝賀。第二天,法國新聞媒體對

水上飛機水上飛機
“I水機”的成功飛行作了詳細的報導。

真正使水上飛機逐步走向成熟的是美國人寇蒂斯。他是一位飛行家,也是著名的飛機設計師。早期,他設計的飛機就創造不菲的成績。像1908年6月製成的一架雙翼機,就創造了飛行速度每小時64千米,飛行距離1.61千米的好成績,奪得了美國航空俱樂部設立的“科學美國人”獎。

寇蒂斯開始水上飛機的研究是在1908年的下半年。他在製成的雙翼機上安裝了兩個浮筒,以便在水上起落,但這架飛機在水上試飛時未取得成功,只滑行了一段距離而未能起飛。寇蒂斯並不氣餒。1910年,他在巴黎與“水機”製造者法布爾進行了長時間的探討,並借鑑了一些成功的經驗。1911年,他製成的水上飛機在飛行中取得成功。這種飛機一項重要的改進就是使用副翼進行飛機的橫側操縱,這比萊特兄弟靠機翼翼尖捲曲的操縱方法進了一大步。1913年,寇蒂斯的水上飛要又有重大改進,把浮筒改成船形,使“水機”的起降更加安全,操縱更加方便。駕駛員和乘員更加舒適,

從而使水上飛機得到了進一步的完善,被美國及歐洲各國普遍接受。1911年,美國軍方向寇蒂斯訂購了第一架水上飛機。

寇蒂斯對水上飛機不斷進行改造,使浮筒或船身的性能更加先進,並且把機輪也安裝到了水上飛機上,使水上飛機可以水陸兩用。此後,他設計的NC-4水上飛機已相當完善,於1919年5月創造了分階段飛渡大西洋的紀錄。這是件轟動全球的大事,是人類航空史上的新篇章。

發展階段

第一架水上飛機是由法國工程師Henri Fabre於1910年3月展示的Le Canard。第一次正式有水上飛機這個稱呼則是1913年英國邱吉爾所提出的。水上飛機與使用陸上機場的飛機發展的時間相當接近,早期發展的著眼點在於:

地球上超過70%的面積是水所覆蓋,包過海洋,湖泊與河川,這些都是水上飛機可以操作的區域。 早期陸上機場數量不多,許多機場的跑道並未經過適當的整理,早期的起落架容易產生意外。 即使有跑道的機場也會因為風向的關係限制飛機起降的方向,水上飛機受到的限制較小。 對於陸地面積較小但是被水環繞的地區,或者是遠距離航線上沒有可以使用的機場時,只有水上飛機能夠到達這些地點。 有些需要跑道長度特別高的飛機,像是大型客機或者是競速機,水面給予他們良好的起降場所。

一次世界大戰

(圖)日本打算轟炸巴拿馬運河的晴嵐日本打算轟炸巴拿馬運河的晴嵐

一次世界大戰期間,水上飛機已經被搭載於巡洋艦噸位以上的艦艇上擔任偵查與協助艦炮射擊的任務,同時也擔任反潛、船團護航、沿海巡邏與轟炸等各種任務。

第一次世界大戰和第二次世界大戰爆發前,民航業的發展逐漸興起,雖然許多大型飛機的航程可以抵達過去無法到達的地區,可是機場嚴重缺乏或者是跑道狀況不佳的狀況,使得水上飛機成為這些航線的最佳候選者。諸如由英國前往印度或是澳大利亞等國家航線都在這個時間陸續建立。即使大型飛機的航程足夠飛躍某些海洋地區,然而在航線途中欠缺機場的狀況下,萬一陸上飛機發上故障或者是需要緊急降落時,將會產生嚴重的困擾,而水上飛機恰巧得以滿足這些方面的需求。

此外,各種競速機比賽的參加者也多利用水上飛機作為設計的型態,這是著眼於高速飛行下需要很長的跑道降落,為了減少比賽地區的限制,利用水面起降是一種極佳的解決方式。雖然浮筒與相關的結構會產生額外的阻力與重量,這個階段許多競速機都有非常優異的成績,像是英國超級馬林(Supermarine)的S.6B競速機曾經拿下1931年史奈德杯競速比賽的冠軍,而他在該年創下最高的飛行紀錄是651.2公里/時的高速。

二次世界大戰

二次世界大戰時期水上飛機的使用與發展到達一個巔峰的狀態,包括美國英國德國日本義大利都有各種軍用水上飛機,這些飛機除了繼續他們的前輩所擔負的巡邏、護航、偵查、反潛、轟炸與射擊標定之外,也擔任對其他海上目標的魚雷攻擊,或者是對其他的水上飛機進行空戰等等,

日本的愛知飛機公司甚至設計出可以搭載於伊-400號大型潛艇的特殊轟炸機:M6A1晴嵐,預備對巴拿馬運河進行轟炸,阻斷美國海軍增援太平洋戰區的速率。

(圖)非常少見的噴射水上戰鬥機:美國F2Y海標槍非常少見的噴射水上戰鬥機:美國F2Y海標槍

二戰之後

二次世界大戰時期,陸上機場的數量大幅增加,跑道品質較以往進步,飛機的性能與可靠性也顯著提升,同時空中加油技術逐漸成熟,水上飛機的地位開始受到影響,不過在1950年代還是有新的研發計畫,包括美國海軍的F2Y噴射水上飛機計畫。

此外,民間使用水上飛機的用途也從運輸擴展到救護與消防等其他工作上面,尤其是利用水上飛機可以在水面降落的同時,吸取大量的淡水進行森林火災的撲滅或壓制。

然而,各種飛機技術的進展與相關設備的完善,使得水上飛機的優勢慢慢的消失,特別是在遠程跨洋航線上,陸上起降的噴射客機取代水上飛機成為各家航空公司的主流,而噴射動力的特性也必須經過額外處理才能夠使用於水上飛機,同時還得要考慮到避免吸入任何海水的情況。原先水面救護的工作也隨著直升機的成熟化而拱手讓賢。

因此水上飛機逐漸退出軍用環境,僅有少數國家繼續採用擔任救護或者是反潛等任務。民用市場則以救護,消防與中小型交通與運輸為水上飛機的主要活動市場。

水動特性

水上飛機在水面運動時所承受的水動力的規律和性能。水上飛機不僅應具備普通飛機的空氣動力特性,還要保證在水面起飛、降落和水面航行的水動特性。20世紀30年代為水上飛機的全盛時期,水動力學已發展到比較完善的程度。50年代以來,隨著飛機增升技術的發展,邊界層控制技術被套用於水上飛機,從而減輕了水動載荷,改善了水動力性能。同時通過水動力的研究,在增大水上飛機

水上飛機水上飛機
船身(浮筒)的長寬比和斷階整流以及抑波技術等方面作的努力,也已經取得了顯著的成效。水上飛機的水動特性包括水靜力特性和水動力特性。

水靜力特性

水上飛機在水面停泊、拖曳、漂浮和航行等靜止和低速運動狀態時的特性,主要包括浮性、靜穩定性、抗沉性和迴轉性。

浮性

在水面上維持浮態的能力。水上飛機在水面停泊和航行時,表面所承受的水靜壓力的合力(鉛垂向上)又稱浮力。按照阿基米得原理浮力大小等於水上飛機船身(浮筒)所排開的水的重量,浮力的作用點(浮心)為排開水的體積重心。

靜穩定性

水上飛機因受外力作用而失去平衡產生傾斜,外力消除後水上飛機恢復初始狀態的能力。靜穩定性包括縱向和橫向兩種。船身式水上飛機翼下的支撐浮筒就是為了增加橫向穩定性而設定的。

抗沉性

水上飛機的船身(浮筒)內有若干個水密隔艙,其數量多少和空間大小依使用要求而定,水上飛機在幾個水密艙破損之後仍具有足夠的浮力而不沉沒,這種防沉的能力稱為抗沉性。

迴轉性

水上飛機在水面作迴轉運動的能力。水上飛機一般靠水舵在水面上迴轉,但多發動機的水上飛機也可以利用兩側發動機的拉力差來實現水上迴轉。

水動力特性

水上飛機起飛和降落過程中的水動阻力、縱傾角、升程等運動參數隨速度變化的規律。這些運動參數與水上飛機的空氣動力特性共同決定水上飛機起飛降落過程中的飛機水動力特性。水上飛機的水動力特性包括水動阻力、滑行穩定性、噴濺、撞擊過載和波浪的影響等,它們隨水上起飛和降落的不同階段(包括水上起飛的航行、過渡、滑行和離水)而變化,並且取決於水上飛機船身(浮筒

水上飛機水上飛機
)的外形。

水動阻力

水動阻力由滑行阻力摩擦阻力和興波阻力組成,它們與水上飛機空氣動力阻力之和構成水上飛機起飛過程的總阻力。在起飛過程的開始階段總阻力很快增大,形成第一個阻力峰。這時阻力的主要成分是水動的滑行阻力和興波阻力,空氣阻力較小。隨著速度的增大,總阻力再由大轉小,這是由於縱傾角和升程的變化使水動阻力減小的緣故。爾後,由於空氣阻力的增大使總阻力再由小增大,形成第二個阻力峰,主要來自水動滑行阻力和空氣動力阻力。第二個阻力峰一般小於第一個阻力峰。船身主尺度,特別是第一斷階處船身最大寬度和斷階的形狀以及斷階相對飛機重心位置等,對水動阻力影響很大。

滑行穩定性

水上飛機在起飛過程中,由於水動力力矩和空氣動力力矩的變化,使縱傾角也在隨速度變化。水上飛機在外力作用消失之後恢復原

水上飛機水上飛機
來狀態的能力稱滑行穩定性。在這個恢復的運動過程中,若其縱搖是收斂的,則滑行是穩定的;若其縱搖是等幅或發散的,而且縱搖角度大於2°,則認為滑行是不穩定的。不穩定區域又可以分為上和下兩個範圍,飛機縱傾角隨速度的變化應通過這兩個區域之間。如果飛機的縱傾角進入下不穩定區,可能產生海豚運動,這種情況大多發生在第一個阻力峰的前後;如果飛機的縱傾角進入上不穩定區域,可能產生跳躍運動,就是過早離水,這種情況大多發生在兩個阻力峰之間的滑行過程。不穩定運動的原因除船身外形設計質量外,還與飛機重心相對斷階的位置有關。

噴濺

水上飛機在水面滑行時,船身底部向四周噴射出強弱不等的水束。噴濺除沖刷船底增大滑行阻力之外,還可能影響發動機的正常工作。同時對螺鏇槳、襟翼、尾翼以及外掛武器也有不良影響。在飛機設計中,一方面設法使上述部件和武器避開噴濺,另一方面還要積極抑制噴濺。例如將船身舭部設計成帶有舭彎和抑波槽的形狀,甚至利用邊界層控制技術降低水動載荷。

撞擊過載  

水上飛機在降落著水時或在高速滑行遇到大涌浪時都會產生撞擊過載。

用飛機作用於水的總撞擊力與飛機重力之比值衡量撞擊過載的大小。平船底在滑行中水動性能最好,但是撞擊過載性能最差。一般將船身斷面設計成帶有斜升角的底部。

波浪的影響

海洋上的涌和浪是海水受自然界各種因素影響造成的能量運動。這種水的能量運動作用到高速滑行的水上飛機船身上,會造成瞬時的吃水增加,滑行阻力增大,撞擊過載升高,噴濺性能變差,同時還會使水上飛機穩定性變壞。在正常起飛重量下,海面航行、起飛和降落過程中所能承受最大風浪的能力,稱之為水上飛機的耐波性。同一架飛機,隨著起飛重量的增加,抗風浪能力必將降低。

誕生

水轟-5型水上反潛轟炸機
水轟-5型水上反潛轟炸機
著科學技術的不斷發展,人們的飛行熱繼續升溫。特別是在法國,許多人對飛機的研究到了如痴如醉的地步,年輕的法布爾就是其中的一個。這位造船主的子弟,對船舶和航海有著特殊的敏感和愛好。當他追隨布萊里奧等航空先驅進行飛機研究時,便自然地萌生了讓飛機在水面上起落的念頭。於是,水上飛機的研究開始了。
法布爾研製的水上飛機,主要是在飛機的機身下方安裝幾個浮筒,以達到在水面上起飛和降落的目的。1910年初法布爾研製出一架水上飛機,取名“水機”。該機總重量為475千克,裝有一台50馬力的內燃發動機。其翼展為14米,機長為8.5米,最大的特點就是在機頭和左右翼的下部裝有三個浮筒。
1910年3月28日,馬賽附近海面風平浪靜,氣候宜人,法布爾的“水機”要在這裡一試身手。
別-200水上飛機
別-200水上飛機
駕駛員是法爾布自己,這位從未駕駛過飛機的人,此刻卻胸有成竹,他相信自己能成功。“水機”在水面上滑行,隨著速度的不斷加快,水面上泛起一條潔白的航跡。突然,航跡消失了,飛機已飛離水面沖向藍天,起飛成功了。法布爾抑制著內心的喜悅,關掉了發動機,開始降落,飛機衝擊海面激起了巨大的浪花。但機上三個浮筒是用有彈性的層板製成的,起了較好的緩衝作用。“水機”在海面上顛了幾下便穩定了下來,水面降落也成功了。法布爾沒有休息,連續飛了幾個起落,都十分順利。其中一次在水面滑行時,法布爾還駕機稍稍轉了個彎,也取得成功。觀看的人們和官方的見證人都興奮的地向法布爾表示祝賀。第二天,法國新聞媒體對“水機”的成功飛行作了詳細的報導。真正使水上飛機逐步走向成熟的是美國人寇蒂斯。他是一位飛行家,也是著名的飛機設計師。早期,他設計的飛機就創造不菲的成績。像1908年6月製成的一架雙翼機,就創造了飛行速度每小時64千米,飛行距離1.61千米的好成績,奪得了美國航空俱樂部設立的“科學美國人”獎。
寇蒂斯開始水上飛機的研究是在1908年的下半年。他在製成的雙翼機上安裝了兩個浮筒,以便在水上起落,但這架飛機在水上試飛時未取得成功,只滑行了一段距離而未能起飛。
水轟-5型水上反潛轟炸機
水轟-5型水上反潛轟炸機
寇蒂斯並不氣餒。1910年,他在巴黎與“水機”製造者法布爾進行了長時間的探討,並借鑑了一些成功的經驗。1911年,他製成的水上飛機在飛行中取得成功。這種飛機一項重要的改進就是使用副翼進行飛機的橫側操縱,這比萊特兄弟靠機翼翼尖捲曲的操縱方法進了一大步。1913年,寇蒂斯的水上飛要又有重大改進,把浮筒改成船形,使“水機”的起降更加安全,操縱更加方便。駕駛員和乘員更加舒適,從而使水上飛機得到了進一步的完善,被美國及歐洲各國普遍接受。1911年,美國軍方向寇蒂斯訂購了第一架水上飛機。寇蒂斯對水上飛機不斷進行改造,使浮筒或船身的性能更加先進,並且把機輪也安裝到了水上飛機上,使水上飛機可以水陸兩用。此後,他設計的NC-4水上飛機已相當完善,於1919年5月創造了分階段飛渡大西洋的紀錄。這是件轟動全球的大事,是人類航空史上的新篇章。

中國情況

第一架水上飛機

1919年8月9日,中國試製成功第一架水飛機——“甲型一號”。這是一架100匹馬力,拖進式雙桴雙翼水上教練機,高3.88公尺,身長9.32公尺,幅長13.70公尺,最大時速126公里,空機重量836公斤,載重1063公斤,裝油量114公升,飛行高度3690公尺,可航行3小時,航距340公里,乘員2人,可載炸彈4顆。飛機的性能、質量並不比巴玉藻等人在美寇提司、能用、波音三廠前此所造的飛機差。

1918年春,北京政府海軍部在馬尾福建船政局內設立飛機工程外,開始水上飛機製造。以留學英、美歸國的學生為技術骨幹,並在馬尾船政局工人中挑選數十人加以訓練、掌握製造飛機之工藝。海軍飛潛學校飛機製造班的學生均隨廠實習。

首架民用水上飛機可赴西沙旅遊

2014年1月25日,中國首架民用水上飛機在海南三亞載客啟航。據運營方美亞旅遊航空有限公司介紹,該公司是國內第一家經中國民航局認證以水陸兩棲飛機為主力機型的運營商。該公司擁有19條觀光航線,包括三亞海口至西沙航線,空中旅遊目前主要包括海南島環島游和西沙低空旅遊飛行,西沙群島翱翔之旅價格為每小時3萬元人民幣。

水動特性

水上飛機在水面運動時所承受的水動力的規律和性能。水上飛機不僅應具備普通飛機的空氣動力特性,還要保證在水面起飛、降落和水面航行的水動特性。20世紀30年代為水上飛機的全盛時期,水動力學已發展到比較完善的程度。50年代以來,隨著飛機增升技術的發展,邊界層控制技術被套用於水上飛機,從而減輕了水動載荷,改善了水動力性能。同時通過水動力的研究,在增大水上飛機船身(浮筒)的長寬比和斷階整流以及抑波技術等方面作的努力,也已經取得了顯著的成效。水上飛機的水動特性包括水靜力特性和水動力特性。
水靜力特性
水上飛機在水面停泊、拖曳、漂浮和航行等靜止和低速運動狀態時的特性,主要包括浮性、靜穩定性、抗沉性和迴轉性。
浮性
在水面上維持浮態的能力。水上飛機在水面停泊和航行時,表面所承受的水靜壓力的合力(鉛垂向上)又稱浮力。按照阿基米得原理,浮力大小等於水上飛機船身(浮筒)所排開的水的重量,浮力的作用點(浮心)為排開水的體積重心。
靜穩定性
水上飛機因受外力作用而失去平衡產生傾斜,外力消除後水上飛機恢復初始狀態的能力。靜穩定性包括縱向和橫向兩種。船身式水上飛機翼下的支撐浮筒就是為了增加橫向穩定性而設定的。
抗沉性
水上飛機的船身(浮筒)內有若干個水密隔艙,其數量多少和空間大小依使用要求而定,水上飛機在幾個水密艙破損之後仍具有足夠的浮力而不沉沒,這種防沉的能力稱為抗沉性。
迴轉性
水上飛機在水面作迴轉運動的能力。水上飛機一般靠水舵在水面上迴轉,但多發動機的水上飛機也可以利用兩側發動機的拉力差來實現水上迴轉。
水動力特性
水上飛機起飛和降落過程中的水動阻力、縱傾角、升程等運動參數隨速度變化的規律。這些運動參數與水上飛機的空氣動力特性共同決定水上飛機起飛降落過程中的飛機水動力特性。水上飛機的水動力特性包括水動阻力、滑行穩定性、噴濺、撞擊過載和波浪的影響等,它們隨水上起飛和降落的不同階段(包括水上起飛的航行、過渡、滑行和離水)而變化,並且取決於水上飛機船身(浮筒)的外形。
水動阻力
水動阻力由滑行阻力、摩擦阻力和興波阻力組成,它們與水上飛機空氣動力阻力之和構成水上飛機起飛過程的總阻力。在起飛過程的開始階段總阻力很快增大,形成第一個阻力峰。這時阻力的主要成分是水動的滑行阻力和興波阻力,空氣阻力較小。隨著速度的增大,總阻力再由大轉小,這是由於縱傾角和升程的變化使水動阻力減小的緣故。爾後,由於空氣阻力的增大使總阻力再由小增大,形成第二個阻力峰,主要來自水動滑行阻力和空氣動力阻力。第二個阻力峰一般小於第一個阻力峰。船身主尺度,特別是第一斷階處船身最大寬度和斷階的形狀以及斷階相對飛機重心位置等,對水動阻力影響很大。
滑行穩定性
水上飛機在起飛過程中,由於水動力力矩和空氣動力力矩的變化,使縱傾角也在隨速度變化。
別-200水上飛機
別-200水上飛機
水上飛機在外力作用消失之後恢復原來狀態的能力稱滑行穩定性。在這個恢復的運動過程中,若其縱搖是收斂的,則滑行是穩定的;若其縱搖是等幅或發散的,而且縱搖角度大於2°,則認為滑行是不穩定的。不穩定區域又可以分為上和下兩個範圍,飛機縱傾角隨速度的變化應通過這兩個區域之間。如果飛機的縱傾角進入下不穩定區,可能產生海豚運動,這種情況大多發生在第一個阻力峰的前後;如果飛機的縱傾角進入上不穩定區域,可能產生跳躍運動,就是過早離水,這種情況大多發生在兩個阻力峰之間的滑行過程。不穩定運動的原因除船身外形設計質量外,還與飛機重心相對斷階的位置有關。
噴濺
水上飛機在水面滑行時,船身底部向四周噴射出強弱不等的水束。噴濺除沖刷船底增大滑行阻力之外,還可能影響發動機的正常工作。同時對螺鏇槳、襟翼、尾翼以及外掛武器也有不良影響。在飛機設計中,一方面設法使上述部件和武器避開噴濺,另一方面還要積極抑制噴濺。例如將船身舭部設計成帶有舭彎和抑波槽的形狀,甚至利用邊界層控制技術降低水動載荷。
撞擊過載
水上飛機在降落著水時或在高速滑行遇到大涌浪時都會產生撞擊過載。用飛機作用於水的總撞擊力與飛機重力之比值衡量撞擊過載的大小。平船底在滑行中水動性能最好,但是撞擊過載性能最差。一般將船身斷面設計成帶有斜升角的底部。
波浪的影響
海洋上的涌和浪是海水受自然界各種因素影響造成的能量運動。這種水的能量運動作用到高速滑行的水上飛機船身上,會造成瞬時的吃水增加,滑行阻力增大,撞擊過載升高,噴濺性能變差,同時還會使水上飛機穩定性變壞。在正常起飛重量下,海面航行、起飛和降落過程中所能承受最大風浪的能力,稱之為水上飛機的耐波性。同一架飛機,隨著起飛重量的增加,抗風浪能力必將降低。

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