从水上飞机到“翔州一号”

那颜

2014年冬季，海南。

平静的海面上出现了一个奇怪的身影。说它是船，却能在天上飞；说它是飞机，又能在水面航行。它的速度高达210千米/时，普通船只完全不是它的对手。这艘名为“翔州一号”的怪船，吸引了全中国的眼球。默默无名的地效翼船，从此走进人们的视线。

“地效翼船”究竟是什么？它与水上飞机有什么关系吗？

地效翼船的大名叫“空气动力地效翼船”。在20世纪60年代，它曾被称为“地效翼飞行器”“地效飞机”“地效飞船”。这些曾用名忠实地记录下地效翼船与水上飞机之间的“血缘关系”。

水上飞机：地效翼船的起点陆地飞机的起降离不开机场。在飞机发展的早期，机场的数量有限，跑道也很简陋，飞机起落时起落架容易发生意外。此外，风向也会对飞机的起降有影响。相比而言，水上飞机所受到的限制就比较小。地球表面约71%的面积都被水覆盖，平整的水面就是水上飞机最好的起降场所。也是因此，早期的水上飞机和陆上飞机几乎是同时发展的。

水上飞机简称“水机”，泛指一切利用水面降落与停靠的现代科技飞机。根据漂浮的方式不同，可分为船身式和浮筒式两种。前者将机身设计成符合水面滑行要求的船型：后者则将陆地飞机的起落架换成浮筒。通常情况下，小型水上飞机会采用浮筒式设计，大型水上飞机会采用船身式设计。

地效翼船的“前世”就是船身式水上飞机。人们习惯称它为“水上飞船”或“飞机巡洋舰”。为了更好地维持机身的平衡，水上飞船的机翼下也会安装浮筒。

水上飞船不仅拥有斧刃形的庞大船体，还像飞机一样拥有机身、机翼、尾翼、螺旋桨和起落架。当它在水面降落时，船体所产生的浮力使它漂浮起来，绝无下沉之忧尤。起飞时，螺旋桨所产生的拉力拖着它在水面快速滑行，就像陆地飞机在机场跑道上滑行一样。滑行的速度越来越快，当机翼所产生的升力战胜了自身重力，水上飞船就能脱离水面飞向空中。

水上飞机的起降都在水上进行，不需花费高昂的成本去建设和维护机场。此外，由于技术原因，在飞机发展早期修建的机场跑道大多较简陋，地面平整度远不及现代机场。相较而言，反而是平静的水面更适合飞机的起降，因此水上飞机很受人们的推崇。

陆地机场建设的普及，使水上飞机逐渐从鼎盛走向了衰落。飞机发动机技术的进步，使陆地飞机迎来了它的春天。地效翼船的横空出世，是否能为水上飞机的发展开拓出一条新路呢？

翼地效应：地效翼船的生命之源

1932年5月，北大西洋的天空被一层灰雾所笼罩。灰雾中传出发动机的轰鸣声，一架德国“道尼尔Do-X”大型远程水上飞机正在进行低空试飞。忽然，发动机的轰鸣声变小了，飞机钻出灰雾一头栽向海面，原来是飞机上配备的六台发动机中的四台供油管路被堵塞了。眼见一场机毁人亡的事故即将发生，奇迹出现了。当飞机距离海面只有几米时，一股神奇的力量从海面升起，托起了即将坠落的飞机。在这股神奇力量的帮助下，这架“道尼尔Do-X”水上飞机完好无损地飞回了岸边。

其实这种“被托着”的现象并非第一次出现。当飞行员驾驶水上飞机贴着水面飞行时，或多或少会有这种“被托着”的感觉。一旦拔高到一定高度后，这种“被托着”的感觉就会消失不见。科学家将这种神奇的现象称为“地面效应现象”或“翼地效应现象”。

空气动力学家最早对此做出权威解释：当运动的飞行器贴近地面或水面飞行时，气流流过机翼后会向后下方流动，这时地面或水面将产生一股反作用力。当飞行器在距离水面等于或小于1/2翼展的高度上飞行时，整个机体的上下压力差增大，升力会陡然增加，阻力减小，阻挡飞行器机翼下坠。

与其他机型相比，“道尼尔Do-X”水上飞机贴着海面飞行时，这种“被托着”的感觉更明显。科学家研究后发现，造成这种差异的根本原因是“道尼尔Do-X”的机翼。“道尼尔Do-X”独家使用了宽翼展、小展弦比的机翼，这有助于形成翼地效应。

如果人为地放大这种翼地效应，不就能研制出更快速更省功耗的新型运输工具了吗？翼地效应的发现似乎为水上飞机的发展指出了新方向。这种使飞行器诱导阻力减小，同时获得比空中飞行更高升阻比的物理现象，被称之为“翼地效应”。翼地效应的发现，开创了地效飞行技术。1935年，芬兰工程师卡里奥研制出了世界第一艘“既会飞、又会游”的船，这就是最早的地效翼船。当时它被称为“冲翼艇”。

第二次世界大战后，世界各国纷纷加入了地效翼船的研发工作。然而，这种繁荣的景象并没能持续太久。除了苏联外，其他各国都中断了研究。

星海怪物：苏联地效翼船的开山掌门

早在1923年苏联就已经开始对翼地效应的研究了。等到第二次世界大战结束后，苏联已经拥有两家研制地效翼船的设计局了，即鼎鼎大名的别里也夫飞机设计局和阿列克谢耶夫中央设计局。20世纪50年代末，被后世称为“俄罗斯地效翼船之父”的阿列克谢耶夫接手了苏联的地效翼船研发项目，他不走常规路，用独创性的气动水动布局攻克了近地航行时的关键技术难题。地效翼船也迎来了最辉煌的时代。

1963年，伏尔加造船厂应苏联海军要求，开始建造地效翼船。1966年，地效翼船首航成功。随着技术的成熟，地效翼船的体积越来越大。20世纪60年代末，美国侦察卫星在里海拍到了不明飞行物。这个神秘的大家伙紧贴海面飞行，飞行速度奇快。美国人无法用已有的交通工具来界定它，只能惊呼它为“里海怪物”。所谓的“里海怪物”，其实是当时苏联所制造的“K M”大型地效翼船。

这只“里海怪物”长106米、重495吨，就当时来说是真正的庞然大物。它的快速运动全靠翼地效应：8台涡轮风扇发动机一起运行，每一台能产生12万7千牛的推力。这不仅为它提供了强劲的动力，还能在水面与机翼之间产生一个高压气垫，从而使机翼获得额外的强大升力。

“里海怪物”的研制成功不仅证明了阿列克谢耶夫的设计思路是正确的，也为之后地效翼船的设计制造提供了大量有价值的数据。凭借这些技术，苏联成为地效翼船研制和开发方面的老大。由于受到战后思维的影响，苏联主要开发地效翼船在军事上的用途，研制出飞航导弹地效翼船、运输登陆地效翼船、巡逻一反潜地效翼船。

1985年，苏联国防部长乌斯季诺夫去世，新任国防部长中止了地效翼船建造计划。位于里海城的秘密基地也随之被废弃。在欧洲，地效翼船的研发工作从此进入了“严冬”。

我国对于地效翼船的研制起步比西方国家晚。很多人从“翔州一号”才开始知道地效翼船这一“新鲜事物”。很少有人会知道，“翔州一号”并不是我国制造的第一艘地效翼船。

从“天翼一号”到“翔州一号”：我国效翼船的商用之路

我国制造的第一艘地效翼船是“天翼一号”，由中国航空航天工业部605所研发。1995年立项，1998年样机正式面世，耗时3年。“天翼一号”试飞两个月后，“天鹅号”研制成功。这是我国第二艘地效翼船，由中国船舶工业集团公司708研究所研制。由于使用了气垫技术，“天鹅号”不需要码头就能自由上下岸。

“翔州一号”由中船重工（海南）飞船发展有限公司研制，于2013年5月在马山太湖试飞成功。它的船体总长12.7米、总宽11米、总高3.9米，飞行高度可达110米，最大起飞重量为2.5吨。客舱中有4排座椅，可乘坐7人。船身有两个舱门，便于乘员进出和应急撤离。

2014年4月，“翔州一号”在海南三亚完成试验，获得了中国船级社颁发的检验证书，完成了入级登记手续。这意味着，我国制造的海上地效翼船在商用征途上迈出了第一步，也是一大步。

地效翼船对使用场地不挑剔，海面、冰面、沙漠、草原或沼泽皆可用于飞行和起降。这不仅节省了建设和维护大型跑道和航站楼等设施的成本，也增加了使用的灵活性。它的飞行高度一般保持在距离水面（地面）3～5米左右，最高可达100米。在翼地效应的加持作用下，一架相同起飞重量的地效翼船与普通固定翼飞机相比，油耗可节省一半，有效载重系数比高25%～50%以上，航程可增加50%左右。

从三亚到西沙永兴岛，普通公务船需要花费15个小时，“翔州一号”只要1小时50分钟就到了。它属于新型地效翼船，不“吃”昂贵的航空机油，改“吃”普通的汽油啦。它每飞行100千米耗油28升，平均每千米耗油0.28升，按92号汽油每升6元折算，每千米烧油仅1.68元。毫不夸张地说，“翔州一号”将飞机的高速与船舶的经济集中于一体。正是它的这些优点，让制造者看到了它的商用价值。

“翔州一号”是我国第一艘海上地效翼船，属于沿海地效翼船的范畴。“翔州二号”（近海地效翼船）和“翔州三号”（远海地效翼船）尚在研制中。或许不久以后，以“翔州一号”为代表的地效翼船会改变岛与陆地、岛与岛之间的联系方式。那时，蓝天碧海和贴着水面飞行的“海上飞船”将不再只是想象中的画面。

小贴士

2004年12月，国际海事组织发布了《地效翼船暂行指南》。根据飞行高度不同，地效翼船被分为三类：

A类——仅利用地效运行的船舶；

B类——可临时在地效范围以外运行，但高度不得超过海平面以上150米的船舶；

C类——可在地效范围以外运行，但高度不超过海平面以上150米的船舶。

如果运行高度超过了150米，就被归入飞机的范畴了。至此，地效翼船是飞机还是船舶之争终于尘埃落定了。