轻型水陆两栖飞机抗沉性设计技术浅析

摘 要：轻型水陆两栖飞机船体或浮筒的水密舱设计直接关系到飞机的抗沉性能，目前尚无系统性、规范性的针该类型飞机抗沉性设计的指导性技术文件。本文探讨了轻型水陆两栖飞机抗沉性设计的一般性技术要求和方法，以期对轻型水陆两栖飞机抗沉性设计提供一定的启发。

关键词：轻型水陆两栖飞机；船体；浮筒；水密舱；抗沉性

水陆两栖飞机在使用过程中有可能发生各种程度的损毁事故，造成机体结构破损，该破损会使得飞机在水面起降或锚泊过程中机体进水，虽然这种损毁事故是偶然性事件，但它会造成严重的后果，甚至机毁人亡，因此在水陆两栖飞机的方案设计阶段就必须考虑飞机抗沉性问题。

1 水陆两栖飞机专用术语定义

针对水陆两栖飞机的外形或结构的特异性，本文对轻型水陆两栖飞机的特有术语给出以下定义，其中或许存在不严谨之处，希望抛砖引玉，与同仁共同商榷完善。

a）浮筒（Float）：是指水上飞机具有的一种水面横向稳定装置，可分为支撑式浮筒、承力式浮筒和侧鳍式浮筒，支撑式浮筒又可分为固定式和可收放式浮筒。b）船体（Hull）：对于带船体的水上飞机，船体是因其在水面滑行、起降等特殊飞行需求而设计，类似于船舶船体的结构，一般指船底及海损线加半个波高以下的机身结构，也可称为机身船体。c）水密舱（Watertight subdivision）：利用水密舱壁将船体分隔为若干水密舱室，以满足不沉性要求。d）抗沉性（Unsinkability）：指水陆两栖飞机在破舱进水后仍保持一定浮态和稳性使得飞机漂浮在水中而不倾覆的能力。e）最大水面起飞重量（Maximum water takeoff weight）：水上飞机的最大水面起飞重量指水上飞机在水面开始起飞滑行时的最大重量。一般按起飞时的结构要求、水动力特性限制确定，通常包括静水面最大起飞重量和抗浪条件下的最大起飞重量，对于轻型水陆两栖飞机，通常情况下二者相等。

2 抗沉性设计一般性原则

轻型水陆两栖飞机抗沉性设计应遵循以下原则：a）飞机必须布设一定数量的船体水密隔舱或浮筒，使得飞机保持一定的抗沉能力；b）水密舱进水后应保持一定的浮性和稳定性，不允许出现沉没或倾覆的现象；c）飞机船体必须设计有一定数量的水密隔舱，该水密隔舱的数量受飞机最大起飞重量限制，且满足相应抗沉性要求；d）主浮筒不得少于4个水密隔舱，且满足主浮筒的任何两个隔舱满水时，该水陆两栖飞机仍能浮在水面上而不倾覆； e）辅助浮筒必须保证当其全部浸没在水中时所提供的恢复力矩大于导致该水陆两栖飞机倾斜时产生的倾覆力矩，且留有足够力矩余量；f）在水面锚泊时，水密隔舱或浮筒的渗水率应控制在一定范围内，在规定的水面锚泊时间内不允许出现因水密隔舱或浮筒的渗水量使得飞机沉没或倾覆的现象，且应有相关计算表明该渗水量不影响飞机水面起飞时的飞行安全（包括飞行重量超限和重心超限两方面因素）；

3 抗沉性设计详细技术要求

水陆两栖飞机抗沉性设计技术要求如下：

3.1 船体设计要求。飞机最大起飞重量等于或大于680kg时，船体必须设计有水密隔舱，其设计应符合以下技术要求：a）最大起飞重量大于2 268kg（5 000lb）直到5 700kg或8 620kg的飞机（轻型通用飞机的最大起飞重量限制为5 700kg，但对于通勤类飞机，最大型号合格审定起飞重量可至8 620kg），船体水密隔舱中任何两个相邻的水密隔舱渗透或破损进水时可保持飞机不沉；b）最大起飞机重量为680kg（1 500lb）直到2 268kg（5 000lb）的飞机，船体水密隔舱任何单个水密隔舱渗透或破损进水时可保持飞机不沉；c）为使水密隔舱间互通，可以设计带水密门的舱间隔板。

3.2 浮筒设计要求：a）主浮筒具有比在淡水中承托该水陆两栖飞机最大水面起飞重量所需该浮筒提供的浮力大80%的浮力；b）主浮筒具有足够的水密隔舱来合理保证在任一主浮筒的任何两个隔舱注满水时，该水陆两栖飞机仍能浮在水面上而不倾覆；c）每个主浮筒具有不少于4个体积大致相等的水密隔舱；d）辅助浮筒必须保证当其全部浸没在淡水中时所提供的恢复力矩，至少为该水陆两栖飞机倾斜时产生的倾覆力矩的1.5倍；

3.3 水密隔舱渗水速率及渗水量技术要求：a）渗水速率技術要求：水陆两栖飞机水密隔舱渗水速率以观察飞机在水面停泊6小时后在各水密隔舱底部所汇集的总水量为测量依据，对于轻型水陆两栖飞机，渗水速率应控制在不超过该飞机的最大水面起飞重量的0.5%/6小时，且应配置相应的排水措施。b）渗水量技术要求：以试验实测渗水速率为依据，每次水面飞行任务前均应评估渗水量是否影响飞机飞行安全（包括飞行重量超限和重心超限两方面因素）。

3.4 破舱进水速度及进水量估算：水线以下的破损进水速度与破损面积、破损中心距离水线高度、破损中心距离舱内水面高度有关，除破损面积在破损程度一定时为定值外，破损中心距离外水面高度、破损中心距离舱内水面高度均随进水时间变化，破损进水速度公式如下：

在规定的一舱、相邻两舱或任意两舱范围内的破舱进水主要以两种方式影响水陆两栖飞机的稳性：a）破舱水使稳心降低以及使稳性力臂曲线的高度降低；b）当破舱水不对称时，破舱水产生的附加侧倾力矩使得飞机横向稳性降低，此时需要重新进行飞机破舱进水稳性计算，其目的是为了求出飞机在破舱进水而达到新的平衡后的飞机浮态位置，从而确定其稳性是否满足要求。

3.5 水密舱设计技术路线。目前轻型水陆两栖飞机水密舱的主流设计技术路线有以下几条：a）船体或浮筒采用传统金属龙骨梁隔框蒙皮式承力结构，水密舱存在渗水或破损的可能性，故必须表明具有渗水量或破损进水量的安全性设计，且应具有相应的排水措施；b）船体或浮筒采用复合材料整体成形，可认定船体或浮筒整体不渗水，只需表明具有破损进水量的安全性设计即可；c）船体或浮筒的舱体空间采用轻质固体材料填充（如聚乙烯泡沫），因填充材料完全挤占进水空间，可视为船体或浮筒整体不渗水且不破损。

4 结束语

轻型水陆两栖飞机在旅游观光、农林作业、搜救巡逻、遥感测绘上有着广泛的应用前景，然而作为该类型飞机设计核心技术之一的抗沉性设计技术，国内尚无明确的系统性、规范性指导文件，因此本文浅析了轻型水陆两栖飞机抗沉性设计的一般性原则和技术方法，期待同仁共同探讨。

参考文献

[1]运输类飞机适航标准.中国民用航空规章，第23部，CCAR-23-R3.中国民航总局，2001.5.

[2]飞机设计手册总编委会.飞机设计手册第8分册.航空工业出版社，2002.

[3]盛振邦，杨尚荣，陈雪深.船舶静力学（修订本）.国防工业出版社，1984.

[4]施内克鲁特，咸培林（译）.船舶水动力学.上海交通大学出版社，1997.

作者简介

夏明广（1986-） ，男，毕业于哈尔滨工程大学获得学士学位，中航通飞研究院有限公司重量专业工程师，