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由AG600M仿真模型探究水陆两栖飞机设计

2023-05-01戴琛

航空世界 2023年4期
关键词:涡桨船身水陆

戴琛

2023年2月23日,中国航空工业文化中心研发项目——1/12AG600M大型仿真缩比模型飞机在江西赣州成功完成首飞。这架仿真模型首飞全程飞行时间5分钟,完成了本场起降航线飞行、动力测试、起落架收放、襟翼测试、气动刹车测试以及航电系统测试,所有系统工作正常,首飞任务顺利完成。

AG600M仿真模型采用全复合材料轻量化工艺制作,机身长3.08米、翼展3.23米、起飞重量28.5千克,可用于航空文化会展、科普活动中的静态展示以及飞行表演、科普教学和科研实验等。

总体设计

这架仿真模型是以AG600M全状态新构型灭火飞机为原型,结合航空模型和无人飞行器设计原理进行二次设计开发的缩比飞行器。研发之初,项目团队就对AG600M真机进行了仔细研究,经反复技术论证,最终确定了模型的外形尺寸、机翼翼型、机翼面积等气动参数,力求在外观上尽量接近真机。

“船身”设计

水陆两栖飞机经常被戏称为“会游的飞机、会飞的船”,水上起降性能一直是水陆两栖飞机设计的难点。常见的水陆两栖飞机通常有两种机身布局,一种是在传统飞机的机身下加装浮筒,其大多由小型飞机改装而成,常用于水面观光旅游或在岛屿众多的国家和地区执行短途运输任务;另一种则采用船身式设计,即机体本身就被设计成船身的样式,通常只在一些大型或专用机型上采用,可执行多种任务。AG600就是一款典型的船身式水陆两栖飞机,可承担灭火、水上救援等工作。特别是AG600M新构型灭火飞机,其船身式机身可在水面汲水进行灭火,这是浮筒式两栖飞机无法做到的。

因为水面环境较陆地复杂得多,所以船身式水陆两栖飞机在外形、结构、重量等方面较传统飞机有着更高的设计要求。众所周知,水是一种常见的流体,具有不稳定性。水陆两栖飞机在水面滑行时,受水面波浪起伏的影响,会像船只一样发生剧烈的摇摆。水的密度是空气密度的近800倍,在同等条件下,水的阻力远大于空气的阻力,水陆两栖飞机在水上起降时,机体会承受巨大的压力。水面上的气流环境也是影响水陆两栖飞机安全起降的重要因素之一,在水面附近风向、风力较陆地上更加复杂多变,甚至会导致螺旋桨推力不稳定。此外,水陆两栖飞机在水面高速运动时,“喷溅”出的水花会对螺旋桨、机翼、襟翼等部件造成冲击,严重的可能导致飞机结构发生损坏。

AG600M机身采用了多曲变截面的船身式设计,巧妙地将抗浪断阶融入到大长宽比的机身设计中,使其具有优异的水上起降性能。仿真模型真实还原了这些设计细节,就连船身底部的抑波板结构细节都不放过。

动力系统设计

AG600M真机的动力系统采用了4台国产涡桨发动机,在仿真模型的设计之初,项目团队也考虑过选用微型涡桨发动机,力求在动力类型上也尽可能准确还原。但即使采用市面上可以买到的最小的涡桨发动机KINGTECHK30TP作为仿真模型的动力,模型的尺寸也会严重超标,机身将接近6米,不仅会显著增加开发和制作成本,也会给模型的运输和使用的便捷性带来困难。

为此,项目团队不得不放弃微型涡桨发动机动力方案。经多方考虑,最终选用了直流无刷电机作为动力装置。参照真机螺旋桨外形进行计算,并综合考虑多发螺旋桨飞机的滑流问题,项目团队定制开发了一套适合这款大比例仿真模型使用的动力系统,在提高仿真度的同时,顺利解决了没有涡桨发动机的问题。

收放式起落架設计

收放式起落架是AG600M仿真模型设计中的最大难点之一。首先,其收放结构和收放过程较一般的飞机复杂很多,市面上找不到合适的成品可供AG600M仿真模型使用。项目团队对真机起落架进行了仔细研究,结合机械设计原理,开发出一套采用气动操作系统的仿真收放起落架,完美还原了真机起落架的结构与功能,在实际试飞过程中收获了满意的效果。其次,还要考虑收放设备的防水问题,这也是普通模型上很少遇到的问题。

作为我国大飞机三剑客之一,AG600是为满足森林灭火和水上救援的迫切需要,首次研制的大型特种用途民用飞机,也是目前世界在研的最大水陆两栖飞机,具有载重量大、航程远、续航时间长等特点。它既能在陆地上起降,又能在水面上起降,可在水源与火场之间多次往返投水灭火,森林灭火、特种灭火效率高,20秒内可一次汲水12吨,单次投水救火面积达4000余平方米。此外,其海上救援能力强,可快速响应、快速到达,在复杂气象条件下实施救援行动,起降抗浪能力不低于2米,可一次救助50名海上遇险人员。

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