既能上天飛行，也能踏海遨游，我國完全自主研制的AG600“鯤龍”飛機，正是這樣的“跨界”航空裝備。作為全球起飛重量最大的民用水陸兩棲飛機，“鯤龍”為滿(mǎn)足我國森林滅火和水上救援的需要而誕生。
近期，“鯤龍”喜訊頻傳——4月20日，獲頒中國民航局型號合格證；5月6日，批產(chǎn)首架機總裝下線(xiàn)；5月18日，順利完成生產(chǎn)試飛；6月11日，獲頒中國民航局生產(chǎn)許可證。
“從藍圖到適航，‘鯤龍’振翅的每一步，都是摸著(zhù)石頭過(guò)河?！敝袊娇展I(yè)集團AG600系列總設計師黃領(lǐng)才在接受科技日報記者采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)，歷經(jīng)15載，研發(fā)團隊突破110項關(guān)鍵技術(shù)，成功構建大型水陸兩棲飛機的核心技術(shù)體系，填補了我國在該領(lǐng)域的空白。
解決上水不均難題
森林滅火是“鯤龍”的主要任務(wù)之一，載水量則是影響滅火效率的關(guān)鍵。為此，研發(fā)團隊給“鯤龍”設計了四個(gè)呈“田”字形擺放的大水箱，加起來(lái)足足可容納12噸水。
一旦發(fā)生火情，“鯤龍”必須迅速“喂飽”自己奔赴“戰場(chǎng)”。起初，這在中國航空工業(yè)集團通飛華南研發(fā)中心總體部部長(cháng)程志航眼里并不算件難事：“我們把連接水面和水箱的汲水管從中間分叉，一路從‘腰間’接入兩個(gè)前水箱，另一路從頂部繞過(guò)前水箱，接入兩個(gè)后水箱?！?
在程志航看來(lái)，前后水箱同時(shí)汲水，自然就能提升效率。但試驗了幾次之后，結果卻與想象的完全不同。
“四個(gè)水箱緊挨在一起，眼瞅著(zhù)前水箱幾秒就填滿(mǎn)了，可后水箱就是不上水?！边@讓程志航心急如焚。裝不滿(mǎn)水，有再大的“胃”也是徒勞。
為了解決前后水箱上水不均的問(wèn)題，團隊先后改換過(guò)七八種設計方案。更改汲水管排布，不行；調整管徑設計，不行；用水槍加壓，還是不行……
一籌莫展之際，一位團隊成員偶然談及，很久以前，他在海底水體力學(xué)的某項研究中觀(guān)察到，當海底密閉箱體出現破洞，沖進(jìn)箱體的高速水柱撞到后箱壁會(huì )反彈，形成一個(gè)個(gè)漩渦。
“‘鯤龍’汲水時(shí)，水流速度高達40米/秒，是不是汲水管內部也存在回旋漩渦現象，從而阻礙了汲水?！背讨竞?jīng)]有放過(guò)這個(gè)偶然的猜想，立即著(zhù)手進(jìn)行汲水仿真模擬。很快，團隊發(fā)現汲水管內果然存在著(zhù)復雜的渦流。正是因為涌進(jìn)來(lái)的水流夾雜著(zhù)空氣高速旋轉，才錯過(guò)了進(jìn)入后水箱的分支管道，全部涌入了前水箱。
弄清“疾癥”所在后，難題迎刃而解。經(jīng)過(guò)多次的仿真計算和觀(guān)察研究，團隊在汲水管分叉處尋找到最合適的位置，添加上精心設計的導流片，強制部分水流進(jìn)入后水箱。如此一來(lái)，極速的水流幾乎能夠同時(shí)填滿(mǎn)4個(gè)水箱。
現在，僅需20秒，“鯤龍”就可從水面汲水12噸，汲水效率達到世界先進(jìn)水平。
打破陸地起降“鐵律”
顧名思義，水陸兩棲飛機不僅能從地面起飛，還要具備從水上起飛的能力。研發(fā)團隊很早就在試驗中注意到，“鯤龍”從水面起飛時(shí)，離水速度總是偏小，直接威脅到飛機起飛安全。
為此，團隊翻遍了國內外水陸兩棲飛機的設計資料，尋找解決方案，甚至連幾十年前的“老古董”也沒(méi)放過(guò)。
無(wú)數次地翻閱，終于換來(lái)了一個(gè)全新思路。中國航空工業(yè)集團特飛所水動(dòng)力研究中心主任吳彬發(fā)現了一篇不尋常的文獻。
“飛機從地面起飛時(shí)，起落架的前輪一旦離地，就要‘拉桿’將飛機拉升起飛。當飛機‘抬頭’超過(guò)某一特定高度后，即便飛行員發(fā)現系統失效等危險故障，也不能再次把前輪和主輪壓回地面?！眳潜蚋嬖V記者，這可以說(shuō)是飛機起飛時(shí)必須遵循的“鐵律”。否則，飛機就可能出現起落架斷裂，引發(fā)“摔機”等重大事故。
“但這篇關(guān)于水上飛機起降的文獻提出，在幾種特定情況下，飛機從水上起飛加速時(shí)，遇到異常情況可以再次沉回水面?！眳潜蚍路鹛缘搅藢?，“沒(méi)想到還可以這樣操作！”
經(jīng)過(guò)多次仿真模擬與水池試驗后，大家驚喜地發(fā)現，柔軟的水體不僅不會(huì )像堅硬的跑道那樣，給飛機造成二次沖擊，還能讓飛機“落回去”比“飛起來(lái)”更安全。
可當團隊決定在實(shí)機試飛中驗證這一理論時(shí)，常年從地面起降的試飛員卻顧慮重重：“風(fēng)險太大了！出了事故，誰(shuí)能負起這個(gè)責任？”
“別說(shuō)試飛員了，很多老專(zhuān)家當時(shí)都無(wú)法接受這個(gè)觀(guān)點(diǎn)?！眳潜蛲耆斫庠囷w員的想法，“但我們對自己的試驗結果有信心！”
為了打消試飛員的顧慮，團隊把試驗結果捧到試飛員面前，一遍遍“掰開(kāi)了揉碎了”解釋試驗的科學(xué)性、可行性。試飛員最終被團隊的真誠和嚴謹打動(dòng)。實(shí)際試飛結果與預想的完全一致，相關(guān)試驗科目順利通過(guò)。
在此基礎上，團隊構建出“水上起降速度”等多項指標符合安全標準的設計規范，一套全新的飛機水上安全起降準則隨之誕生。
“試”出氣水動(dòng)融合布局
“鯤龍”既要會(huì )飛，又要會(huì )游，但空氣和水的密度相差近800倍，這對飛機整體的氣水動(dòng)融合布局設計提出了前所未有的高要求。
“‘開(kāi)荒’沒(méi)有捷徑，我們就用‘土辦法’慢慢磨！”黃領(lǐng)才帶著(zhù)研發(fā)團隊，按照設置關(guān)鍵參數、生成布局初樣、試驗修正等一系列步驟，反復迭代和摸索，一“試”就是三年多，“難題一茬接一茬，就像爬山一樣。好不容易爬上了這個(gè)山頭，抬眼一望，嚯！還有好多山頭?！?
主起落架的整流罩設計，就是其中最難爬的“山頭”之一。
“鯤龍”機身下部為船型，需要設計一個(gè)整流罩“外衣”，將收起的主起落架包裹起來(lái)，減小氣動(dòng)阻力。然而，主起落架的整流罩與機翼位置較近，二者之間額外多出一個(gè)氣流通道，有可能導致飛機橫航向失穩，影響飛行安全。
整流罩前部改型、翼身修型、翼根處修型……團隊進(jìn)行了無(wú)數次分析和試驗，最終“試”出了一個(gè)答案——在機翼前下方的機身側面增加導流裝置對氣流進(jìn)行“分流”，從而改善“鯤龍”的橫航向特性。
即便有了解決辦法，大家也不敢“高興得太早”——畢竟導流裝置并不在最初的設計方案里，加上這個(gè)變量，也許會(huì )帶來(lái)飛機阻力增加等一系列難以想象的“蝴蝶效應”。
“當時(shí)是懷著(zhù)無(wú)比忐忑的心情去做實(shí)機試飛的?！敝钡浆F在，程志航回憶起來(lái)還心有余悸，所幸得益于團隊在設計伊始就充分考慮到氣水動(dòng)特性，試飛一切順利！“我們有驚無(wú)險地爬過(guò)了這個(gè)山頭！”
總體設計的那3年里，僅風(fēng)洞、水動(dòng)試驗，團隊就開(kāi)展了3萬(wàn)余次，氣水動(dòng)融合布局被團隊硬生生“試”了出來(lái)，為“鯤龍”展翼騰飛打下了堅實(shí)基礎。
“我們始終牢記‘鯤龍’水上首飛成功時(shí)，習近平總書(shū)記勉勵大家‘繼續為滿(mǎn)足我國應急救援體系和國家自然災害防治體系建設需要、實(shí)現建設航空強國目標而奮斗’的殷切囑托?！秉S領(lǐng)才說(shuō)，“未來(lái)，我們將繼續為增強‘鯤龍’的實(shí)戰應用能力加倍努力，為國家應急救援體系建設貢獻力量！”