开始没想到会这么难,会飞又会游

12月9日,由中国工程院、宁波市人民政府指导,中国创新设计产业战略联盟、中国工程科技知识中心主办的2018中国创新设计大会暨好设计颁奖仪式在宁波举行。大型灭火/水上救援水陆两栖飞机“鲲龙”AG600项目获得本年度好设计金奖。

  原标题:中国“大飞机家族三兄弟”公布最新进展

总设计师黄领才详解AG600 会飞又会游 世界最大水陆两栖飞机是这样做到的

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会上,航空工业AG600飞机总设计师黄领才受大会邀请作了“大型水陆两栖飞机技术与应用前景”的主题报告,从项目的研制背景、使用模式及应用前景、研制进展、技术特点、研制意义、设计师责任等六个方面全面介绍了AG600型号情况。大会同时还为航空工业通飞华南公司、通飞研究院、特飞所,以及黄领才、罗琳胤、陈明生、孙卫平、蔡志勇等获得此次好设计奖金奖的单位和个人颁发了奖牌和证书。

图片 2中国航空工业研制的大型运输机运-20启程服役部队。

中国航空工业集团总公司3月29日宣布,国产大型水陆两栖飞机AG600将于今年上半年进行陆地首飞,下半年进行水上首飞。目前,这款飞机正在紧张进行首飞前最后准备。

资料图:AG600总装下线

本次大会以“创新设计,甬动未来”为主题,评选并表彰了6项好设计优秀组织奖、40项好设计创意奖、3项好设计最具网络人气奖、20项好设计银奖和10项好设计金奖。数十位中国工程院院士、中国科学院院士,以及来自中国科协、工信部、中国大陆及港澳台地区重点制造、设计企业负责人,本年度及历届好设计获奖代表,创新设计联盟、科研院所、组织代表等逾400人参加。好设计奖创立于2015年,原名“中国好设计”,自2018年起启用新名称——好设计奖。

  中国航空工业提供新华社西安5月10日电(记者呼涛)中国“大飞机三兄弟”在此间集中公布最新进展:运-20正在进行边界极限试验,AG600计划年内实现首飞并力争于2021年取证,C919正在试飞并力争2021年适航获批。

AG600是世界在研最大水陆两栖飞机。其长37米,翼展38.8米。20秒内可一次汲水12吨,一次加油可投放的最大水量为370吨。

国际先驱导报8月2日报道 上天入海,拥抱海空--7月23日,中国自主研制出当今世界在研最大的水陆两栖飞机AG600在珠海亮相。这款“造型奇特”的特种用途飞机与大型客机C919、大型运输机运-20并称中国大飞机“三剑客”,它们在一年之内的相继面世,引发海内外极大关注与好奇。

  中国工程院院士、航空工业科技委副主任、大型运输机运-20总设计师唐长红说:“运-20交付部队以来,参与试验和飞行训练任务,进展顺利。目前,我们正在对它进行极限飞行试验,通过试飞对它的边界进行充分验证。”2017年5月5日,中国首款国际主流水准的干线客机C919首飞。新华社记者丁汀摄

“这是一艘能飞起来的船,也是一架能游泳的飞机。”中国航空工业通飞副总工程师、AG600总设计师黄领才形象地说。把飞机与船合为一体具有巨大的技术鸿沟,AG600是如何做到的?

“我们实际上是造了一型飞机,也造了一艘船。形象地来说,它是一艘飞起来的船。”中航工业通飞公司AG600总设计师黄领才说。

图片 32017年5月5日,中国首款国际主流水准的干线客机C919首飞。新华社记者丁汀摄

设计水陆两栖飞机难在哪儿

从事飞行器设计将近三十年,黄领才参与并主持了多款飞机尤其是通用飞机的研制。然而,无论是对于这位资深航空人还是中国航空工业来说,研制一款即将承担上天和出海重任的特种用途大飞机,都是从未有过的探索。

  他表示,运-20飞机作为一型具备飞行平台能力的飞机,将持续展开试验试飞和改进,“相信她未来会有更好的表现,也还有其他可能性值得期待”。

“适应并控制相应的气/水动耦合作用,是设计水陆两栖飞机最大的难点。”黄领才说。

那么这款“既是飞机又是船”的大型飞行器是如何诞生的?中国航空人如何靠自主研制的实力赢得尊重与合作?日前,AG600总设计师黄领才接受了本报记者独家专访。

  2013年1月26日,由航空工业研制的国产200吨级大型运输机运-20“鲲鹏”从阎良机场腾空而起,首飞成功标志中国大型飞机制造由改进向自主设计制造阶段的巨大飞跃。2016年7月,大运正式列装中国空军。

“水陆两栖飞机接水和离水的过程,是在一个气/水动耦合的环境下完成的。而业界对这个领域的分析方法和理论并不成熟,好多还处于探索中。”黄领才说。

国家使命,大飞机应运而生

  去年年底成功陆上首飞的大型水陆两栖飞机“鲲龙”AG600也将在2018年展开重要“新动作”——水上首飞。

同样的截面积和速度,水的阻力大约是空气的800倍。由于水面是波动的,相似准则与空气不同,因此水动力特性与气动力特性差别非常大。

“七年研制孕育,一朝落地,心情很难用语言表达。那天,包着飞机的型架一拉开,才真实地看到它的面目,自己都感到很震撼,很壮观!”黄领才站在黄绿色涂装的AG600前,仍能记得飞机从工装型架上下线的那个瞬间。

图片 42017年12月24日,AG600总设计师黄领才(右)迎接首飞机组。新华社记者呼涛摄

“同时,与普通船体的最大区别是,水陆两栖飞机的船体设计要有断阶结构,即滑行船体。飞机正是靠着这个滑行船体,才能实现在水面上航行、滑行、起飞、降落和水面机动。”黄领才说。

为了这一天,中航工业主导,由中航工业通飞主承制、中航工业特飞所/中航通飞研究院作为总设计师单位的“大协作”的水陆两栖飞机研制团队已经走过七年。从南海边的珠海到祖国最东北的哈尔滨,从西北的西安、汉中到西南的成都……全国有20多个省市、150多家单位、十余所高校参与到研制,他们协力完成的是一项国家使命。

  中国航空工业通飞研究院/华南公司总工程师、AG600总设计黄领才说:“继成功实现陆上首飞后,AG600计划在今年7月从位于广东珠海的研制基地转场至湖北荆门开展水上首飞前的试验准备工作,力争在今年年底前实现水上首飞。”

如何适应并控制相应的气/水动耦合

“大型水陆两栖飞机的立项对于我国至关重要。无论是应急救援,还是国家海洋战略的实施、海洋经济的发展,这款飞机都将发挥非常大的威力。”黄领才说。

  黄领才表示,未来争取在2021年实现取证,2022年交付用户。

2009年,国家立项批复了大型水陆两栖飞机AG600的研制。在中国航空工业主导下,由航空工业通飞主承制、航空工业特飞所/中航通飞研究院作为总设计师单位“大协作”,全国150多家单位、十余所高校数万人参与了研制。

AG600机长36.9米,翼展38.8米,机高12.1米,其外部尺寸与波音737相当。其最大起飞重量53.5吨,最大巡航速度为500公里每小时,最大航时达到12小时。它的强大之处不仅在于能够实现4500公里的最大航程,在不低于两米海浪的海况下“坚守岗位”,还可以在20秒内一次汲水12吨,单次投水可覆盖4000余平方米的救火面积,在水源与火场之间多次往返执行投水灭火作业,能够执行森林灭火、水上救援等多项特种任务。

  能够实现最远航程4500公里、抗浪不低于2米的“鲲龙”AG600是目前全球在研最大的水陆两栖飞机。这个“中国大飞机家族”的“小兄弟”将在海天之间发挥威力。它有着水陆起降能力,并能执行水上救援、森林灭火、岛屿运输、环境保护等重要使命。

如何让AG600适应并控制相应的气/水动耦合?

根据需要加改装后,它可以实现陆地和水面起降来满足执行海洋环境监测与保护、资源探测、岛礁补给、海上缉私与安全保障、海上执法与维权等多任务需要,更可为“海上丝绸之路”航行安全提供最快速有效的支援与安全保障。

图片 5中国工程院院士、航空工业科技委副主任、大型运输运-20总设计师唐长红。

7年的研制过程,是无数次的计算、试验、失败、总结和验证。为达到飞机良好的气、水动匹配,飞机设计团队采用气/水动结构一体化设计技术,通过无数次数值仿真与风洞试验,最终获得优选的飞机气/水动力数据。

中国于2009年立项批复了大型水陆两栖飞机的研制。此前,在大型水陆两栖飞机研制领域,真正中国自主研制机型的只有上世纪六十年代开始研制的“水轰五”水上飞机。

  中国商飞公司预研总师、北研中心总设计师杨志刚表示,中国自主研制的C919大型客机在去年成功首飞后,目前主要是在西安阎良进行飞行测试。

“仅水池拖曳试验就达一万多车次。”黄领才说,为保证飞机在水面滑行的稳定性,在船体设计过程中,设计团队充分考虑气/水动在起飞、降落滑行的各个速度段的匹配,通过多轮水动力仿真分析与水池试验,通过不断优化外形与结构布局达到设计要求。

“刚开始接到任务的时候觉得是一项新任务,有难度,但没有想到它会这么难。”黄领才说。随着型号研制的进展,研制团队对水陆两栖飞机的一些技术上的重点难点有了更深入的了解,越来越感觉到它的难度有多大。

  “中俄合作的宽体客机CR929也正在研制,预计于2025年前后首飞。”杨志刚说,北研中心作为中国商飞的预研单位,也在思考在ARJ21、C919和CR929三型飞机之外探索各种交通工具的可能性。

当然,AG600采用单船身、悬臂上单翼、“T”型尾翼及前三点可收放式起落架的船身式布局形式,都是为适应和控制相应的气/水动耦合而为。

“随着国家整体经济实力的提升,随着航空工业这么多年所走过的历程、打下的基础,现在外界看到的是中国航空工业厚积薄发的‘井喷’时期。”他说,国家现在对大型飞机使用的整体需求越来越迫切,而大型飞机正是一个国家整体实力的象征,“一个国家没有大飞机这样的国之重器,就不能称为航空大国、强国”。

图片 6中国商飞公司预研总师、北研中心杨志刚总设计师杨志刚。

怎么压住高速滑行时的浪花

机载设备、动力系统完全国产

  2017年5月5日,由中国商飞研制的C919大型客机在上海成功首飞。由字母C开头的大飞机首飞成功不仅代表中国拥有了自己的大客机,更意味着世界的天空开启由波音、空客和中国商飞构成的全球民机ABC新格局。

重53.5吨,最大水面起降速度100节,AG600喷溅出的浪花会如同排山倒海。然而,过高的喷溅有可能损坏发动机、螺旋桨、襟翼等结构,影响飞行安全。

AG600可以在海空之间自由地翱翔与漂浮,施展绝技--这款能“飞起来的船”可以随时响应一次说飞就飞、说落就落的旅程,更值得骄傲的是,这是烙刻着中国自主研制印记的中国大飞机。

图片 7中国航空工业通飞研究院总工程师、AG600总设计黄领才

必须采取措施降低喷溅,这也是船体水动力设计中的一个难点。如何压住高速滑行时的浪花?水动力团队研究了多种喷溅抑制的方法。候选方案“包括纵向防溅条、带舭弯的船体、垂直防溅条、水平压浪板、抑波槽等”。黄领才说,“通过理论分析对比结合大量的水池模型试验,最终选定采用舭弯船体 抑波槽的方式,并达到了预设效果”。

据黄领才介绍,这款飞机的五万多个结构系统件98%都是国内供应商制造提供的。其中,机载设备、动力系统完全是国产的,780多项装机的机载设备成品当中90%都是国产的。航电也主要是国产的,飞机上只有少部分产品和系统采用了国外现成的适航取证产品,由此也减少了适航取证的一些工作压力。

  中国航空工业表示,以大飞机工程为代表,中国航空装备实现了对世界先进水平从“总体跟跑”到“主体并跑”的转变。中国航空工业紧随中国军队战略转型,加强技术攻关和自主创新,使中国跻身世界少数自主掌握大飞机研制能力的国家之列。

“舭弯船体 抑波槽,就是在舭部位置安装一个带有排水孔的抑波槽,将高速滑行产生的喷溅引入槽内,再通过沿排水孔和出口排出。”黄领才详解道。

AG600是在延续“水轰五”水上飞机的原理和技术的基础上,按照新的设计要求、任务使用的要求进行全新研制的飞机。它的最大起飞重量、外形以及使用的航程、执行任务的要求都比原来的“水轰五”更多、更高。

  中国航空工业总工程师汪亚卫表示,航空工业是战略性的高技术产业,大中型军民用飞机的研制是一个国家科技水平、工业能力和综合国力的集中体现。

即将首飞的AG600打着深深的中国烙印。据黄领才介绍,AG600的5万多个结构件和2万多系统件98%都是国内供应商制造提供的。机载设备90%国产,动力系统完全国产。

“这款飞机总体技术水平和性能达到当前国际同类飞机的先进水平,完全具有自主知识产权,并满足中国民航适航规章要求。” 黄领才说。

  “我们做出了大飞机,满足了国家目前的急需。我们迈向了‘全球大飞机俱乐部’,但还有很大的发展空间,还有很多的工作要做。”唐长红说。

黄领才认为,通过AG600飞机的研制,中国航空人逐渐掌握了水陆两栖飞机领域很多核心技术,既包括前期设计、计算、分析和试验的方法,也包括制造工艺中的新技术。(科技日报北京4月4日电)

AG600飞机在海上救援方面与船舶相比优势在于速度快,它的飞行速度是救捞船舶的十倍以上。除了在水面低空搜索外,它还可在2米高海浪的复杂气象条件下实施水面救援行动,水上应急救援可以一次性救护50名遇险人员,提供了开展中远海距离水上救援工作的保证。

  唐长红说,从航空大国向航空强国迈进的进程中,“中国航空工业不仅要更脚踏实地提升工业基础能力,要通过军民融合、拓展市场来汲取更广泛力量,还要敢于向更远更高的天空眺望”。

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“船的航行速度有限,大概只有十几节,快的也只有二三十节。可是飞机如果要在水上飞起来,它的离水速度就要到100节左右,这么高的速度、波动的水面和浪对机体的冲击,对飞机在水上滑行的过程的影响都非常大。”黄领才说。

飞行器设计中应用的传统的空气动力学以及船在水中航行的理论和计算分析方法也相对比较成熟。但是,飞机在接水和离水的过程是一个在气水耦合的环境下完成的,这方面的分析方法和理论并不成熟,好多还在探索过程中。

因此,AG600的研制团队不仅是设计了一款飞机,还赋予它满足水动力设计的五大特殊要求:解决飞机在水面滑行的快速性、滑行的稳定性、飞机在水中的可操纵特性,以及一定的抗浪能力、在海上具备安全漂浮的能力。

“这些水上设计的特殊要求是陆地飞机设计要求中没有的,在一架飞机上实现空中和水上的任务需求,难度可想而知。”黄领才说,通过这个型号的研制,科研团队也在摸索属于这个特种用途飞机领域的理论和试验分析方法。

“有实力才能获得自信”

从上世纪六十年代“水轰五”的研制到现在AG600的研制,中国自主掌握了大型水陆两栖飞机研制的核心技术。黄领才说,随着每项关键技术的突破,“我们都感到很兴奋,随着技术的不断突破使得我们不断获得新的动力,更有信心往前走下去。”

然而,对于这样一型最大起飞重量达到53.5吨、最大航程达到4500公里的大型特种水陆两栖飞机,中国航空人在短短的七年中却见识到了来自外界前后截然不同的态度。

在型号研制之初,团队曾经去寻求国际合作去解决水陆两栖飞机上的“空白”和能力不足。但是在最初几年,对方总是提出这样那样的一些理由,没有人愿意合作。而今,随着整个型号的进展和前期关键技术取得的一些突破,很多国外的合作方主动找上门来想合作共同研制或者生产水陆两栖飞机。

“你得有一定的实力,别人才能和你坐下来一起谈合作!”黄领才说,这是航空人靠实力和自主创新取得的自信和经验。

通过AG600飞机的研制,中国航空人在不断攻克难点和关键技术中逐渐掌握了水陆两栖飞机领域很多核心技术,其中既包括前期从设计、计算、分析和试验的方法,也包括制造工艺中的新技术。

有业界专家表示,这型飞机对中国在水陆两栖飞机领域总体的设计、试验到试飞、试制等各个领域,包括适航能力的整体提升,机载设备研制水平的提高都带来了非常大的促进。

起落架创新设计值得特别关注

仔细观察这架“造型奇特”的飞机会发现,从机头到机尾完全是多曲变截面设计的形状,由此也意味着飞机的装配难度非常之大。一般的客货飞机都有等直段,外形中间有一段是完全一致的,比较适宜制造到装配;而这型水陆两栖飞机的各个截面都是变化的,这是为了满足在水上起降的特殊要求,而这无疑增大了研制的难度。

与飞机庞大身材相比,看似“小部件”的起落架其实是个特别要害的关键部件。一般常见的飞机起落架都位于飞机下部,这是因为它们的机身尺寸一般比较大而且是圆筒形,相对来讲有一定的空间来布置起落架。AG600飞机的起落架则是悬在机身外侧的悬臂外伸式起落架。

专家解释说,这型水上飞机为了满足在水上快速滑行等相关水动力设计要求,就设计了具有大长宽比的船型底,飞机机身则细长--高度4.75米,宽度只有3.2米。考虑到起落架在陆地上滑行还需要有安全稳定性的问题,设计中要保证一定的主轮距,这样起落架就跑到了机身的外边,一侧悬臂0.6米。

由于悬臂在外,AG600飞机起落架的传力就变得比一般飞机要困难得多。这意味着它的收放机构的动作非常复杂。黄领才说,为了攻克这个难题,团队特意设计研制了一个下位锁--这个锁臂机件要承担把起落架锁住的功能,还要承受着陆时载荷的冲击--这也是AG00设计上特别值得关注的创新点。

随着飞机总装下线,项目研制相关试验试飞等工作也将随后稳步开展,计划2016年底实现首飞。目前,AG600项目已获得意向订单17架。这一数字对于一般的飞机来说可能并不高。但是,作为一款特种用途飞机,这说明其已经在吸引国内外的潜在客户以及表示出合作意向的国外同行。

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