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中国自主研制、全球在研最大水陆两栖飞机——“鲲龙”AG600首飞成功
发布时间:[ 2018-01-05 13:33 ] 文章来源:< 综合 > 浏览量: 2583
2017年12月24日,我国自主研制、全球在研最大水陆两栖飞机——“鲲龙”AG600在珠海首飞成功。
  作为我国大飞机“三剑客”之一的大型水陆两栖飞机AG600承载着国家和民族的使命,是我国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,是国家应急救援体系建设急需的重大航空装备,也是目前世界最大的在研水陆两栖飞机,首飞成功是我国通用航空产业乃至整个航空工业的重大历史突破,是继我国自主研制的大型运输机运-20实现交付列装、C919大型客机成功首飞之后,我国在大飞机领域研制工作取得的又一重大成果,填补了我国大型水陆两栖飞机的研制空白,为我国大飞机家族再添一名强有力的“重量级选手”,对增强我国综合国力,树立民族自信心和自豪感具有重要意义。
  “鲲龙”AG600飞机按照“水陆两栖、一机多型、系列发展”的设计思路,其最大特点是同时具备在陆地机场和水面起降的能力,巡天为飞机,着水为航船,是森林灭火和海上救援利器。该机采用悬臂式上单翼、前三点可收放式起落架、单船身水陆两栖飞机布局形式,选装4台国产涡浆六发动机,机身长37米,翼展达38.8米,机高12.1米,机身外部尺寸与波音737相当。最大起飞重量53.5吨,最大巡航速度500公里/小时,最大航时12小时,最大航程4500公里,具有载重量大、航程远、续航时间长的特点。
  AG600飞机还可加改装必要设备,满足海洋环境监测与保护等任务需要以及为“一带一路”提供海上航行安全保障和紧急支援等。目前世界上主要有俄罗斯、日本、加拿大等少数国家能够研制和装备大型水陆两栖飞机。
  从2009年6月国家批复立项,到2012年攻克关键技术、完成初步设计,再到2016年7月总装下线,如今首飞成功,“鲲龙”经过8年多艰辛研制。国内共有20个省份、150多家企事业单位、10余所高校的数以万计的科研人员协作,攻克了气水动融合布局设计与试验技术等世界难题。全机5万多个结构及系统零部件中98%由国内供应商提供,全机机载成品95%以上为国产产品。
  首飞成功标志着型号研制从试制转入试验试飞阶段,今后飞机的研制试飞和型号合格审定试飞等环节将逐步开展。
  一、中国正式进入全球“大飞机俱乐部”
  AG600型号研制之初,在两栖飞机的一些技术空白领域,曾经寻求国际合作,几年下来,国外主要水陆两栖飞机研制公司以种种理由拒绝合作;但随着型号的进展,随着中国自身关键技术取得突破之后,国外公司反而主动找上门来,请求共同研制或合作生产。
  中国研制并自行设计制造的新型水陆两用飞机——AG600在珠海航展上全面亮相以后才引起广泛关注。
  截止2009年,国际上具有研发生产水陆两栖飞机能力的,只有俄罗斯、美国、法国、加拿大等少数几个西方发达国家,其中以俄罗斯的研发水平最高。
  俄“Be103”和“Be200”、法国“Akoya”、加拿大“庞巴迪415”等两栖飞机占据了全球绝大部分的市场份额。
  主要比较对象:当时国际上功能最先进的大型水陆两用飞机——日本US-2。
  中国,外形上一些类似日本US-2水上飞机,但是有重大区别。
  此前世界上只有俄罗斯(米-26能汲水15吨)、日本(日本US-2载人近30)拥有大型水陆两栖飞机。但无论从航程还是载重量上,AG600都是目前世界最高水平。
  从2009年9月正式启动的8年多来,项目共召开300余次适航审查会议,确认了数千个零组件制造符合性项目、数万个制造符合性检查工序,完成42个结构大部件的适航预检查和局方制造符合性检查,下发2000余份总装指令……。从立项、设计、各大机体商联合制造,到适航挂签、总装,几乎每一步都是大型特种飞机的尝试与突破。
  AG600的成功首飞是全国上下通力协作的成果。5万多个结构及系统零部件、近120万个标准件,研制这么大体量、既能在陆地又能在水上起降的特种飞机,我国还是第一次。为此,中航工业研究制定了“主承制商-供应商”的“大协作”模式,充分调动全国资源参与研制。全国共有20个省市、150多家企事业单位、十余所高校的数以万计的科研人员参与了项目研制,供应商就有70多家。
  全机98%的结构及系统零件由国内供应商提供,全机机载成品90%为国产产品,四台WJ6涡桨发动机更是完全国产。
  这是一架真正的“中国制造”,具有完全的自主知识产权。
  AG600是当今世界在研的最大水陆两栖飞机,飞机选装4台国产涡桨六发动机,最大起飞重量53.5吨,实现超过4000公里的最大航程。
  AG600是为了满足森林灭火和水上救援需求首次研制的大型特种用途民用飞机,是国家应急救援体系建设急需的重大航空装备。它的研制集中了中国航空工业之智,是集体协作、齐心并进的成果。
  颠覆一般人对飞机印象,AG600既能在地面起降,又能在水面起降,能乘风直上蓝天,也能破浪搏击大海。
  上半身是飞机,下半身是船——外形特色明显的“鲲龙”,是名副其实的多面手。
  它可以在复杂气象条件下作业,一次性救助50名海上遇险者;它可以通过在水面上20秒的滑行一次汲水12吨,单次投水救火面积4000余平方米,实现在水源与火场之间往返投水灭火。
  AG600的成功首飞,提升了中国国产飞机产品供给能力和水平,有效促进应急救援航空装备体系建设,对助推“一带一路”倡议、国民经济发展、海洋强国建设均具有重大意义。
  2007年,国务院原则批准大型飞机研制重大科技专项。此后两年里,三个不同用途的大飞机项目相继立项。
  2013年1月,最早立项的大型运输机运-20首次试飞成功,中国成为世界上第四个能够研制大型运输机的国家。
  2017年5月5日,大型客机C919从上海浦东机场的跑道上滑跑而起,成功首飞。
  航空业界人士表示,中国大飞机工业的腾飞根植于国力的提升,得益于一个大国顺势而为的智慧和举全国之力自主发展的能力。历经多年自主攻关,中国的大飞机家族已经具备了相对完整的“家族谱系”,中国正式进入全球“大飞机俱乐部”。
  二、大型水陆两栖飞机的主要用途
  大型灭火/水上救援水陆两栖飞机AG600是为满足我国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,是国家应急救援体系建设急需的重大航空装备。其以水陆两用、装载量大、航程远、升限适中、速度范围广、超低空飞行性能好等诸多特点,特别适用于火情监测和森林灭火、海难搜索和救援、海洋权益维护、海洋环境监测和保护等用途,除此以外,还可用于海洋监测、海关缉私、环境和资源监测、航空运输、航空游览/观光和私人公务等方面,具有十分广泛的应用前景。
  AG600飞机具有出动迅速、到达灭火区域速度快、小时投水量大、灭火效率高、覆盖范围广等诸多优点,可快速到达火灾地点,及早扑灭火源,是一种十分理想的灭火工具。
  AG600在接到森林灭火指令后,可以在陆上机场向水箱注水或到火源地区附近水域滑行汲水后飞到火区上空,按照灭火指挥系统的统一指挥,视火情大小,或者直接往返投水灭火,或者多机集中往返灭火。AG600最大载水量为12吨,20秒内可一次汲水12吨,单次投水救火面积可达4000余平方米,可单次齐投12吨水,也可以分批次投水;并可为被困人员和其他灭火人员及灭火机械开辟进出火区的安全通道。
  AG600除了是“灭火能手”,还是远海“救护高手”。海上救援黄金时间为12小时,一旦海上事故中的落水人员在低于20℃的海水中浸泡,生命救援时间将大大缩短。但我国的水上救援体系和救援设施相对落后,远远不能适应新时期开展水上救援工作的需要。对于远海救援,如果用船只救援,耗时将非常长;直升机执行任务效率很高,但超过500公里的任务半径距离,它们就“难有用武之地”。
  与之相对应的是,AG600具有速度快,最大巡航速度500公里/小时,最大航时12小时;最大航程4500公里。AG600飞机可以在2米高海浪的复杂气象条件下实施水面救援行动,水上应急救援一次可救护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。AG600飞机在海上救援方面与船舶相比优势在于速度快,该型机速度是救捞船舶的十倍以上。AG600最大救援半径可达1600公里,可覆盖我国大部分海域及专属经济区,特别是我国海难多发的内海主航道。
  在接到救援指令后,AG600飞机立即携带必要的救援设备,飞往指定水域,目视并利用机载搜索探测设备,进行盘旋搜索,确定遇险船舶、人员的方位、坐标,及时报告当地水域和遇险人员情况;在天气和水域条件允许的情况下,飞机直接降落水面,着水救援,利用机载机动救生艇等救生设备,靠近遇险人员,将遇险人员直接救助上机,进行必要的紧急处置。如因水面风浪过大,超出飞机水面起降能力,则低空或超低空向遇难者投送救生设备、药品、食物和水,增加遇险人员获救的机会,为采取其他救助措施赢得时间。
  AG600的设计制造填补了我国大型水陆两栖飞机的空白,为我国应急救援体系建设奠定了坚实的基础。
  除了陆地上起降,AG600同样能在水中自由升降,这是一艘能飞起来的船,也是一架能游泳的飞机。AG600飞机的设计和制造,将极大促进大型水陆两用飞行器研制进程,从而促进国家应急救援航空装备体系建设的跨越式发展,填补国内大型水陆两栖飞机的研制空白,形成具有自主产权的水陆两栖飞机设计研发技术体系,全面提升我国水面飞行器(包括水上飞机、水陆两栖飞机、地效飞机等)的设计和制造能力。
  我国森林面积广阔,且这些地域人烟稀少,近两年自然原因导致的森林火灾等自然灾害频发;我国拥有漫长的海岸线,尤其是南海海域南沙群岛诸多岛礁距离海岸遥远。因此我们需要具备强大自然灾害预警、处置和远海水上救援能力的大飞机。
  相比直升机,它的起降条件更低,不容易受恶劣天气的影响,因此更容易胜任任务。
  三、大飞机家族还将迎来新突破
  作为中国大飞机家族中的重要成员之一,大型水陆两栖飞机本身也有望形成一个“小家族”。
  AG600还可根据任务需要,通过改装,广泛应用于海洋环境监测、海洋资源探测、海上运输等其他用途。
  AG600是一款市场急需的产品,形成了健全的制造平台,更重要的是带动一整批供应商按照适航路径进行研发、生产,后期就可以在这个平台和体系之上进行新的型号生产。
  不断推出新品、不断冲刺尖端——展望未来,人们不仅能看到越来越多、越来越丰富的“三兄弟”,还会看到它们更多的“新伙伴”。
  在通用飞机领域,目前正在研发、生产的还有新型通用小飞机,包括私人飞机、公务机等,未来会有更多符合消费者需求、实现“想飞就飞”梦想的国产飞机翱翔蓝天。
  支线飞机也有新作为。按照国际标准研制的具有自主知识产权的ARJ21正式交付运营,新舟60系列飞机运送乘客突破1000万人次,新一代涡桨支线飞机新舟700已收获185架订单,有望打破当前国际涡桨支线市场ATR和庞巴迪“双雄并立”的格局,挑战涡桨支线飞机世界第一的地位。
  在最受关注的大客机领域,中俄国际商用飞机有限责任公司(CRAIC)2017年9月29日宣布,中俄联合远程宽体客机正式命名为CR929。中俄远程宽体客机采用双通道客舱布局,CR929-600的航程为12000公里,280座级;通过采用先进气动设计、大量应用复合材料、装配新一代大涵道比涡扇发动机等提高飞机综合性能指标。
  据介绍,AG600在军事上用途广泛,特别是反潜、反舰能力都是陆基反潜和反舰型大飞机所没有的。AG600因为要在水面上降落,它的海上的低空性能是波音737改装的P8所不具备的,P8要在几百米甚至1000米以上投掷反潜鱼雷,AG600只要十几米就行。
  有军事专家认为,中国大飞机三剑客都具备军民融合的潜力,运-20后续有可能通过换发动机实现军转民,C919和AG600也可以实现“民参军”,美国波音737系列就可以改成军用预警机和反潜巡逻机。AG600这样的平台,首先会按照民用适航标准来试飞,在取得民用适航资质之后,未来不排除作为特殊型号发展平台的可能性。首先,作为全球在研最大水陆两栖飞机,AG600完全可以改造成反潜巡逻机,机内那么大的容积可以装载很多设备,巡逻的、侦察的、反潜和反舰的武器也可以挂载。其次是水上救援,这也是军民两用功能,在这方面甚至可以不改动,直接“参军入伍”。特别是远海岛礁救援,已经刻不容缓,目前中国海空力量奔赴远海常态化训练越来越频繁,这就需要提前考虑训练过程中一旦突发意外,用什么装备去救援,这种两栖飞机是一个很好的选项。还有就是岛礁运输和补给,这也是军民融合项目,既可以运送民用物资也可以运送军用物资。
  AG600还可以改为水陆两栖预警机,中国航母目前只能搭载舰载预警直升机,极大限制了航母的整体战斗力,而两栖预警机的航程比直升机甚至舰载固定翼预警机都要远,它虽然上不了航母,但它完全可以降落在航母周边,再到航母附近进行油水补给,之后配合航母执行任务。
  四、摘取飞机制造业“皇冠上的明珠”
  一代又一代的中国航空人奋发图强、自力更生、勇于创新,推动中国航空技术实现跨越式发展。由航空大国到航空强国的转变仍需攻坚克难。
  “中国制造”还是“中国组装”,“心脏病”“神经病”“皮肤病”……这是中国航空人无法回避的问题。航空发动机、航电系统、高端材料等诸多航空核心技术亟待全力突破。特别是中国大飞机需要更强劲的“中国心脏”,与航空强国相比,航空发动机是我们的“软肋”。
  一直以来,中国航空发动机依赖进口,自主研制的型号较少。航空发动机需要在高温、高压、高转速、高载荷等严苛条件下工作,涉及气动热力学、燃烧学等众多基础学科以及工程领域,技术难度大、研制周期长。
  与此同时,航空发动机对国民经济的辐射作用明显。根据测算,按产品单位重量创造的价值计算,船舶基准数为1、汽车为9、喷气飞机为800,而航空发动机则高达1400,是飞机制造业“皇冠上的明珠”。
  2016年,中国航空发动机集团公司成立。这家新央企成为中国实施航空发动机和燃气轮机重大专项的责任主体,表明中国自主打造航空“心脏”的决心。
  近日,中国航发研制的大型客机发动机“长江-1000A”高压压气机完成了第一阶段试验,向国产大飞机装配“中国心”走近了一步。
  AG600的速度超过任何船只,比航速最高的船快10多倍。AG600从海南三亚出发,飞驰过西沙、南沙,绕过我国最南端的曾母暗沙,再返回原地只需7~8小时,而同样距离,现代快速船艇往往需要3~4天才能实现往返。除此之外,它的另一显著优势是飞行距离远。如今,小型灵活的两栖飞机和水上飞机比比皆是,但飞行距离远不及AG600,后者可持续航行12个多小时。
  这两个显著的优势归功于AG600独特的气动外形和动力强劲的发动机。
  AG600采用现代飞机中少见的平直机翼,平直机翼承载好、结构合理,是飞机获得大升力、小阻力的最佳选择。飞机从水中起飞的一刹那升力最大,平直机翼有利于飞机的顺利跃起。机体最后的垂尾和高高耸立的水平尾翼,则有效保证飞行中至关重要的纵向和航向的安全、稳定与平衡。
  如今,一架飞机上装备4台发动机很罕见,波音777及空客A350都只有2台。AG600每侧各安装2台发动机即全机装备4台发动机,这样的配置有助于飞机在水中滑行时灵活拐弯,只需改变一侧发动机的推力,原本困难的水中航向改变立刻变得轻而易举。另外,多台发动机可提高风急浪高恶劣环境下飞机的安全系数,哪怕一两台发动机意外失效,飞机都不会受到影响,能够继续执行飞行任务。
  AG600配备的WJ6涡轮螺旋桨发动机为我国自主研制,单台最大功率高达3120 千瓦。这种带6个叶片的螺旋桨发动机其实与战机、客机上的涡轮风扇发动机同属“兄弟”。它们核心机都有一样的压气机、燃烧室、燃气涡轮、尾喷管等,只是前者在涡轮轴上多了一个减速器以及与之相连的多叶片状的螺旋桨。螺旋桨转动时会产生向前的拉力,高温高压燃气流从尾喷管冲出时则会产生向后的推力,一拉一推,两股合力共同驱动飞机快速向前。WJ6涡轮螺旋桨发动机的单台功率虽不如涡轮风扇发动机大,但耗油率低。它的发动机起飞推力十分强大,与平直机翼配合相得益彰,能够完全满足两栖飞机的大起动力、远航程飞行的要求。此外,WJ6涡轮螺旋桨发动机安全可靠,技术成熟,在国内外享有盛誉,目前已批量生产,并大量应用在我国运-8、运-9飞机上。
  对于中国航空来说,军民融合战略带来了新机遇。未来将全力打造强劲“航空中国心”。只要坚持国家利益至上,坚持军民深度融合发展,坚持实施创新驱动战略,就能最终实现我国由航空大国向航空强国的战略转变。
  五、有望成为海上执法新利器
  目前,我国包括海警在内的海上执法部门装备有新舟60、运-12等固定翼飞机和其它一些型号的直升机。不但飞机数量严重不足,性能也难与日本海上保安厅等周边国家海上执法部门相比。
  比如2016年新装备海警、海监等部门的新舟60飞机,最大内油航程为2600公里,仅为AG600飞机的一半多;更早期装备的运-12飞机最大内油航程不足1500公里,这样的航程使得运-12甚至不能从海南岛飞到南沙岛礁执行巡逻任务。
  我国的海疆超过300万平方公里,分布着众多岛屿,有些岛礁远离祖国大陆上千公里。因此仅凭海警舰船等执法船只是无法管理如此辽阔的海域和众多岛礁的。因此,我国海上执法部门迫切需要向其它主要海洋国家看齐,加大空中执法力量建设。
  AG600飞机4500公里的最大航程、12小时的最大航时,使其能轻松从海南岛出发直抵我国最南端的曾母暗沙(往返一次为3000多公里),并对沿途海空域从容巡查。其53.5吨的最大起飞重量远超新舟60飞机的21吨,更不用说运-12了。载荷大的优点使AG600飞机能加装更多特种设备,拥有更强的探测、监视、取证以及救援等能力。
  AG600飞机不但巡航速度与新舟60飞机一样,而且具备后者所不具备的能力,可以在水上起降。这使得该飞机不但与新舟60一样可以对突发事件做出快速响应,而且有更好的部署性。比如,对某些没有飞机跑道的我国岛礁领土,对需要迅速抵达并处理水上状况的某些海域,AG600飞机就可以大展身手,由海南三亚起飞可到达整个南海海域的任意地点,实现在南海的全海域巡航。而目前这类任务只能依靠海上执法船只甚至海军舰艇来执行,响应速度较慢。
  不过,AG600飞机要成为一型合格的海洋执法巡逻/管理救援飞机,还需要进行进一步改装,加装多种特种设备。
  为了在昼夜全天候条件下对海面进行远距离探测,先进光电吊舱、大型水面搜索雷达、红外成像设备等都是必不可少的。鉴于AG600原型机机头整流罩较小,是彻底对机头进行改装,采用更大整流罩以安装类似运-8警戒飞机的APS-504(V)搜索雷达;还是仅安装小型机头搜索雷达,在机身侧面加装侧视雷达、机腹安装大型整流罩以安装搜索雷达,就看用户提出何种要求了。
  中国海军的运-8警戒机主要发挥空中预警作用,也肩负日常海空巡逻任务。
  而基于海洋执法、维权等主业,红外/紫外扫描仪、成像光谱仪和拍摄取证仪等先进监察机载设备是AG600海洋执法飞机的“必选”安装套件。目前,上述所有相关设备都已出现在我国海警、海监配备的固定翼执法飞机之上。相信可供AG600执法飞机选用的设备只会品类更丰富、技术更先进。
  考虑到我国海上方向维权执法形势复杂,AG600海上执法飞机很有必要安装自卫装备,毕竟目前我国海警下单采购的巡逻舰已装上了76毫米口径舰炮等海军制式武器。那么空中执法飞机也应加装适当的自卫武器,以更好地保护自身安全,有力维护海上权益。
  自卫装备可分为软、硬两种。软的方面,包括国产自卫告警系统,机载红外诱饵发射系统;硬的方面,导弹武器的安装暂时没有必要,可考虑给AG600执法飞机安装航空机枪、航空机炮等武器。
  有了完整的搜索探测设备、自卫设备,AG600执法飞机才能底气十足地飞赴我国有管辖权的任何复杂海域、岛礁。而且,以AG600最大4500公里的航程,可以比较轻松地到第一岛链外巡航。
  “鲲龙”AG600飞机以集成创新为手段,立足国内通用航空发展现有基础,实现数字化管理,建立产品集成创新体系。同时,AG600研制所采用的新技术、新材料、新工艺对我国经济和科技发展、基础学科进步及航空强国建设具有重要的带动辐射作用,带动了国内一批民用航空装备制造业企业发展,在我国民机产业发展中具有里程碑的意义。AG600的研制将有效提升民族工业的发展水平,有力地促进了通用航空产业的“大跨越”;同时,促进了中航工业有效融入区域发展经济圈,实现中航工业与广东省及珠海市政府的“大融合”。
  AG600飞机在研制过程中,攻克了气水动融合布局设计与试验技术,高抗浪船体设计与试验技术,复杂机构高支柱起落架设计制造技术,海洋环境下腐蚀防护与控制设计技术,气水密铆接制造技术,机翼薄壁高筋整体壁板喷丸成型技术,多曲变截面船体结构装配制造技术等多项技术难关,形成具有自主知识产权的水陆两栖飞机设计研发技术体系,全面提升我国水面飞行器(包括水上飞机、水陆两栖飞机、地效飞机等)的设计和制造能力,为新型水面飞行器的发展奠定坚实基础。
  由于水陆两栖飞机的特殊性,它要进行两次首飞,水上试飞可能难度更大、验证课目也更复杂。
  首先,水和空气的阻力不一样,当水陆两栖飞机起飞阶段在两者的临界阶段阻力会发生剧烈变化,导致飞机的气动特性、流体特性发生很大改变,想要克服这些困难飞起来本身就不是一件容易的事。其次,飞机在水中收起了起落架,在水面滑行时怎么操控方向是个难题。所以就需要新的控制方式——水舵,这个特殊装置的工作状态是水上首飞时要验证的重要内容。还有,对水陆两栖飞机飞行员的要求和岸基试飞员是不一样的,他们还需同时具有水上起降的资质。由此看来,AG600水上试飞是关键中的关键,未来AG600试飞中最困难的挑战是抗涌抗浪课目。据了解,AG600在陆地首飞后,再在水上试飞。水上首飞将会选在较为平静的内陆湖泊上进行。(白林)