輕型水陸兩棲飛機抗沉性設(shè)計技術(shù)淺析

摘 要：輕型水陸兩棲飛機船體或浮筒的水密艙設(shè)計直接關(guān)系到飛機的抗沉性能，目前尚無系統(tǒng)性、規(guī)范性的針該類型飛機抗沉性設(shè)計的指導性技術(shù)文件。本文探討了輕型水陸兩棲飛機抗沉性設(shè)計的一般性技術(shù)要求和方法，以期對輕型水陸兩棲飛機抗沉性設(shè)計提供一定的啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：輕型水陸兩棲飛機；船體；浮筒；水密艙；抗沉性

水陸兩棲飛機在使用過程中有可能發(fā)生各種程度的損毀事故，造成機體結(jié)構(gòu)破損，該破損會使得飛機在水面起降或錨泊過程中機體進水，雖然這種損毀事故是偶然性事件，但它會造成嚴重的后果，甚至機毀人亡，因此在水陸兩棲飛機的方案設(shè)計階段就必須考慮飛機抗沉性問題。

1 水陸兩棲飛機專用術(shù)語定義

針對水陸兩棲飛機的外形或結(jié)構(gòu)的特異性，本文對輕型水陸兩棲飛機的特有術(shù)語給出以下定義，其中或許存在不嚴謹之處，希望拋磚引玉，與同仁共同商榷完善。

a）浮筒（Float）：是指水上飛機具有的一種水面橫向穩(wěn)定裝置，可分為支撐式浮筒、承力式浮筒和側(cè)鰭式浮筒，支撐式浮筒又可分為固定式和可收放式浮筒。b）船體（Hull）：對于帶船體的水上飛機，船體是因其在水面滑行、起降等特殊飛行需求而設(shè)計，類似于船舶船體的結(jié)構(gòu)，一般指船底及海損線加半個波高以下的機身結(jié)構(gòu)，也可稱為機身船體。c）水密艙（Watertight subdivision）：利用水密艙壁將船體分隔為若干水密艙室，以滿足不沉性要求。d）抗沉性（Unsinkability）：指水陸兩棲飛機在破艙進水后仍保持一定浮態(tài)和穩(wěn)性使得飛機漂浮在水中而不傾覆的能力。e）最大水面起飛重量（Maximum water takeoff weight）：水上飛機的最大水面起飛重量指水上飛機在水面開始起飛滑行時的最大重量。一般按起飛時的結(jié)構(gòu)要求、水動力特性限制確定，通常包括靜水面最大起飛重量和抗浪條件下的最大起飛重量，對于輕型水陸兩棲飛機，通常情況下二者相等。

2 抗沉性設(shè)計一般性原則

輕型水陸兩棲飛機抗沉性設(shè)計應遵循以下原則：a）飛機必須布設(shè)一定數(shù)量的船體水密隔艙或浮筒，使得飛機保持一定的抗沉能力；b）水密艙進水后應保持一定的浮性和穩(wěn)定性，不允許出現(xiàn)沉沒或傾覆的現(xiàn)象；c）飛機船體必須設(shè)計有一定數(shù)量的水密隔艙，該水密隔艙的數(shù)量受飛機最大起飛重量限制，且滿足相應抗沉性要求；d）主浮筒不得少于4個水密隔艙，且滿足主浮筒的任何兩個隔艙滿水時，該水陸兩棲飛機仍能浮在水面上而不傾覆； e）輔助浮筒必須保證當其全部浸沒在水中時所提供的恢復力矩大于導致該水陸兩棲飛機傾斜時產(chǎn)生的傾覆力矩，且留有足夠力矩余量；f）在水面錨泊時，水密隔艙或浮筒的滲水率應控制在一定范圍內(nèi)，在規(guī)定的水面錨泊時間內(nèi)不允許出現(xiàn)因水密隔艙或浮筒的滲水量使得飛機沉沒或傾覆的現(xiàn)象，且應有相關(guān)計算表明該滲水量不影響飛機水面起飛時的飛行安全（包括飛行重量超限和重心超限兩方面因素）；

3 抗沉性設(shè)計詳細技術(shù)要求

水陸兩棲飛機抗沉性設(shè)計技術(shù)要求如下：

3.1 船體設(shè)計要求。飛機最大起飛重量等于或大于680kg時，船體必須設(shè)計有水密隔艙，其設(shè)計應符合以下技術(shù)要求：a）最大起飛重量大于2 268kg（5 000lb）直到5 700kg或8 620kg的飛機（輕型通用飛機的最大起飛重量限制為5 700kg，但對于通勤類飛機，最大型號合格審定起飛重量可至8 620kg），船體水密隔艙中任何兩個相鄰的水密隔艙滲透或破損進水時可保持飛機不沉；b）最大起飛機重量為680kg（1 500lb）直到2 268kg（5 000lb）的飛機，船體水密隔艙任何單個水密隔艙滲透或破損進水時可保持飛機不沉；c）為使水密隔艙間互通，可以設(shè)計帶水密門的艙間隔板。

3.2 浮筒設(shè)計要求：a）主浮筒具有比在淡水中承托該水陸兩棲飛機最大水面起飛重量所需該浮筒提供的浮力大80%的浮力；b）主浮筒具有足夠的水密隔艙來合理保證在任一主浮筒的任何兩個隔艙注滿水時，該水陸兩棲飛機仍能浮在水面上而不傾覆；c）每個主浮筒具有不少于4個體積大致相等的水密隔艙；d）輔助浮筒必須保證當其全部浸沒在淡水中時所提供的恢復力矩，至少為該水陸兩棲飛機傾斜時產(chǎn)生的傾覆力矩的1.5倍；

3.3 水密隔艙滲水速率及滲水量技術(shù)要求：a）滲水速率技術(shù)要求：水陸兩棲飛機水密隔艙滲水速率以觀察飛機在水面停泊6小時后在各水密隔艙底部所匯集的總水量為測量依據(jù)，對于輕型水陸兩棲飛機，滲水速率應控制在不超過該飛機的最大水面起飛重量的0.5%/6小時，且應配置相應的排水措施。b）滲水量技術(shù)要求：以試驗實測滲水速率為依據(jù)，每次水面飛行任務前均應評估滲水量是否影響飛機飛行安全（包括飛行重量超限和重心超限兩方面因素）。

3.4 破艙進水速度及進水量估算：水線以下的破損進水速度與破損面積、破損中心距離水線高度、破損中心距離艙內(nèi)水面高度有關(guān)，除破損面積在破損程度一定時為定值外，破損中心距離外水面高度、破損中心距離艙內(nèi)水面高度均隨進水時間變化，破損進水速度公式如下：

在規(guī)定的一艙、相鄰兩艙或任意兩艙范圍內(nèi)的破艙進水主要以兩種方式影響水陸兩棲飛機的穩(wěn)性：a）破艙水使穩(wěn)心降低以及使穩(wěn)性力臂曲線的高度降低；b）當破艙水不對稱時，破艙水產(chǎn)生的附加側(cè)傾力矩使得飛機橫向穩(wěn)性降低，此時需要重新進行飛機破艙進水穩(wěn)性計算，其目的是為了求出飛機在破艙進水而達到新的平衡后的飛機浮態(tài)位置，從而確定其穩(wěn)性是否滿足要求。

3.5 水密艙設(shè)計技術(shù)路線。目前輕型水陸兩棲飛機水密艙的主流設(shè)計技術(shù)路線有以下幾條：a）船體或浮筒采用傳統(tǒng)金屬龍骨梁隔框蒙皮式承力結(jié)構(gòu)，水密艙存在滲水或破損的可能性，故必須表明具有滲水量或破損進水量的安全性設(shè)計，且應具有相應的排水措施；b）船體或浮筒采用復合材料整體成形，可認定船體或浮筒整體不滲水，只需表明具有破損進水量的安全性設(shè)計即可；c）船體或浮筒的艙體空間采用輕質(zhì)固體材料填充（如聚乙烯泡沫），因填充材料完全擠占進水空間，可視為船體或浮筒整體不滲水且不破損。

4 結(jié)束語

輕型水陸兩棲飛機在旅游觀光、農(nóng)林作業(yè)、搜救巡邏、遙感測繪上有著廣泛的應用前景，然而作為該類型飛機設(shè)計核心技術(shù)之一的抗沉性設(shè)計技術(shù)，國內(nèi)尚無明確的系統(tǒng)性、規(guī)范性指導文件，因此本文淺析了輕型水陸兩棲飛機抗沉性設(shè)計的一般性原則和技術(shù)方法，期待同仁共同探討。

參考文獻

[1]運輸類飛機適航標準.中國民用航空規(guī)章，第23部，CCAR-23-R3.中國民航總局，2001.5.

[2]飛機設(shè)計手冊總編委會.飛機設(shè)計手冊第8分冊.航空工業(yè)出版社，2002.

[3]盛振邦，楊尚榮，陳雪深.船舶靜力學（修訂本）.國防工業(yè)出版社，1984.

[4]施內(nèi)克魯特，咸培林（譯）.船舶水動力學.上海交通大學出版社，1997.

作者簡介

夏明廣（1986-） ，男，畢業(yè)于哈爾濱工程大學獲得學士學位，中航通飛研究院有限公司重量專業(yè)工程師，