探秘贴地鲲鹏

贺莉丹

美国打类似“海湾战争”、“沙漠风暴”这样的大型战争，需要用航母提前半年运兵，如果“鹈鹕”号研制成功，让几架“鹈鹕”从美国本土运载装备和军队过去，只需一两个星期就完成战略部署了。

一种飞行高度只有0.5米至3米、时速可达200多公里的地效飞行器目前正在上海同济大学进行研制。名为“鲲鹏”号的这台飞行器将同时具有飞机的翅膀与适应水面航行的平坦船底。

“地效飞行器与空气动力学长期以来遵循的‘高度就是效率的准则相抵触，作为一种新型交通工具，它将带来人类交通运输业的革命。”8月7日，“鲲鹏”号总设计师、南京航空航天大学教授钱智声接受了《新民周刊》专访，71岁的钱智声教授此前曾任AD——100、AD——100T轻型飞机与“天使鸟”号地效翼艇的总设计师。

神奇的升力

记者：“鲲鹏”号的研制进展如何?

钱智声：“鲲鹏”号是12座掠海型具有高飞能力、全复合材料结构的新一代地效飞行器，总重4吨左右，巡航速度为180公里/小时，最高速度可达200至220公里/小时，航程为1000公里，预计3年时间可以研制成功。

记者：很多人都不了解地效飞行器究竟是什么。

钱智声：飞行器在空中飞行时，机翼下方的压力大于其上方的压力，产生升力，托着飞行器运行；地效飞行器则是利用地面效应进行飞行。当飞行器贴近水面或地面，即在地效区飞行时，飞行器底下的空气受到挤压、流动受阻塞，压力增大，从而产生附加的升力。

另外，当飞行器在空中飞行时，下翼面气流绕过机翼的两端时，会产生翼尖旋涡，导致升力方向向后倾斜，形成一种诱导阻力。但如果飞行器极其贴近水面或地面飞行时，旋涡被“压扁”，涡流的强度变小，从而引起的阻力也变小。这种升力增加阻力减小的现象就叫做“地面效应”。利用地面效应进行飞行的飞行器叫做“地效飞行器”。

与同等重量在空中飞行的飞行器相比，地效飞行器飞行的升阻比(升力与阻力之比)要大得多!升阻比大了，耗油率减少了，有效运载量便增加了。

记者：地效飞行器有哪些优点?

钱智声：给你讲个故事吧。1932年5月24日，德国一架名叫“多克斯”的水上飞机正在大西洋上空正常飞行，忽然，因发动机部分油路堵塞，发动机转速降低，飞机随之下落。一场机毁人亡的事件顷刻即将发生，但奇迹却在那时出现了：当飞机掉到距海面10米左右时，不知从哪里来的一股神奇的升力，巧妙地将飞机拉平，并一直让它保持在这个高度上向前飞行；最后，这股“魔力”将飞机完好无损地送到了目的地。

后来空气动力学家的研究表明，当运行的飞行器距离水面很近时，升力会陡然增加。

相比飞机，地效飞行器的优点是，第一，经济性好，可多载重。第二，它一般在贴近水面几米的高度飞行，比起在高空飞行的飞机，安全性更好。第三，可以大型化。地效飞行器设计得很庞大，反而能更好地体现出自身优势。另外，它的“跑道”就是海面，从而不需要对地面设施和场地进行大量投资，而大型飞机对跑道的要求很高，地面设施投入很庞大。巨型飞机降落时，地面还会带来微弱的长波“地震”波，这会危害机场的建筑结构。有可能会使一些机场大楼里的建筑出现裂缝。

地效飞行器还被称作“地效飞船”、“地效艇”、“冲翼艇”等等。虽然叫做船、艇，但它的速度比普通船舶快十几倍甚至几十倍。因为地效飞行器是离开水面飞行，而水的密度是空气密度的800倍，这是它的速度能上去的重要原因；它的适航性与抗浪性都好，非常平稳、舒适，而且机动性好，能躲开对方雷达的探测，在军事上更显示出独特的优势。

从“里海怪物”到“鹈鹕”

记者：目前世界上有哪些国家在进行地效飞行器的研究?

钱智声：1935年，芬兰人托伊沃•卡里奥设计了一种“翼展小于艇长”的飞行雪橇，能快速行驶于崎岖的山地，但因为系统不够稳定而被淘汰。

前苏联是最早开展地效飞行器研究的国家，1958年，苏联中央水翼设计局总设计师P.E.阿列克谢耶夫开始在海军开发第一个地效翼船模型计划。1967年夏天，众多情报分析专家聚集在华盛顿的美国国防情报局，共同解读一张极不寻常的间谍卫星照片，照片拍摄自里海边上的一个苏联小城市，在一圈围墙里，停放着一台巨大的机器，它比当时已知的任何飞机都大得多，但机翼却出奇地短，看上去似乎根本无法飞行，它被称为“里海怪物”。

那以后的10年中，疑团被逐一解开，美国方面后来得知“里海怪物”是一架总重540吨、巡航速度为400至450公里/小时、利用被称为“地面效应”的空气动力学现象运载大量货物高速掠过水面飞行的新型飞行器。

1966年，由阿列克谢耶夫设计的“里海怪物”建成了，之后，苏联有了装备海军的一批大型地效飞行器，比如1972年研制成功的“小鹰”号地效飞行器，总重120吨，巡航速度为350公里/小时，能快速运兵，在2002年俄罗斯海军的海上演习里还可以看到“小鹰”号；上世纪80年代他们研制成功了“雌鹞”号地效飞行器，总重400吨，巡航速度为450至550公里/小时，能在海上发射6枚导弹；其他的还有“雨燕”号、“伏尔加”号、“救生员”号等地效飞行器，其中，“救生员”号用于海上紧急救护，直到现在还在使用。

苏联解体后，地效飞行器的发展一度停滞，但现在俄罗斯总统普京要求重新恢复地效飞行器的发展计划。就战略作用而言，地效运兵舰可在1至3米的雷达盲区超低空高速飞行，对方发现不了，这让它在军事上有极大优势。

目前，美国、德国、英国、澳大利亚、日本、中国都在进行地效飞行器的研制工作。

美国在上世纪60年代开始开始研究地效飞行器，但当时并不被看好，他们将更多资源投入太空计划。英国受美国影响，一度重视研究气垫船。

但如今，美国加速发展地效飞行器技术。在2004年推出“鹈鹕”号地效飞行器研制计划之前，美国曾专门斥资500万美元派人員赴俄罗斯考察；就在前几年，美国买去了“里海怪物”及其技术，将它改造成为民用邮轮。

记者：“鹈鹕”号的研制进展怎样?

钱智声：现在，美国波音公司正在为美国国防部设计空中巨无霸“鹈鹕”号，这个目前世界上最大的地效飞行器比“里海怪物”的体形更庞大，它的自重约1400吨，有效载荷超过1270吨，重量相当于7架满载的波音747飞机，翼展长达150米，长度相当于一个足球场，螺旋桨的直径有5层楼高。这个空中巨无霸可以在距水面6米高处以480公里/小时的速度轻快掠过水面，最大飞行高度可达6000米，其燃油消耗量仅为同级别的普通飞机高空飞行时的一半。

在运输陆军装备时，船只的速度太慢，飞机的运量又远难以满足需要。“鹈鹕”号地效飞行器可装载3000多人，它能装运180个2.4米×2.4米×6米的标准集装箱，运载能力是目前最大运输机的10倍，速度也比普通船运快10倍。美国打类似“海湾战争”、“沙漠风暴”这样的大型战争，需要用航母提前半年运兵，如果“鹈鹕”号研制成功，让几架“鹈鹕”从美国本土运载装备和军队过去，只需一两个星期就完成战略部署了。

记者：那么，中国的地效飞行器的研究进展如何?

钱智声：我国从1958年就开始研究地效飞行器，中国在过去几十年里，主要在船舶制造系统发展了一些地效飞行器技术。

1985年，中国船舶及海洋工程设计研究院与求新造船厂设计并建成了750号地效翼船，总重750公斤，巡航速度为130公里/小时；1997年，751号即“天鹅”号地效翼船首次试飞成功，可载客15至20人，离水飞行速度为130公里/小时。

1995年，中国航空总公司第605研究所、中国航天总公司第701研究所等单位联合研制DXF——100地效飞行器，1998年首飞，可载客15人，起飞重量为4800公斤。中国船舶总公司第702研究所自上世纪60年代起先后推出了“信天翁”系列地效艇。1999年，“信天翁”4号地效翼艇研制成功，可乘坐21人。

2002年元月，由我担任总设计师的AB——606型“天使鸟”号6座掠海地效翼艇在海南三亚地区海面试航，“天使鸟”号于2003年3月研制成功，巡航速度为130公里/小时，最大飞高为30至50米，但之后由于资金等原因，只生产了一架。

运营需专门航线

记者：目前有没有研制成功的地效飞行器投入实际运营的实例?

钱智声：德国跟澳大利亚、新加坡共同研制的FS8地效翼艇已在美国阿拉斯加东南面的几个小港口运营了10年，目前FS8仍在几条航线运行，主要用于游客观光。

据我所知，我国研制成功的信天翁5号目前在东北某湖面用于边防巡逻；DXF——100地效飞行器生产过两架，目前在太湖地区用于旅游观光，像摩托艇那样供游客乘坐。

记者：地效飞行器的研究目前面临的主要困难与瓶颈是什么?

钱智声：地效飞行器的关键技术已突破，但由于飞行时离开水面，很多复杂参数的变化会影响它飞行的稳定性，这是个挑战，要让社会普遍接受它，还要一个过程。“里海怪物”在运行时就曾摔过几次。其次，地效飞行器的动力要求与飞机的发动机不同，它应该是起飞时短时间能提供很大的功率，而进入巡航时有较好的经济性，这样的发动机还要加速研制开发。地效飞行器在盐雾环境中工作，所有的地效飞行器上岸后，都需用大量淡水冲洗，它对材料要求很严格，需要使用耐强腐蚀的材料。还有一点也很重要，地效飞行器需要准确、灵敏的高精度小量程高度表，这也需要解决和突破。

记者：在你看来，地效飞行器发展的前景如何?今后可用在哪些领域?

钱智声：地效飞行器集航空、航海的优点于一身，是介于飞机与船舶之间的一种新型有效的交通运输工具。地效飞行器是21世纪最具发展前景的新兴交通运输产业，将带来21世纪交通领域的一场革命。50座、20吨级、巡航速度为300公里/小时的地效飞行器已被国防科工委“十一五”规划列为我国民用通用航空方面重点支持的三个机种之一。

我认为，海关缉私、渔政管理、客运运输部门和海上旅游观光都很需要高速的地效飞行器，它比同重量的飞机省油在30%以上，制造、运营、维修的成本则低30%以上，有效载重量也更大。比如，一架波音747飞机的运载量仅为其自重的20%，而前面提到的“鵜鹕”号，有效载重近50%!

我专门考察过一些沿海城市，如果地效翼艇投入使用，可以让我国沿海的40多个城市实现快速短途通航，不仅提高了办事效率，而且很安全。另外，我国对一些沿海岛屿的主权行使也可节省大量时间。

但也有现实的困难，地效飞行器的投入使用需要比较宽阔的水面，在密集的港湾、河道则无法投入使用。作为一种新型交通工具，地效飞行器需要建立专门航线才能投入使用。如果要在我国运营地效翼艇，运营方需向交通部申请专门航道，否则，它运行时撞了来往的船只怎么办?“鲲鹏”号要正式投入运行，也面临这样的障碍。地效飞行器的航线问题需要国内外组织协商解决。