地效飞行器发展综述

罗战虎

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2102-5640-4215

摘  要：本文介绍了地效飞行器的基本概念和原理，简述了地效飞行器国内外发展现状及各国学者、科研人员在地效飞行器各领域的研究进展;通过对已有地效飞行器型号的统计，对地效飞行器主要气动布局形式和特点进行总结和分类，分析了地效飛行器在军民用领域可能的用途、制约地效飞行器发展的主要因素等;并指出在当今社会，传统飞行器与船舶领域基本成熟的情况下，地效飞行器作为一款跨界产品，兼具飞机的高速性和船舶的经济性，其有望在今后一段时期进入快速发展期。

关键词：地效飞行器  布局  应用领域  关键技术  发展前景

中图分类号：V271.9          文献标识码：A                   文章编号：1674-098X（2021）03（c）-0017-07

A Review of the Development of Wing-In-Ground（WIG） Aircraft

LUO Zhanhu

（ China Special Vehicle Research Institute， Jingmen， Hubei Province， 448035 China）

Abstract：This paper introduces the basic concept and principle of Wing-In-Ground（WIG） aircraft， briefly describes the development status of WIG at China and other countries， and the research progress of scholars and researchers in various fields of WIG; through the statistics of existing WIG products， summarizes and classifies the main aerodynamic layout forms and characteristics of WIG aircraft， and analyzes the possible applications of WIG in military and civil fields. It also points out that in today's society， when the field of traditional aircraft and ship is basically mature， WIG， as a cross-border product， has both the high speed of aircraft and the economy of ship， and is expected to enter a period of rapid development in the future.

Key Words： WIG craft; Layout; Application field; Key technology; Prospects for development

飞机在起飞、降落和贴近地面飞行时，会出现一种附加升力，这种现象被称为“地面效应”（Ground Effect）。自20世纪30年代起，人们逐渐开始通过各种模型试验，试图研制一种能充分利用空气动力学地面效应原理进行飞行的飞行器，由此，便诞生了如今人们所熟知的地效飞行器。从地效飞行器诞生以来，几乎所有已知的地效飞行器都被设计为贴近水面飞行（150m以下），因此，在民用领域，一般将之称为“地效翼船”。

随着科学技术的进步和发展，俄罗斯、美国、德国、中国、韩国、日本等许多国家相继开展了大量的地效飞行器技术研究与型号研制工作，其中，俄罗斯在地效飞行器领域始终处于国际领先地位，其于20世纪60年代至今先后研制出了30多个地效飞行器型号[1-6]，其中“里海怪物”KM型地效飞行器更是至今为止最大的地效飞行器。随后的近30年里，因其在军民用领域的定位不明晰、环境政策等各种因素影响，地效飞行器始终没有得到很好的发展，但世界各国尤其是中国对其相关研究工作从未停止。周颖、丁一文、伍塞特等分别从地效飞行器的战略和军民用用途方面进行了分析与研究[7-9];曹楷、路容斐等进行了串列式、盒式翼等新概念地效气动布局方面的研究[10-11];张思煜、胡唤等开展了地效翼船气动特性的数值分析研究[12-13];Huu Khoa Tran、何思元、陈利、Fu Mingyu、罗瑜等人在地效翼船的飞行控制方面进行了较深入的研究[14-20]。

我国从20世纪60年代开始研究地效翼船，经过40余年的努力，如今已掌握地效飞行器气水动布局匹配设计技术、飞行稳定性于控制技术、动力增冲技术、高抗浪船体设计、结构与腐蚀防护设计技术等相关的核心技术，如中国特种飞行器研究所、中船702所等单位都相继成功地研制出一些性能良好的地效飞行器，并逐步向实用化和大型化迅速发展，成为在该研究领域的主要力量之一。

本文将通过对自地效飞行器诞生以来的国内外各类地效飞行器的发展情况进行统计分析，对地效飞行器相关情况进行系统性的总结与阐述，以期对广大地效飞行器科研工作者了解地效飞行器有所帮助。

1  地效飞行器国内外发展现状

自从1932年芬兰人“卡里奥”设计了世界上第一架地效飞行器以来，地效飞行器的发展主要经历了4个阶段：第一阶段为20世纪30年代至60年代，以地效原理、地效飞行器气动布局设计与试验为主的探索时代;第二阶段为20世纪60年代到90年代“冷战时期”，以俄罗斯为代表的大型军用地效飞行器发展时代;第三阶段为20世纪90年代至2005年代，以关键技术攻关、小型民用地效飞行器商业化应用探索为主的应用探索时代;第四阶段为2005年至今，随着高技术产业群的迅猛发展，大中小型地效飞行器的研制技术逐渐趋于成熟，军民用地效飞行器全面开发时代已经具备条件。目前，许多国家都在积极探索和发展军民用地效飞行器，其中主要的国家有俄罗斯、美国、德国、澳大利亚、日本、英国、中国等。

1.1 国外发展现状

俄罗斯在大中型地效飞行器的研制方面处于世界领先地位，自20世纪60年代开始，先后研制出30多种型号、近百架的大、中、小型机型投入军民用领域使用。典型产品有“小鹰”“雌鹞”“雨燕”“伏尔加”等，近年来，俄罗斯又提出了别-2500 超重型地效飞行器，引起广泛关注。其设计最大起飞重量为2500t，最大载重1000t，相当于10架美军 C-17“环球霸王”运输机的运力总和。截至2007年，俄罗斯已经造出两架别-2500试验机，该机体型巨大，翼展156m，机身长123m，高空飞行速度可达800km/h，最大航程17000km，其将主要用于跨大西洋和跨太平洋航线运输。

美国自俄罗斯研制的“里海怪物”地效飞行器曝光后，也开始着手进行地效飞行器的开发工作，主要有小型地效飞行器样机GME-1、GME-2和GME-3，100t级“哥伦比亚”号地效飞行器方案，1000t级的“大韦兰德号”地效飞行器方案，以及用于跨洋运输用载重量1270t的“鹈鹕”号巨型地效飞行器概念设计方案。

德国在地效飞行器方面的研究很有特色，其走了一条与俄罗斯、美国等国截然不同的发展之路，它们更趋向于民用化、小型化和实用化地效飞行器的研制，已成功研发了多个系列的产品，包括X系列、TAF系列、AF系列等[21]。

韓国为了开发地效飞行器这一新领域，自1995年从俄罗斯引进技术后，也开展了大量的研究工作，目前研制成功的产品有ARON公司的M-50、M-80系列小型地效飞行器以及WINGSHIP重工业公司的WSH-500中型地效飞行器。

其他如意大利、日本也相继研制出了部分小型地效飞行器，但未有太大进展。

1.2 国内发展现状

我国的地效飞行器研制起步于20世纪60、70年代，有多家航空和船舶科研机构以及民营企业共同进行这方面的研究，而且取得了一定成绩，积累了较丰富的经验。

我国从事地效飞行器开发的单位主要有中国特种飞行器研究所（605所）、中船702所、中船708所等科研机构以及郑州海王、海南英格等一些中小型民营企业。迄今为止，国内已成功研制出10余种不同类型的小型实用型地效飞行器，典型产品有“天翼1号”“信天翁”系列“天使号”“翔洲1号”等。

2  地效飞行器气动布局形式与特点

根据表1～表2的统计分析，国内外已有或正在研制的地效飞行器主要气动布局形式可分为串翼式、槽流式、飞机式、利比希式、双体式、飞翼式、气垫式、盒式翼等8类（见图1）。

2.1 串翼式

串翼式地效飞行器是鸭式气动布局的一种变形，由机身和机翼翼面几乎相同的前后两个机翼组成，前翼安装角比后翼大。

2.2 槽流式

槽流式地效飞行器设计比较简单，主要由带端板的机翼、尾翼、机身和动力装置组成，采用在地效区内飞行高度变化时压力中心移动很小的薄拱弧形翼型和柔性蒙皮翼面。

2.3 飞机式

飞机式地效飞行器是大型地效飞行器的主要布局形式，一般采用小展弦比下单翼和高置平尾布局，机身采用多断接船体，及采用动力增冲技术实现短距起降。

2.4 利比希式

利比希式地效飞行器是一种飞机式地效飞机的特例，它采用倒三角、下反机翼布局，由德国利比希博士发明。其特点是在离水过程和各种高度飞行时压力中心移动较少，气动特性优良。

2.5 双体式

双体式地效飞行器综合了串翼式和槽流式机翼布局的特点，端板就是机身，中间有小展弦比机翼作为主要升力面。

2.6 飞翼式

飞翼式地效飞行器采用机身机翼一体的布局方式，该类布局地效飞行器具有比较好的性能和经济性，其有效载重量比一般的地效飞行器大很多。

2.7 气垫式

气垫式地效飞行器是气垫船与地效飞机的结合体，其主要特点是可在水面、地面、草地等平坦区域起降，同时也可将机翼拆除后以气垫船形式使用。

2.8 盒式翼式

盒式翼式地效飞行器属于闭合式非典型机翼布局，与常规布局相比，该类布局可在保持等效升力的情况下，大大降低诱导阻力，从而有效提高飞行器的气动效率，升阻比较高。

3  地效飞行器应用领域分析

3.1 军事领域

超低空领域在军事上无论是攻击还是防御手段目前基本处于空白，而地效飞行器的超低空飞行特性，决定了它在该领域有着不可替代的优点和发展价值。

3.1.1 两栖登陆作战

可实现水上登陆和由岸下水，同时，利用其特有的动力气垫，可减少在风浪中起降时受到的冲击，提高起降时的耐波性能。它不仅可在水面航行，也可以在沙滩、沼泽、雪地、冰上航行。可轻松地飞越敌方布设的反登陆和滩头障碍，有效完成抢摊登陆的任务。

3.1.2 海上兵力运输

可承担复杂地形和海况下兵员装备的大规模运输，快速完成兵力投送和部署。

3.1.3 立体投送

也可装配武器系统用于低空突击，还可遂行多种支援和作战保障任务。

3.1.4 水面机动攻击

可从水面和水上隐蔽地发起对海与对陆的精确打击。

3.1.5 海面机动预警平台

可将岸基预警雷达进行一定的改装设计，安装到大型地效飞行器平台上，形成可在海面灵活机动的移动式预警平台，在需要时快速机动至指定海域停泊进行预警监视;或多机联合，形成机动式预警网络，扩大海军预警防御圈。

3.1.6 海基导弹发射平台

可担负战略导弹的核打击使命，同时也可执行战术导弹的常规打击任务。作为导弹等武器平台，携带反舰导弹，可实施对海攻击、抢滩登陆和野战救援。

3.1.7 地效航母

将起飞重量5000t以上的地效飞行器作为舰载机停放与起降平台，形成机动能力超强，环境适应性良好的轻型航母。

3.1.8 移动式舰载机起降平台

将地效飞行器作为移动式起降平台，与轻型舰船组成分散式远洋舰队，形成类似航母的战斗群。

除此以外，地效飞行器还可承担侦察反潜、警戒巡逻、排雷破障、布雷设障、搜索救援、医疗保障等很多任务。

3.2 民用领域

地效飞机作为一种新型水面交通工具，在安全性、经济性、快速性、舒适性方面有其独到的优势，决定了它在民用领域也有很大的发展空间。

3.2.1 水面客运服务

世界各国有很多适合地效飞行器运营的航线，例如马尔代夫、印尼等国海域环境良好，非常适合地效飞行器运营，印尼更是计划建立“海上高速公路”，地效飞行器无疑是一种非常适合的交通工具。

3.2.2 岛屿间快速物流

随着网络购物的快速发展，人们对物流的要求也在不断提高，一些生鲜类产品的物流运输，对运输速度提出了较高的要求，而如今岛屿间快速运输是一大难题，而地效飞行器恰恰可以满足这些要求。

3.2.3 海面搜救

在发生海难時，现有的救援力量大多是飞机或救援船。飞机虽然速度快，但只能投放一些救生圈之类的简单东西，而这些东西在风浪大的海面上几乎是没有用处的。救援船由于速度太慢，无法及时赶到救援地点。地效飞行器作为海面搜救工具，兼具飞机和救援船的有点，是一种有效的搜救工具。

此外，地效飞行器还可用于海洋巡逻执法、环境监测、极地科考物资运输与保障等。

4  制约地效飞行器发展的主要因素

地效飞行器经过了近半个世纪的发展，也取得了一些丰硕的成果，但至今为止，其仍未得到广泛应用，究其原因，笔者认为，主要有以下几个方面。

4.1 定位不清晰，未找到能真正发挥其特长的应用领域

20世纪末，由于海上斗争与核对抗、信息争夺、空中斗争相比，处于相对比较低沉的阶段，因而，具有海上斗争优长的地效飞行器，作为一种武器手段，并未像核武器、信息技术和空中力量一样，成为军事领域的主要角色，而在其发展过程中也确实遇到了一系列技术难题，一些国家因经费问题，走重点发展之路，因此将地效飞行器等“难点项目”下马。同时，由于地效飞行器属于海空跨界产品，因其归口管理定位不清及其他政治因素影响，使其发展始终处于非主流的尴尬局面，这些种种原因，使得地效飞行器在全球的发展步伐减缓下来。

如今，在民用领域，地效翼船的定位已基本明晰，其由海事部门归口管理。其在水面快速客货运输、岛屿间快速物流、水面搜救、旅游观光等方面的优势也已经受到业内广泛认可，有望在该领域发挥其应有的作用。

4.2 法律法规限制，无成熟的可实施的相关标准和法规

地效飞行器作为一种有别于传统舰船和飞机的特殊产品，因其贴近海面高速飞行的特性，使其对海面运营环境和气象环境都提出了特殊要求，而目前无论是设计检验还是运营安全方面，相关的法律法规还比较欠缺，中国船级社虽然于2008年编制完成了GD13-2007《地效翼船检验指南》，用以指导地效翼船的设计和检验，但远远不能满足地效飞行器商业运营要求。这对民用地效飞行器的发展形成了制约。

如今，国际海事组织（IMO）已经于2019年发布了《地效翼船指南》（MSC.1-Circ.1592），同时，中国海事局也在2020年11月组织评审并通过了《地效翼船技术与检验暂行规则》，这些法规的制定，将有力的推进民用地效翼船的发展。

4.3 部分关键技术仍未得到有效解决，使用范围受限

地效飞行器因需要长期在海面运行，从而对其海洋环境适应性提出了较高要求，而现有技术成熟度尚不能完全解决相关问题。要真正实现其在军民用方面的价值，满足海洋运输等应用需求，还需要进一步提供其海洋环境适应能力，解决起降高抗浪能力、自主控制技术、超轻结构设计技术、发动机腐蚀防护技术等方面关键技术。

5  结语

虽然地效飞行器的发展受到诸多因素的限制，但近年来，因技术进步、各国海洋战略调整及相关民用法律法规的不断完善，世界各国对军民用地效飞行器的发展热情正不断提高。

军用方面，随着世界局势的不断发展以及我国海洋强国战略的实施，以及我国与周边国家的海洋局势不断地复杂化，都暴露出我国现有海洋军事力量的不足，如中日钓鱼岛争端、南海争端等，都需要具备海岛快速到达及迅速现场处置的能力。而常规飞机受到机场、航程、运载能力等方面的限制，各类舰船又速度太慢。所以从目前的实际情况出发，我国的军事、海监、渔政等部门迫切需要一种具备多种运行状态、高速、隐蔽及大载运量的高效运输工具，大型地效翼船将会是满足这些需求的一种非常合理的选择，其一旦被成功研制，将大大提升我国海军的威慑力，加强我军对我国领海的控制权。

民用方面，随着人们对海岛资源的大量开发，人们也迫切需要一款可以在海面快速通行的工具，满足日常客运和物流运输需求;而近年来，国家海事局已经加快了相关标准和法律法规的建设，这也将极大的促进民用地效飞行器的发展和应用。

关键技术攻关方面，近年来在先进气动布局、地效飞行器稳定性与控制技术、高抗浪地效飞行器设计技术、腐蚀防护技术等方面逐渐取得较大突破，已经完成了一定的技术储备，具备各类地效飞行器的研制条件。

可以预见，在当今社会，传统飞行器与船舶领域基本成熟的情况下，地效飞行器作为一款跨界产品，兼具飞机的高速性和船舶的经济性，随着相关政策与法规的出台，其有望在今后一段时期进入快速发展期。

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