黃領才，雍明培

中航通用飛機有限責任公司，珠海 519040

水陸兩棲飛機是既能在水面起降，又能在陸上起降的固定翼飛機，是在水上飛機的基礎上發(fā)展而來的。最早的水陸兩棲飛機出現在20世紀20年代初期，英國的維京公司(Viking)研制了大量的水陸兩棲飛機，主要用于非洲探險和軍事領域，如搜救、反潛、巡邏、轟炸等。最著名的機型肖特“桑德蘭”多用途四發(fā)水陸兩棲飛機，曾經在大西洋巡邏達12 h[1]。從20世紀20年代到30年代后期，美國西科斯基公司(Sikorsky)的S系列水陸兩棲飛機廣泛用于全球的跨洋航線飛行[2]，格魯曼公司(Grumman)研制的輕型多用途水陸兩棲飛機鵝式(Goose) 和野鴨(Widgeon)進入民用市場后，美國空軍發(fā)現了它潛在的軍用價值，水陸兩棲飛機開始在軍用和民用方面廣泛流行[3]。第二次世界大戰(zhàn)后，美國軍方還訂購了上百架格魯曼公司的信天翁(Albatros)型水陸兩棲飛機及其改進型[4]。除了美國和英國外，俄羅斯在第二次世界大戰(zhàn)前研制了水上飛船Shavrov Sh-2，并廣泛應用于軍用與民用領域，第二次世界大戰(zhàn)后研制了Be-12反潛和海上巡邏兩棲飛機，并繼續(xù)研制了噴氣式Be-200水陸兩棲多用途飛機[5]。意大利也研制了少量的水陸兩棲飛機，如Savoia-Marchetti S.56A[6]和Piaggio P.136[7]。隨著戰(zhàn)爭的結束和航空技術的發(fā)展，水陸兩棲飛機相對于陸基飛機的優(yōu)勢逐漸喪失，其航空客運、貨運及郵遞的民事用途和巡邏、反潛、搜救等軍事用途逐步被陸基飛機或直升機所替代。

俄羅斯是少數在第二次世界大戰(zhàn)后繼續(xù)研發(fā)水陸兩棲飛機的國家。俄羅斯因早期致力于發(fā)展高速快艇，在流體力學與水面高速航行專業(yè)積累了較多的成果。當需要發(fā)展水陸兩棲飛機時，能將研究成果立即轉化應用于水陸兩棲飛機最關鍵的水面起降部分。這也使得俄羅斯對于水陸兩棲飛機的發(fā)展有許多獨特的技術與優(yōu)勢。日本是個群島國家，海岸線近30 000 km，獨具特色的水上飛機深受日本政府重視。在PS-1水上飛機的基礎上逐步改進形成的US-2水陸兩用救護機被業(yè)界認為是目前性能最好的水陸兩棲飛機，可在3 m浪高的海上起降，出勤率全年能達到90%以上，不但能執(zhí)行海上巡邏和反潛等各種作戰(zhàn)任務，而且能夠執(zhí)行搜救和島礁運輸任務[8]。加拿大龐巴迪公司研制的CL-215及后續(xù)改進型CL-415水陸兩棲飛機是專門為滅火、搜索、巡邏和救護等任務而研制的，多國林業(yè)部門及海事部門都配備了這兩款機型，是世界上研制及應用最為成功的水陸兩棲飛機[9]。

中國在20世紀70年代研制了水上飛機水轟5，主要用于執(zhí)行近海巡邏、偵察等任務，改裝可用于森林滅火。2007年立項研制輕型水陸兩棲飛機海鷗300，該機基本型為客運型，改裝后可用于旅游觀光、農林作業(yè)、飛行培訓等用途[10]。2009年立項研制大型滅火/水上救援水陸兩棲飛機AG600，可作為水陸兩棲多任務平臺，加裝滅火、救援、探測等設備，可實現不同領域專業(yè)用途，有效保障中國應急救援體系建設。

目前，水陸兩棲飛機主要用于森林消防和水上搜救、偏遠海島運輸、休閑旅游等方面。隨著航空理念的改變及遠洋貿易的發(fā)展，越來越多的學者開始重新關注水陸兩棲飛機，探討水陸兩棲飛機在現代軍用、民用領域的價值。歐洲多國共同開展了“FUSETRA”課題的研究[11]，通過研究認為：加大水陸兩棲飛機技術攻關，提升其技術水平，特別是氣動、水動、材料、電子系統(tǒng)等，有望使水陸兩棲飛機再次成為航空運輸系統(tǒng)的中堅力量。最近美國研究人員又提出了海上平臺的概念，認為水上/水陸兩棲飛機是連接海上平臺的最好機種，可以充分發(fā)揮水上/水陸兩棲飛機的多用途平臺作用[12]。

水陸兩棲飛機百年來歷經繁榮與衰落，在軍用和民用的多個領域有其獨特優(yōu)勢。本文從水陸兩棲飛機的發(fā)展過程闡述水陸兩棲飛機的技術特征和發(fā)展轉變，重點分析影響水陸兩棲飛機發(fā)展的關鍵技術，探討在軍事和民用兩個方面的應用前景和未來發(fā)展方向。

1 水陸兩棲飛機的技術特征

萊特兄弟的首飛成功，使世界進入了航空時代，多個國家的航空先驅紛紛投身于各種航空器的研究發(fā)明和創(chuàng)造中。修建陸上機場需要投入大量的人力、物力和土地，如果能夠利用天然的水域作為飛機起降場地，其優(yōu)點不言而喻。航空專家們認識到水上飛行的益處，通過理論研究和試驗，1910年誕生了第1架靠自身動力實現水上起飛和降落的水上飛機。從加裝簡單浮筒實現水上起降，發(fā)展到浮筒式、船身式上單翼布局，動力從活塞發(fā)動機進化到渦槳、渦扇發(fā)動機，技術的進步促進了飛機性能的提高，并應用于軍事和民用領域。水陸兩棲飛機發(fā)展演變在布局上可分為傳統(tǒng)布局和現代創(chuàng)新布局兩類，以下從這兩方面分析其技術發(fā)展特征。

1.1 水陸兩棲飛機的定義和分類

水上飛機定義為能在水面起飛、降落和停泊的固定翼飛機，保證其水面起降的船體或浮筒就等同于陸基飛機的起落架，在浮筒或船體上安裝可在陸上機場起降的起落架，在水面起降時收上不用，在陸上起降時則放下，即成為水陸兩棲飛機[9]。

從20世紀20年代至今，水陸兩棲飛機逐步發(fā)展形成了船身式和浮筒式的常規(guī)布局，發(fā)動機高置于機翼或機身上，避開噴濺水流對發(fā)動機進氣道、襟翼、螺旋槳等的沖擊(見圖1[13])。

圖1 船身式和浮筒式水上飛機[13]Fig.1 Seaplane of boat hull configuration and twin float configuration[13]

船身式水陸兩棲飛機的機身下半部具有像船身一樣的特殊構型，滿足飛機水面滑行、起降的要求，并在翼下對稱布置兩個浮筒，或機身兩側布置鰭式浮筒。浮筒式水陸兩棲飛機則是在常規(guī)布局的飛機上安裝浮筒實現水面滑行，可分為單浮筒式和雙浮筒式。對于常規(guī)布局的船身和浮筒的設計滿足阿基米德原理、靜水力學、水動力理論等，保證飛機在水上漂浮，不傾覆，及在水面安全起降。由于同時考慮氣動和水動特性，這兩種布局在設計中有不少的難點，要在保證安全性前提下達到最小穩(wěn)定性要求。浮筒式水上飛機在水面滑行速度達到1/3的起飛速度時，會產生縱向不穩(wěn)定問題，船身式飛機的縱向穩(wěn)定性相對較好，但橫向穩(wěn)定性較差[13]。傳統(tǒng)水陸兩棲飛機分類如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)水陸兩棲飛機分類Fig.2 Categorization of traditional amphibious aircraft

現代創(chuàng)新布局的水陸兩棲飛機則突破了傳統(tǒng)的布局形式，主要是創(chuàng)新了滑行裝置，或采用折疊機翼、環(huán)形翼、串列翼等對傳統(tǒng)布局進行改進與創(chuàng)新，提升水動力特性和氣動特性，使得人們更能體驗海天變換的樂趣。

1.2 傳統(tǒng)水陸兩棲飛機的技術特征

1910年，法國亨利·法布爾基于他對浸水翼面和浮筒所做的理論研究，研制出了世界上第1架浮筒式水上飛機[14]，如圖3所示，木制機體結構，鴨式布局，鴨翼下有一個浮筒，機翼下有兩個浮筒，浮筒由膠合板制成，這種三浮筒式水上飛機氣動阻力大，結構笨重，不易于操縱。

圖3 法布爾研制的鴨式水上飛機[14]Fig.3 Canard seaplane by Fabre[14]

1913年，美國格倫·柯蒂斯對水上飛機結構布局進行了革命性改進，將機身浮筒改為船身式，并從斷階處將機身分為前后機身，研制出了世界上第1架船身式水上飛機[15]，如圖4所示。相比于浮筒式水上飛機，船身式水上飛機機體結構簡潔緊湊，飛行阻力更小，穩(wěn)定性更好，這架飛機還首次實現了通過副翼對飛機進行橫側操縱。

施耐德杯水上飛機競速賽極大地促進了水上飛機的技術進步。1913年首屆競速賽最快飛行速度就已達到了72.6 km/h。1934年，意大利的馬基MC72型水上飛機在競賽中創(chuàng)造了709.209 km/h的飛行記錄。從圖5可以看到，水上飛機在此期間發(fā)生了很大變化，機身變得更加修長，浮筒已從無斷階過渡到了有斷階。

第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)前夕，英國索普威斯公司研制了“蝙蝠船”水上飛機[16]，依據前期對水動力特性的研究成果，飛機船體采用了既可以減小起飛離水阻力，又便于在水上滑行的V型剖面，此項技術革新對于后來水上飛機的應用與發(fā)展產生了深遠影響。20世紀30年代為水陸兩棲飛機發(fā)展的黃金時期，其相關技術已經日臻成熟。水動力學已發(fā)展到比較完善的程度，布局型式從三翼機發(fā)展到雙翼機，又從雙翼式發(fā)展到單翼張臂式，從三浮筒發(fā)展到雙浮筒，機身過渡到船身式，為了減少阻力，船身變得更尖更長，水、氣動特性提升顯著。發(fā)動機由翼上方改裝到翼前緣，功率大幅增加，載重也隨之增加，后期也曾有噴氣式水上飛機出現。全金屬水上飛機的出現，結構重量大幅降低，強度卻大幅增加?？烧圻M機身的滑橇、水翼等著水動機構也已經產生，飛行性能大幅提升。此時，水上飛機在軍事和民用領域的應用與發(fā)展都要優(yōu)于同期的陸基飛機。

圖4 柯蒂斯研制的船身式水上飛機[15]Fig.4 Boat hull configuration seaplane by Curtiss[15]

圖5 1919年和1931年施耐德杯參賽的水上飛機Fig.5 Seaplanes competed for Schneider Trophy in 1919 and 1931

第二次世界大戰(zhàn)期間，英國的“康維爾·凱特林”水上飛機曾不間斷飛行超過30 h。1947年，英國制造了世界上第1架噴氣式水上飛機SR·A1，最大飛行速度超過了800 km/h。1930年，德國道尼爾公司研制了當時世界上最大的水上飛機Do-X(圖6)，機翼上方安裝有12臺活塞式發(fā)動機，總功率達4 177 kW，最大起飛重量為56 t，可搭載169人，最大飛行速度達到224 km/h。采用雙翼布局，但下機翼很短，在起降時起浮筒的作用，保持機體橫向的穩(wěn)定。其另一作用是充當登機的浮橋，旅客先由小船載至下機翼，然后走入客艙，這是第1代大型水上運輸機的特征[16]?！熬S京”Bv222是第二次世界大戰(zhàn)最大的軍用水上飛機(圖7)，該機翼翼展為46 m，機高為10.9 m，機身長為37 m，最大起飛重量為49 000 kg，最大航程為7 000 km，滯空時間達33 h。其船身長寬比為 8.5∶1，高置上單翼布局，兩翼下的穩(wěn)定浮舟設計很有特色，從中線一分為二向兩側收入機翼內，發(fā)動機置于機翼前緣的 6個短艙中[17]。這兩款飛機堪稱航空工業(yè)在大型飛機方面的杰作。

圖6 道尼爾Do-X水上飛機Fig.6 Dornier Do-X seaplane

圖7 “維京”Bv222水上飛機Fig.7 Viking Bv222 seaplane

第二次世界大戰(zhàn)期間，美國僅PBY“卡特琳娜”系列水上飛機就生產了3 500多架(圖8)，其翼尖處的平衡浮筒可以在起飛后向上收起，成為翼尖的一部分，減少了飛行阻力，氣動性能大幅提升，飛行速度達314 km/h，航程達4 030 km，續(xù)航時間超過12 h。1947年，美國研制了航空史上最大的飛機——“大力神”H4水上飛機，比當今最大的An-225運輸機還要大[16]。英國以水上飛機建立的帝國航線包含了大英帝國的所有殖民地，展現了英國當時的強大國力。美國則以波音生產的水上飛機Boeing-314 建立了大西洋和太平洋航線，水上飛機成為當時定期洲際航線的主角[18]。Savoia-Marchetti S.55是意大利設計的一款雙船身水上運輸機(圖9)，飛行從歐洲到美國的航線，在當時其速度、飛行高度、航程、有效載荷等創(chuàng)造了14項世界紀錄[19]。近年，日本學者開展了雙機身水上飛機研究，認為雙機身水上運輸機可能成為未來運輸機向大型化發(fā)展的方向[20-22]。

圖8 PBY“卡特琳娜”水上飛機和收放式浮筒Fig.8 PBY “Catalina” seaplane and its retractable auxiliary float

圖9 Savoia-Marchetti S.55雙機身水上運輸機Fig.9 Savoia-Marchetti S.55 catamaran seaplane

20世紀50年代，航空界的研究人員除了對船體和浮筒做研究外，對其他的水動部件也做了大量的試驗研究，如水撬、水翼的試驗。1951年，美國海軍研制的超聲速水陸兩棲飛機“海標槍”上使用了可伸縮水橇，如圖10所示，可伸縮水橇結構能有效減少飛行阻力?！昂藰尅钡脑囷w員Long在飛行中發(fā)現通過改變水橇的形狀，可獲得良好的水面穩(wěn)定性和控制特性[23]。水撬通常應用在高亞聲速水上飛機上。美國研制的XP5M-1“馬林魚”(Marlin)在尾部增加了被稱為“水襟翼”的減速板，降落時由飛行員踩踏方向舵踏板控制在水中打開，縮短降落距離，如圖11所示。水襟翼形狀類似于機翼，設置在船體底部以下一定水深處，在起飛滑行中，隨速度增加，水襟翼產生的水動升力也不斷增加，減少船體水阻力，但在較高速度后，水翼表面產生不穩(wěn)定的空泡流會損傷水翼的光滑表面，降低滑行效率[24]。

圖10 水上噴氣戰(zhàn)斗機“海標槍”Fig.10 Seadart supersonic amphibian aircraft “Hydrofoil” airbrake

圖11 XP5M-1“馬林魚”在尾部的“水襟翼”Fig.11 Hydrofoil in rear hull of XP5M-1 Marlin

俄羅斯在水上飛機研發(fā)領域始終處于世界前列，其研制的“別”系列水上飛機在各個時期都有代表機型產生[16]。如1948年研制了反潛水上飛機Be-6和多用途水陸兩棲飛機Be-8。1956年研制了噴氣后掠翼水上飛機Be-10，1960年研制了噴氣水陸兩棲飛機Be-12，該機曾創(chuàng)造42項飛行紀錄，由于性能出色，至今仍在服役。20世紀80年代末研制了大型噴氣A-40水陸兩棲飛機，A-40擁有不亞于陸基飛機的氣動特性，在水動特性、飛行品質、經濟性等方面也非常優(yōu)越。后期又成功研制了Be-200多用途水陸兩棲飛機、Be-103輕型水陸兩棲飛機和“澳洲野狗”多用途輕型水陸兩棲飛機等，并出口到多國。其中Be-12和Be-200如圖12所示。

水上/水陸兩棲飛機技術隨飛行競速和戰(zhàn)爭的需求不斷進步，20世紀30～50年代是其發(fā)展的黃金時期，形成了浮筒式和船體式布局，對浮筒/船體設計以及水動力學等方面的研究也趨于成熟，此時，水陸兩棲飛機基本保持和陸基飛機同等技術水平。隨著航空技術的發(fā)展，陸基飛機技術發(fā)展超過水陸兩棲飛機，逐漸取代了水陸兩棲飛機。但現代水陸兩棲飛機在傳統(tǒng)技術基礎上，通過創(chuàng)新技術的應用，提升了水陸兩棲飛機的性能和多功能特性。

圖12 Be-12和Be-200水陸兩棲飛機Fig.12 Amphibian aircraft of Be-12 and Be-200

1.3 現代水陸兩棲飛機的技術特征

20世紀50年代后，水陸兩棲飛機的新研機型較少，基本上延用傳統(tǒng)構型，大中型水陸兩棲飛機普遍采用船身式，如US-2、CL-415，小型水陸兩棲飛機的構型較為靈活，多采用雙浮筒式或船身式。而新型的水陸兩棲飛機在設計上打破了傳統(tǒng)布局型式，外形更加靚麗流暢，功能也更加多樣，飛行品質得到了顯著提升。

美國ICON公司研制的ICON A5輕型水陸兩棲飛機[25]，專門為水上娛樂而設計，如圖13所示。ICON A5機體下方安裝有水鰭，水面停泊時可用于人員站踏娛樂；采用高強度碳纖維復合材料作為框架，機身輕盈易于操作，機翼可自動折疊，方便運輸和儲存；駕駛艙儀表設計與家用轎車極為相似，最大限度地降低了操縱難度；使用方便易得的無鉛汽油作為能源，該機安裝有整機安全降落傘，有效地保障了駕乘者和飛機本身的安全。

法國麗夏飛機公司研制的AKOYA輕型水陸雪三棲飛機[26]，同樣也是為了水上娛樂而設計,如圖14所示。AKOYA機體下方安裝有水動升力小翼，此項設計整合了雪橇式起落架和水翼，可在陸地、水面和雪面靈活起降。整機由碳纖維復合材料制造，輕盈且具備高度可操控性，可在200 m的距離內起降。機翼采用可拼裝設計，折疊后可收入車庫或由游艇裝載。更為重要的是，良好的滑翔性能和整機安全降落傘可最大限度地保障駕乘者和飛機的安全。

圖13 ICON A5輕型水陸兩棲飛機[25]Fig.13 ICON A5 light amphibian aircraft[25]

圖14 AKOYA輕型水陸雪三棲飛機[26]Fig.14 AKOYA light amphibian ski aircraft[26]

美國航空設計師Burt Rutan憑借大膽新穎設計而聞名，SkiGull海鷗水陸兩棲飛機就是其杰作之一[27]，如圖15所示，該機最顯著特點就是擁有一對可滿足陸上和水面起降類似于雪橇的起降結構，在陸上降落時，可通過彎曲變形緩沖著陸撞擊。水面起飛時，可完全放下當作離水滑板。

圖15 SkiGull水陸兩棲飛機[27]Fig.15 SkiGull amphibian aircraft[27]

SeaStryder飛機是一種新型串列式機翼構型水陸兩棲飛機，由加拿大Aquavion System Corp飛機公司研發(fā)制造[28],如圖16所示。其特點在于獲得專利的極速浮動式機翼，機翼根部后緣可作為高速水上滑行面，相當于船體機身的“斷階”，在離水升空時可轉動，是脫離水面吸力起飛離水的一種新方式。此項技術可減小氣動阻力，縮短起飛滑跑距離，改善燃油消耗經濟性。

法國設計師Yelken Octuri提出了帆船飛艇的概念[29]，并基于此設計出了Sailing Aircraft，此種飛行器的外觀就像只巨大的蜻蜓，可在帆船和水上飛機兩種模式間自由切換，它的設計打破了傳統(tǒng)水上飛機的布局形式，不僅實現了多功能，而且設計更具美感，如圖17所示。

英國學者認為三體船技術可提高水上飛機的穩(wěn)定性和抗浪能力，具有良好的適航特性[30-31]，基于此研究了具有收放式浮筒的水上飛船和翼身融合布局的水陸兩棲飛機，認為性能遠優(yōu)于現有的水陸兩棲飛機。英國勇士公司的Centuar系列水上飛機就采用了三體船技術[32]，并對船體型式進行了革新，提出了波浪船體的概念(圖18)。法國設計師Yelken Octuri設計的另一款游艇水上飛機(圖19)，也采用了三體船的概念。

圖16 SeaStryder 600型飛機滑水模式Fig.16 Hydroplaning mode of SeaStryder 600 aircraft

圖17 帆船飛艇[29]Fig.17 Sailboat-convertible seaplane[29]

圖18 Centuar水上飛機[32]Fig.18 Centuar seaplane[32]

圖19 游艇水上飛機Fig.19 Seaplane-convertible trimaran sailing yacht

水陸兩棲無人機也得到業(yè)界的關注，如Flyox I是西班牙Singular Aircraft公司研制了4年之久的一款水陸兩棲無人機，已完成海上飛行試驗，有搜救、滅火、貨運和農用4種構型[33]。2018年海南航空公司現代物流在南海區(qū)域完成首次大型水陸兩棲無人機U650海洋環(huán)境應用試飛。U650機身由全碳纖維復材制成，具有長航時、大載荷和水陸兩用3大特點。未來將應用于船舶監(jiān)控、海洋災害監(jiān)測、海上安全搜救、遠海島礁物流運送等多種任務[34]。

新型水陸兩棲飛機在滑水裝置、材料等方面進行了改進和創(chuàng)新，提升了水面起降特性和減小了氣動阻力，而更具特色的是其布局的創(chuàng)新，完全打破了傳統(tǒng)的布局形式，如帆船水上飛機和游艇水上飛機等，讓飛行者更能享受到海天變換的樂趣。而將現代航空的新技術用于水陸兩棲飛機也是新型水陸兩棲飛機的一個特點。

2 水陸兩棲飛機的關鍵技術及發(fā)展趨勢

在20世紀50年代前，水陸兩棲飛機基本保持和陸基飛機同等技術水平，之后的60年其發(fā)展勢頭卻遠遠落后于陸基飛機。俄羅斯、日本、加拿大等國家都在水陸兩棲飛機關鍵技術方面進行了長期的技術研究和積累，雖然也研制出了少量新的機型，但其所使用的關鍵技術基本還局限在20世紀50年代前，加之市場規(guī)模小，應用范圍有限，從實際應用中獲得的經驗無法支撐新技術突破，使得改進和創(chuàng)新的成本增加，造成現代水陸兩棲飛機與先進陸基飛機在技術、性能等各方面都存在較大差距。

水陸兩棲飛機主要在海洋、江河、湖泊環(huán)境中使用，在水上滑行、起降過程中，會受到風力和海浪的影響，氣動力和水動力的聯合作用，總體設計中不僅要充分考慮氣動布局與水動布局，同時更注重兩者之間的匹配和協調性。增升減阻是保證水面短距起降能力和良好的低空低速飛行性能的關鍵，附面層控制技術和船體優(yōu)化技術已在US-2上應用，取得90%的出勤率和浪高3 m海況下起降能力。海洋多維交互環(huán)境造成了飛機嚴重腐蝕損傷，新型復合材料的應用為水陸兩棲飛機的機體結構輕質化、防腐起到至關重要的作用。以下從減阻增升的總體設計技術和氣-水動布局技術、提升水面抗浪能力的高抗浪船體設計技術和附面層控制技術，以及腐蝕防護等方面闡述水陸兩棲飛機的關鍵技術。

2.1 總體設計技術

20世紀50年代前，對水上飛機的研究主要集中在氣動特性與水動特性的研究上，隨著現代飛機設計技術的發(fā)展，也有學者開始關注水陸兩棲飛機的總體設計方法。英國學者提出了一種分離設計方法[13]，打破了傳統(tǒng)水上飛機先設計船體和浮筒，而后進行飛機總體設計的流程。這種方法是先進行飛機的設計，而后再設計船體和浮筒。這種方法的優(yōu)點在于設計人員在不考慮船體設計參數下優(yōu)化飛機的氣動特性，再根據飛機的不同布局進行船體的適應性優(yōu)化設計，這種方法更適合將陸機改為水陸兩棲飛機。并認為應用此方法可設計出復雜的先進船體，設計的水陸兩棲飛機具有出色的靜水安定性、更高的抗浪特性，水動特性和氣動特性方面可與同等速度的船舶和飛機相比，獲得兩者的設計最優(yōu)化。

水面起降過程是集空氣動力學、水動力學、結構力學、彈性力學等多學科于一體的交融耦合過程，并且多變量相互耦合。設計人員嘗試將數值仿真和優(yōu)化技術應用于水陸兩棲飛機的氣/水動一體化多學科設計。國外有學者對常規(guī)布局和非常規(guī)布局的鴨翼、串列翼、盒式翼的水陸兩棲飛機進行了氣動、水動和結構一體化優(yōu)化，不僅可減輕結構重量，而且提高了氣動效率，更為適應水上環(huán)境[35]。

2.2 氣-水動布局技術

水陸兩棲飛機布局設計不僅要滿足氣動特性，更要滿足水動特性。水動力特性是反應飛機水面起飛和降落過程中的水動阻力、縱傾角、升程等運動參數隨速度變化的規(guī)律，這些運動參數與飛機的氣動特性共同決定水面起降過程中的水動力特性。水陸兩棲飛機經過百年的發(fā)展，形成船身式帶翼下浮筒和浮筒式懸臂式上單翼結構的常規(guī)布局。20世紀50年代前，眾多學者對這兩種布局開展了大量研究，同時兼顧水動力特性和氣動特性，增大了設計的難度[36]。為了提升船體/浮筒的水動特性和氣動特性，提出了采用收放式斷階替代浮筒底部的固定式斷階[37]。在起飛前后調整收放式斷階的深度可有效提升飛行特性。水陸兩棲飛機在平靜水面起飛時只需要配平，而在風浪較大的水面起飛時，會產生較大的噴濺，使得起飛特性降低，Mottard通過船身式水上飛機試驗研究影響飛機水面起飛的阻力因素，發(fā)現最大起飛阻力發(fā)生在起飛速度達到70%左右[38]。有學者針對水翼和水橇做了更多的試驗和研究，如1951年，美國海軍研制的超聲速水陸兩棲飛機“水標槍”上使用了可伸縮水橇，其試飛員Long發(fā)現通過改變水橇的形狀，可獲得良好的水面穩(wěn)定性和控制特性[23]。Fisher和Hoffman用一架有伸縮水橇的飛機研究從平靜水面到大風浪海面的起降特性[39]。1988年德國道尼爾公司將他們研制的可收放式菱形水翼申請了專利。

而現代學者認為，采用傳統(tǒng)布局和技術已經無法滿足人們對水陸兩棲飛機的要求，現代飛機面臨的最大問題是缺少高效而又經濟的船體/浮筒，需要更為新型的布局和技術。英國研究者基于對市場和技術的研究，提出水陸兩棲飛機的研制應在制造、法規(guī)和認證上滿足時間、成本的需求。他們通過對多種設計方案的研究后提出了三體船式水陸兩棲飛機方案，可顯著提升水上飛機的穩(wěn)定性和抗浪能力，可收放式的浮筒減少了飛行時的氣動阻力[30]。英國勇士公司研制的centuar系列水上飛機就采用了三體船技術[32]。還有學者提出鰭式翼身融合布局的水陸兩棲飛機與帆船和水上飛機自由切換的帆船飛艇的概念[29]。

2.3 高抗浪船體設計技術

對船體和浮筒的研究從水上飛機被制造之前就開始了，如亨利·法布爾通過對浸入水中的翼面和浮筒進行的理論研究，制造了第1架浮筒式水上飛機[14]，亨利·法布爾獲得專利的浮筒采用平底和彎曲的上表面。格倫·柯蒂斯將機身浮筒改為船身式，并研制出了世界上第1架船身式水上飛機[15]。船體和浮筒的設計參數選擇影響氣動和水動特性，如船體寬度、抑波槽、側緣角、舭線、斷階、后緣角、長細比等[13]，通過對這些參數相互關系的研究，改善和提高飛機的穩(wěn)定性和操縱性。

為了贏得施耐德杯水上飛機競速賽，提高飛行速度，機身變得更加修長，機身長寬比影響飛機的氣動特性，大長寬比船體，即纖細的船體可減少阻力和結構重量[40]。浮筒從無斷階過渡到了有斷階，斷階將船體分為前船體和后船體，水上飛機滑水階段水動力特性取決于斷階相對飛機重心的位置及其形式參數，斷階縱向位置一般在飛機的重心后[41]。通過水動力試驗，人們發(fā)現斷階的形式、斷階高度、斷階相對飛機重心位置和階前滑行面的參數對起飛滑行起主要作用。

船體的底部形狀影響起飛和適海性，Canamar對多種不同船體底部形狀(圖20)和不同海況下的起飛特性進行了試驗研究[42]，認為雙凹面的底部形狀是較為理想的，它可使噴濺水流改向，避免對機翼和發(fā)動機的沖擊,而綜合特性最好的則是扇貝形底部，隨著速度增加，水阻力減小，并建議將船體的前部設計成雙扇貝形，后部設計成雙凹面形。

圖20 各種船底形狀[42]Fig.20 Various types of boat hull bottoms[42]

船體設計是保證水上飛機具有靜水力特性和水動力特性的關鍵，水上飛機的船體阻力、噴濺、縱向運動穩(wěn)定性、耐波性能使其在靜水面和波浪水面中具有良好的耐波性和高抗風浪能力。雖然國內外的學者和業(yè)界在船體的高抗浪性設計方面開展了大量的理論和試驗研究，但至今未取得突破性進展。AG600在研制中對船體水動布局及總體外形參數進行了優(yōu)化設計，如船體斷階形狀，后緣角、前體扭曲、斜升角、舭彎及防濺條等，提高了船體水動性能，其中包括提高起降抗浪高度，減小滑行阻力和噴濺，提高滑水穩(wěn)定性，降低著水撞擊載荷等的技術措施；采用靜態(tài)及動態(tài)水動力特性理論和數字仿真分析技術、水動力模型水池試驗等，完成了AG600飛機船體的優(yōu)化設計。

2.4 附面層控制技術

水陸兩棲飛機水面起降速度的降低會大幅度降低臨界阻力，提高起降性能，另外，水面高速起降和長距離滑行會嚴重降低水陸兩棲飛機的安全性——超過90%的水上事故發(fā)生在起降階段。優(yōu)良的性能反映在飛機的抗浪能力上，如果水陸兩棲飛機具有3 m抗浪能力，出勤率將提高到90%以上，能進一步擴大適用海域范圍，滿足在惡劣海況條件下執(zhí)行任務的需求。提高水陸兩棲飛機的抗浪能力，僅靠常規(guī)的增升裝置，難以滿足高抗浪水陸兩棲飛機對較高升力系數的需求。20世紀50年代，隨著飛機增升技術的發(fā)展，附面層控制技術被應用于水上飛機，從而減輕了水動載荷，改善了水動特性。

20世紀50年代中期洛克希德·馬丁公司研制了“馬林魚”的4發(fā)型——P5M-3水上飛機，增加了一臺用于附面層控制系統(tǒng)的噴氣式發(fā)動機，縮短了起飛距離[43]。日本在20世紀60年代研制的反潛水上飛機PS-1上采用了附面層技術和防噴濺技術，機翼采用噴氣襟翼技術，加上全翼展，機翼基本處于螺槳滑流之中(圖21[8])，使飛機具備了極好的短距起落性能，有利于飛機作“蜻蜓點水”式的不斷起降作業(yè)。為了防止操縱面結冰引起失控和改善低速操縱響應，不僅在垂尾、平尾設計了加熱除冰系統(tǒng)，水平尾翼還加裝了縫翼。在PS-1基礎上改進發(fā)展的US-1A、US-2突破了高抗浪性、低速飛行時的良好操縱性和地面起降下的滑行穩(wěn)定性等一系列關鍵技術，可在五級海況、浪高3 m的情況下在海面安全起降，這使得US-2飛機出勤率達95%，抗浪性能處于世界領先水平，是日本航空工業(yè)的得意之作。成為目前唯一使用附面層控制技術的水陸兩棲飛機[16]。

圖21 PS-1飛機附面層控制[8]Fig.21 Boundary layer control used by PS-1 aircraft[8]

國內研究者也開展了大型水陸兩棲飛機吹氣式襟翼的初步研究與探索，經過理論分析：吹氣式襟翼可將水上起降速度下降約30%，抗浪特性可達到3 m[44]。根據國內外公開資料顯示，附面層控制技術也是軍用運輸機的一項關鍵技術，美軍C-17軍用運輸機采用吹氣式襟翼后，在裝載12 t 貨物后還能以160 km/h的速度降落在一條600 m的土質粗糙跑道上。國內學者對大型軍用運輸機的吹氣式襟翼進行了初步探討[45]，而實際的應用還有待進一步開展。

2.5 起落架布局設計技術

水陸兩棲飛機的起落架設計與陸基飛機有很大的差異，由于其機身底部為船體外形，設有水密艙，為保證密封和水動力要求，主起落架不能像運輸機一樣收于機身底部，只能收于機身兩側，收放機構復雜，前起落架收于駕駛艙下的前起落架艙內。常規(guī)布局的水陸兩棲飛機一般采用上單翼布局形式，主起落架也不宜收于機翼內，由于起落架支柱過長將導致重量增加。

水陸兩棲飛機起落架布局一般有3種形式[9]：① 翼根布局形式，如俄羅斯的A-40、Be-200，這種布局形式可獲得較大的主輪距，起落架離水面距離較遠，防水簡單，對機身結構無影響，但需要在翼根或發(fā)動機艙后部增加起落架艙，對翼根部位的氣動特性影響較大;② 機身布局形式，如日本的US-1，這種方案結構簡單，所需起落架空間較小，但受限于機身的寬度，其主輪距較小，而機身兩側的起落架鼓包對氣動和水動特性產生負面影響;③ 外伸式布局形式，如CL-215，這種方案無需增加起落架艙和鼓包，可實現較大主輪距，但其收放機構復雜，也不便于主起落架的并列雙輪布置。

AG600的大長寬比使機身窄而高，布置在機身兩側的起落架的支柱高并懸臂外伸，是國內最高的單支柱起落架。AG600懸臂外伸式高單支柱起落架布局雖然能有效減輕重量，但對氣動外形、全機重量分配、適航主輪距要求和收放運動機構提出了高要求。在設計過程中，采用三維建模及運動仿真，參照全機氣動力計算和水動力試驗等數據，不斷優(yōu)化起落架收放機構形式及收放路徑，滿足了滑行穩(wěn)定性要求，并開展了起落架與機體結構連接優(yōu)化設計、結構表面防護設計等。通過原理樣機試驗驗證，表明這樣的布局與收放系統(tǒng)是安全可靠的。

2.6 新材料與腐蝕防護技術

現代民用客機復合材料的使用率達到了20%以上，波音787復合材料使用率為50%，空客A380的使用率為22%，A350更是達到了52%。有學者認為，新型復合材料的應用可徹底解決飛機機體腐蝕問題。而水陸兩棲飛機的復合材料使用率尚未達到5%。

近年來，俄羅斯在新型復合材料制造和研發(fā)方面取得重大突破并將其應用于水陸兩棲飛機上，從而實現了以最佳結構效率與機體防腐為目標的高新技術。如Be-40，在機體結構件和機載設備上采用聚合物復合材料，Be-103、Be-200也在其升降舵、方向舵、副翼、機翼后緣等部位采用復合材料。AG600的副翼、升降舵和方向舵以及整流罩類結構件等采用了復合材料，使用率約為5%。

復合材料在小型水上飛機上的應用獲得巨大成功，全復合材料的小型水上飛機比比皆是，如德國道尼爾公司研制的“海星”水陸兩棲飛機的機體結構全部由復合材料構成，并以“On Condition”視情維修為理念，加上良好的燃油效率，在每海里運營成本和每客運里程成本方面都是同類飛機中最經濟的。同時，“海星”飛機也是同類飛機中唯一一款具有全防腐蝕、機身高損傷容限性能的飛機[46]。此外，還有英國勇士公司研制的centuar系列全復合材料水上飛機。

3 水陸兩棲飛機的應用領域和前景

水陸兩棲飛機從出現后一直應用于軍事和民用領域，在戰(zhàn)爭時期，除用于執(zhí)行海上偵查、護航、轟炸、反潛等作戰(zhàn)任務外，還可擔負物資運輸、水上救護等后勤保障任務，在民用領域，由于缺乏陸地機場，美國和歐洲的航空公司廣泛采用了大型水上飛機執(zhí)飛通往南美洲、亞洲和北非地區(qū)的航線。第二次世界大戰(zhàn)后很多軍用水上飛機被改裝為民用，主要用于森林滅火、海上搜救、島礁運輸。

隨著航空技術和海洋發(fā)展，學者們一直在探討水上飛機的現代軍事和民用價值，歐洲國家針對水上飛機的發(fā)展開展了“FUSETRA”課題研究，開展了全球范圍內的在線討論，分析現有水上飛機的優(yōu)勢和弱點，以確定滿足未來需求的水上飛機的技術要求[47-48]。澳洲水陸航空航天集團(AAG) 調查了各種現有的通用飛機和水陸兩棲飛機，發(fā)現只有水陸兩棲飛機能夠滿足巡邏、搜索和救援、探測和攔截、客貨運和公用事業(yè)等多項功能，計劃將升級全新的渦槳版信天翁[49]。

3.1 民事應用領域與發(fā)展

3.1.1 水上運輸服務

盡管大型水上飛機已失去了服務于航空公司的黃金歲月，但其仍然在航空生態(tài)系統(tǒng)中占據著一個小眾而又重要的細分市場。美國和加拿大兩國的私人擁有者和運營商將數以千計的水上飛機用于休閑娛樂，而阿拉斯加沿海和島嶼居民的交通運輸則更多地依賴水上飛機的客/貨運服務。目前，美國、英國、加拿大等國的一些小型公司利用水上飛機開展海島、漁業(yè)區(qū)、人員暫住地等區(qū)域飛行業(yè)務，如蘇格蘭的Loch Lomond水上飛機公司運營著蘇格蘭幾乎所有的水上飛機，具有英國民航局頒發(fā)的B類運營執(zhí)照，可經營客運、貨運和郵遞業(yè)務[50]。

傳統(tǒng)的通勤服務是提供小機場到中心城市，或小機場之間的點到點服務。但水上飛機的通勤服務重點是從附近的陸上機場到海上機場的往返飛行、兩水域之間的飛行、從機場到海上旅游勝地的往返飛行，如馬爾代夫航空出租公司和馬爾代夫航空運輸公司提供從Male國際機場到40多個無機場海島的飛行業(yè)務，飛行時間可根據國際航班到達時間進行調整，馬爾代夫航空出租公司運營24架雙水獺，提供每天150班次飛行；馬爾代夫航空運輸公司運營25架雙水獺，除提供觀光、短途通勤飛行外，還提供VIP客艙的特殊飛行[51]。

歐洲的學者針對歐洲航空運輸系統(tǒng)中水陸兩棲飛機的需求開展了調研和分析，并提出了可和現有運輸系統(tǒng)對接的水陸兩棲飛機的設計方案[52]。俄羅斯的學者提出水陸兩棲飛機將仍然保持其客/貨運輸的主要功能[53]。

海島補給主要靠艦船進行，不但周期長，而且極易受海況影響。水上機場、停泊區(qū)或站點的建設成本低，水陸兩棲飛機只需簡易水上機場便可完成起降，前往難以抵達的內陸和沿海地區(qū)，依靠其強大的運輸能力，執(zhí)行一次任務可為多個臨近海島進行補給，速度更快，效率更高，是向小型或偏遠海島輸送人員和物資的理想交通工具。水陸兩棲飛機還可為海島駐守人員輪換，傷員緊急救護帶來方便?？芍^(qū)域航空網絡的搭建，成為支線或通勤航空的有效補充。

3.1.2 海島旅游與娛樂

水上飛機是旅游觀光的理想機型，便利性和可達性獨具優(yōu)勢，能提供新奇的出行體驗。如在沿海、內河、湖泊的度假勝地，可憑借其優(yōu)越的低空低速性能，可以讓游客更為近距、親切地體驗掠水飛行的新奇感受。水上飛機還可以從劃水模式轉換到高飛模式，使游客可以更愜意地從空中觀賞景區(qū)的美景，如加拿大的HAV公司擁有50架水上飛機，每年4～10月運營溫哥華海灣的8個旅游目的地；Kenmore航空公司提供美國和加拿大西北部海灣及島嶼的飛行業(yè)務，除正常的航班飛行外，還和國際酒店集團合作提供100多個旅游目的地的包租飛行服務[54]。

加拿大溫哥華的水上飛機較發(fā)達，大溫地區(qū)、維多利亞有很多家水上飛機航空公司，該區(qū)域不僅具有溫哥華、維多利亞和美國西雅圖3個重要的城市作為水上飛機的樞紐點，而且附近諸多風光秀麗的島嶼也成為水上飛機的棲息地，這種獨特的地理位置構建了這個產業(yè)的繁榮。

在中國，島際通航旅游在海南發(fā)展已初具規(guī)模，海南三亞已提出建設“國際水上飛機中心”的戰(zhàn)略構想，意欲將航空功能、旅游功能與旅游產業(yè)完美結合。海南從事島際通航旅游的企業(yè)主要有三亞亞龍通用航空有限公司、美亞旅游航空有限公司、西林鳳騰通用航空有限公司等。亞龍通用航空有限公司推出海棠灣海岸線觀光、三亞灣海岸線觀光、博鰲亞洲灣海岸線觀光等旅游線路。美亞旅游航空有限公司是國內第1家經中國民航局認證以水陸兩棲飛機為主力機型的運營商，運營水上飛機短途非定期載客運輸，將三亞、博鰲、海口、儋州以及西沙水上飛機中心聯通起來，擁有三亞市區(qū)低空游、三亞至萬寧沿海低空游和西沙群島、三亞至博鰲等航線。未來將會開辟更多航線，包括島外航線如香港、澳門、珠海、湛江和北海等。西林鳳騰通航直升機航線基本囊括了三亞的主要景點，重點包括蜈支洲島、海棠灣等。今后將陸續(xù)開放三亞灣各海島乃至海南所有景點。

隨著第三產業(yè)在我國國民生產總值中的比重不斷上升，旅游業(yè)正越來越受到國家及各地區(qū)的重視，正步入快速發(fā)展階段。在生態(tài)旅游業(yè)中，水上飛機的作用正日益凸顯。水上飛機對環(huán)境的影響較低，能夠到達其他交通手段一般難以到達的原始野外湖泊地帶、沿海地區(qū)、島嶼和島礁。水陸兩棲飛機不但繼承了水上飛機的全部優(yōu)點，而且獨具水陸起降特性，可以有效提升現有陸上和水上旅游資源的觀光品質，成為生態(tài)旅游業(yè)的重要交通工具。

3.1.3 森林滅火

森林滅火是大型水陸兩棲飛機最大的應用市場，主要機型有加拿大的CL-215、CL-415，俄羅斯的BE-200及中國正在研制的AG600。

水陸兩棲飛機在加拿大深受歡迎并得到廣泛采用。在加拿大，距離森林火災多發(fā)地附近就有方便利用的大型水源，政府實行空中滅火資產共享，長期以來AT802、CL-215、CL-415等固定翼滅火飛機得到了廣泛使用，這些因素使得加拿大成為對于水陸兩棲飛機而言頗具吸引力的市場。

AG600水陸兩棲飛機也同樣是專門為森林滅火而研制的，滅火時可攜帶12 t水，與Be-200相當。相對于其他滅火工具，水陸兩棲飛機用于滅火具有速度快、航程遠、載水量大、續(xù)航時間長、滅火效率高、覆蓋范圍廣等特點，這些對于強調“打早、打小、打了”的森林滅火而言，具有重大意義。當有火災發(fā)生時，水陸兩棲飛機可從火場附近的河流、湖泊、水庫等水域汲水，或直接攜帶水及阻燃劑奔赴火場，有效配合地面消防力量控制火情，阻止火勢蔓延，可將因火災造成的損失降到最低[55]。美國政府部門還常將水上飛機用于野生動物調查和國家公園等偏遠地區(qū)監(jiān)控等用途。因此，大力發(fā)展大型水陸兩棲飛機，對于生態(tài)環(huán)境保護具有重大意義。

3.1.4 海上搜救

隨著經濟全球化快速發(fā)展，中國對外開放水平的不斷提高，海上作業(yè)、海洋資源開采、遠洋貿易等海洋活動變得越來越頻繁，隨之而來的是海上事故的不斷增多。在我國，海上救援每年不少于上千次，人員一旦落水，生命變得極其脆弱，對于遇險者而言，時間就是生命。高效快速的海上搜索、救援已成為保障人民生命財產安全的重要措施。

海上搜救由于受到設備和資金的限制，目前一般運用救援船舶和直升機。然而救援船舶由于航行速度慢、觀察距離有限等固有短板，在海上搜救上的行為能力顯得十分有限。而直升機救援無論是在航程上、載重上、救援方式上，都嚴重限制了其在海上搜救上所能發(fā)揮的效能。同時，這兩種救援方式受天氣情況影響較大，很難及時到達救援現場，錯過最佳救援時機。水陸兩棲飛機速度快、航程遠、載重量大、觀察范圍廣、具備水陸起降特性，在多數情況下，在發(fā)現遇險人員后可直接降落在附近海域并實施救援，之后將遇險人員快速送往陸上醫(yī)院，這些對于分秒必爭的海上搜救而言顯得十分重要，水陸兩棲飛機為實現中遠?？焖倬仍峁┝烁涌旖萦行У男率侄危c現有的救援船舶、直升機組成聯合救援體系，將會形成一個立體、多層次的海上高效的救援力量[56]。

3.2 軍事應用領域與發(fā)展

3.2.1 各國軍事應用情況

水上飛機最早執(zhí)行海上搜救任務的案例是1911年“空海營救”事件，一架柯蒂斯水上飛機救起一名迫降在密執(zhí)安湖上的飛行員。在1922年，水上飛機還是海軍唯一可在海上起降的飛機。越南戰(zhàn)爭，水上飛機是美國海岸警衛(wèi)隊執(zhí)行海上救援的主力機型，直至海岸警衛(wèi)隊的軍事搜救任務基本轉變?yōu)榉擒娛氯蝿蘸螅鄙龣C逐漸取代了水陸兩棲飛機的救援功能。直到1970年，Martin Seamaster和Martin P5M Marlin退役，美國海軍才沒有了服役的水上飛機[24]。第二次世界大戰(zhàn)后，俄羅斯一直沒有停止對水上飛機的研發(fā)，分別于1948年研制了用于遠程反潛的雙發(fā)水上飛機Be-6和多用途水陸兩棲飛機Be-8，1956年又研制了噴氣后掠翼水上飛機Be-10，1960年，研制了雙發(fā)噴氣水陸兩棲反潛飛機Be-12，該機創(chuàng)造42項世界紀錄，由于性能出色，至今仍然在俄羅斯海軍的各艦隊服役。20世紀80年代末研制成功的A-40“信天翁”水陸兩棲飛機是目前世界上最先進的大型噴氣式水陸兩棲飛機，創(chuàng)下了14項世界同級水上飛機的紀錄，其最大飛行速度已接近同類陸上飛機的水平，用于反潛、搜索和救援。20世紀90年代又先后研制成功了Be-200多用途水陸兩棲飛機、Be-103輕型水陸兩棲飛機和“澳洲野狗”(Dingo)多用途輕型水陸兩棲飛機[5]。

日本早在1967年自行研制了PS-1水上飛機，裝備海上自衛(wèi)隊。在PS-1水上飛機的基礎上，增加了加拿大的海上救生設備，形成US-1A水陸兩用救護機,主要用于海上搜救。2005年，應海上自衛(wèi)隊的要求，對US-1A進行全面升級，形成US-2飛機。US-2飛機不但能夠執(zhí)行海上巡邏和反潛等各種作戰(zhàn)任務，而且能夠執(zhí)行搜救任務[8]。據媒體報道，印度將與日本共同合資生產US-2型水陸兩棲飛機。

加拿大也是世界上水上飛機發(fā)展較快的國家，龐巴迪公司先后研制成功了CL-215型水陸兩棲滅火飛機、CL-415型多用途水陸兩棲飛機等，銷往克羅地亞、法國、希臘、意大利等國家和地區(qū)，有滅火型、海洋巡邏型、搜索和救援型以及運輸型等。

3.2.2 海上作戰(zhàn)理念的變化

第二次世界大戰(zhàn)期間，水上飛機發(fā)展達到巔峰，美國、英國、德國、日本和意大利都用軍用水上飛機，除了擔負巡邏、護航、反潛、轟炸與射擊外，也擔任對其他海上目標的魚雷攻擊、或對其他水上飛機進行空戰(zhàn)等。戰(zhàn)后水上飛機數量減少，發(fā)展速度放慢，但是由于具有獨立在水上的活動能力、較大的裝載量以及良好的水上性能，在戰(zhàn)術使用上還具有獨特的優(yōu)越性，如：在遠海水域布雷，對敵艦艇、潛艇進行偵察和攻擊，運輸物資、部隊和技術裝備到敵岸登陸，破壞敵方海上交通線，掩護己方海上艦艇，執(zhí)行巡邏任務，充當加油站等。一些國家也在探討水上飛機在現代新型戰(zhàn)爭中的戰(zhàn)術應用。

近年來，美國的一些軍事學者也在討論水上飛機重回先進武器系統(tǒng)和遠海救援功能的作用，也認識到目前的救援裝備在中遠海救援中的弊端，并從多年救援數據中分析認為，水陸兩棲飛機的遠海救援能力是無法替代的[57]。海軍科研部門通過研究越南戰(zhàn)爭中海上戰(zhàn)場救援的效能，提出了戰(zhàn)場救援的獨特因素，并給出了完成此項任務的新方法。美國和歐洲一些國家也在探討水上飛機在現代新型戰(zhàn)爭中的戰(zhàn)術應用。

美國的學者認為未來的戰(zhàn)爭理念是需要輕型、快速部署、機動靈活的力量，美國海軍提出了海上平臺的概念，海上平臺相當于海上浮動基地，從這個平臺上快速規(guī)劃、部署遠征力量，同時也是后勤基地，供給重要物資和設備。雖然現有的陸上飛機可以完成監(jiān)視、巡邏、空中加油、攻擊艦艇、以及反潛等任務，但卻不能與海上平臺集成，水上飛機被認為是集成海上平臺的較好選擇。文獻[12]顯示，隸屬于海軍水面武器中心的船舶設計創(chuàng)新中心接受了海軍的研究課題，研究水上飛機在支持近海平臺中的作用，并提出新型水上飛機的技術指標。

國外相關研究者預測隨著未來戰(zhàn)爭的戰(zhàn)術轉變，水陸兩棲飛機有非常大的增長潛力，水陸兩棲飛機借助其水陸起降的能力必將在現代海上戰(zhàn)爭中發(fā)揮重大作用，而將最新技術應用于水陸兩棲飛機，將會使得其市場繁榮[53]。

3.3 應用前景

國外相關機構在2017年對全球水陸兩棲飛機市場分析報告中稱，亞太地區(qū)是水陸兩棲飛機投資的最大市場，包括中國、印度、馬來西亞、新加坡在內的國家正在制造或購買水陸兩棲飛機用于商用或軍用，印度欲從日本購買US-2飛機，意在利用水陸兩用飛機的優(yōu)勢在印度洋或者以外的區(qū)域實施巡邏。此外，亞太區(qū)域的海上旅游和商業(yè)運營的需求增大了機隊數量。國外市場分析者認為，水陸兩棲飛機的細分市場用戶主要是商用、海軍和海岸警衛(wèi)隊，應用的領域集中在旅游、運輸、巡邏、搜救、滅火。其中巡邏和搜救是最大的市場，旅游可能是發(fā)展最快的市場。從區(qū)域上，最大的市場可能在北美，亞太可能是發(fā)展最快的市場。

今天，全球水上飛機總數量估計達到了萬架以上，其中大部分是最大起飛重量在2.5 t以下的輕型水上飛機，較大型的水上飛機只占據了較小的比重。水上飛機的市場空間，不像陸上飛機在全球市場上的需求與供應幾乎達到平衡，水上飛機市場有待開發(fā)。過去的幾十年間，除了俄羅斯以外，僅有加拿大、日本與中國3個國家，專門生產少量的較大水陸兩用飛機。中國大型水陸兩棲飛機AG600已完成陸上首飛和水上首飛的工作，這也標志著中國水陸兩棲飛機研制進入了新階段。

4 發(fā)展方向

目前，航空業(yè)界和越來越多的航空學者關注水上/水陸兩棲飛機，歐洲學者通過市場調研和分析，提出了未來水上飛機的要求[52]：① 水陸兩棲并機翼高置；② 具有儀表飛行(IFR)能力；③ 高防腐能力、高抗浪能力；④ 具有良好的視界；⑤ 易于在很多受限區(qū)域使用；并與艇艦很好的配合；⑥ 低運營成本。由此可見，水陸兩棲飛機的發(fā)展方向為

1) 多用途系列化發(fā)展。這就要求水陸兩棲飛機能夠適應多變的復雜運營環(huán)境，首先高適海性，即提升抗浪特性成為水陸兩棲飛機成功的關鍵。水陸兩棲總體設計技術、氣-水動布局技術、高抗浪船體技術以及附面層技術是成就飛機多用途系列化發(fā)展的保障。AG600飛機在研制的初步設計階段就確定從平臺多用途到系列化發(fā)展的研制路線。在設計階段通過風洞、水動力試驗不斷優(yōu)化船體參數和氣-水動布局，設計抗浪能力達到2 m。附面層控制技術的理論和應用研究正在進行中，并針對水陸兩棲飛機的使用模式開展了探索性研究。

2) 先進航空技術的應用?，F代航空技術的應用大大提高了現代水陸兩棲飛機的性能和可靠性，并在很大程度上拓展了其應用領域和市場空間。但和先進的陸基飛機相比，還有很大的應用發(fā)展空間，如高性能復合材料設計與制造技術，雖然現代新型水上飛機多采用全復合材料，但大型水陸兩棲飛機的復合材料使用率僅為5%，提高復合材料的應用有助于提升水陸兩棲飛機的抗腐蝕能力，同時復合材料在水上飛機/水陸兩棲飛機上的應用對復合材料結構技術發(fā)展具有很大的推動作用。

3) 降低運營成本。由于氣-水動布局的特殊性，水上飛機/水陸兩棲飛機的氣動阻力、空機重量大于陸基飛機，加上水上防腐維護、維修成本高，使得水上飛機/水陸兩棲飛機的運營成本遠高于陸基飛機，不利于其應用領域的拓展和較好融入現有水上交通生態(tài)系統(tǒng)，勢必阻礙其有高靈活性和有用性的發(fā)揮。

水陸兩棲飛機是中國的通用航空，更是中國航空工業(yè)中不可缺少的機型。創(chuàng)新設計，擴大新技術應用，改善乘坐環(huán)境，保障惡劣氣象、海況條件下的出勤率，是提高水陸兩棲飛機民眾認可度的關鍵。