水上飞机

水上飞机是能在水面上起飞、降落和停泊的飞机，称为水上飞机， 其中有些同时也能在陆上机场起降的，称为水陆两栖飞机。水上飞机 分为船身式和浮筒式两种。水上飞机主要用于海上巡逻、反潜、救援 和体育运动。

在飞机刚刚问世的年代，专门为飞机起降修建的机场和跑道凤毛麟角，不少飞机在利用既有的地形着陆时，会因为地面的坎坷不平而遭受损坏。而海面、湖面、河面等遍布地球的水面，则为飞机着陆提供了天然的缓冲。为了能利用这些“天然”的机场，人们用浮筒代替了飞机的起落架，让飞机能够在水上漂浮、滑行，最早的水上飞机便由此产生。

1905年7月18日，法国年轻的建筑师加布里埃尔·瓦赞驾驶着一架水上滑翔机，在塞纳河上进行拖曳试验。这架风筝式的滑翔机本身并没有动力，依靠拖曳升空。虽然它并不成功，但是这次试验的开创性，对后人有很多启发。世界上第一架能够依靠自身的动力实现水上起飞和降落的真正的水上飞机是由法国人亨利·法布尔发明制造的（注：与昆虫学家法布尔区分）。法布尔出身于船舶世家。在年轻时对工程学发生兴趣，并继承了家族对大海的特殊感情。飞机诞生后，他决心追随莱特兄弟和瓦赞兄弟，并设想制造能在海上起降的飞机。1907—1909年，他在水上和陆上进行了大量的基础性研究工作，他的最重要工作是对浸入水中的翼面和浮筒所作的理论研究。1909年，法布尔开始运用他的理论成果制造飞机。第一架样机装有3个浮筒和3台安扎尼发动机，但它从未能飞起来。同年下半年，法布尔制造了第二架样机，飞机前端有一对舵和两个水闰升力面，上面的一个作升降舵。机岙[ào]前部有一浮筒，加两个浮筒装在机翼下。飞机的整个构架是木制的，浮筒用胶合板制成。这架飞机的首次飞行是1910年3月28日在马赛附近的海面上。第一次试飞时，飞机以55公里/小时的速度在水面上滑行，却未能飞起来。第二次试飞中，飞机终于飞离了水面，直线飞行约500米。随后法布尔又驾机试飞了两次，并作了小坡度转弯飞行。第二天，飞行距离达到6公里。世界上第一架浮筒式水上飞机诞生了。1911年，在法布尔的另一架水上飞机因驾驶员的错误而坠毁后，他因花费太大而停止了研制自己的水上飞机，转而为他人的飞机设计和制造浮筒。这一年，他为一架瓦赞式双翼机设计了浮筒，使之成为世界上第一架水陆两用飞机。同年2月，美国的著名飞机设计师柯蒂斯驾驶着他的装有船身形大浮筒的双翼机在水面上起飞和降落成功，成为世界上第一架船身式水上飞机。柯蒂斯为船身式和浮筒式水上飞机发展都作出了重要贡献。柯蒂斯的水上飞机诞生后不久，就从密执安湖上救起一名迫降的飞行员，预示了水上飞机的广阔应用前景。

水上飞机很快就被应用到军事领域，随之又出现了水上飞机母舰。在两次世界大战中，水上飞机是一种常用的舰载机，被广泛搭载在航空母舰、战列舰和巡洋舰等大型水面舰船上，甚至连潜艇上都会搭载。在一战前，欧洲许多著名的飞机制造厂也成功地研制了一大批水上飞机。1913年，法国专门设计了发射鱼雷的“博雷尔”型浮筒式水上飞机；同年，英国的肖特公司发明了机翼可以折叠的肖特166型浮筒式水上飞机；其改进型肖特184型水上飞机，在一战中成为有效的海战进攻武器。在1915年8月的加利波利战役中，由军舰携载的肖特型水上飞机，用鱼雷击沉了土耳其的补给船。一战爆发前夕，英国索普威斯公司设计的“蝙蝠船” 型水上飞机，依据对水动力特性的研究成果，机身腹部采用V型剖面，既可以减小飞机起飞离水时的阻力，又便于在水上滑行。它的发动机和推进式螺旋桨安装在机 身上面很高的位置，可以防止海水喷溅损坏螺旋桨和腐蚀发动机。此外，“蝙蝠船”型水上飞机还装有可收放的起落架，是世界上第一种实用的水陆两用飞机。在第一次世界大战中，水上飞机主要被海军用来执行侦察和校射任务，一般由战舰携载，在海面上起降，也被称为舰队的“眼睛”。

1937年，美国泛美航空公司的西科斯基S-42水上飞机实现了首次跨越大西洋的飞行。也是在20世纪30年代水机发展十分迅速，远程和洲际飞行几乎为水机所垄断，还开辟了横越大西洋和太平洋的定期客运航班。例如，德国道尼尔公司20年代末研制的DoX是当时世界上最大的水上飞机，机翼上方分6组背靠背地装12台活塞式发动机，最大速度达到224千米/小时，1929年10月曾创造一项载169名乘客飞行的世界纪录，一直保持了20多年。美国联合公司30年代研制的PBY—5“卡塔林娜”两栖飞机在二次大战中广泛用作海上巡逻机，生产量达4000架，战后改作森林消防飞机。在二战期间，卡特琳娜水上巡逻机（PBY）于1933年开始研制，1935年首飞成功，1936年交付美国海军服役。PBY的生产前后延续了10年，使其成为产量最多的水上飞机，其数量甚至超过了二战其他水上飞机的总和。虽然PBY是二战时期最慢的飞机之一，甚至有人说PBY的领航员需要的不是无线电与秒表，而是一本日历，并称之为最鸡肋的飞机，但这并不影响PBY强悍的适应性和极为广泛的用途。从对地轰炸、反潜、侦察、反舰攻击直到运送突击队，PBY堪称二战时期作战性能最为广泛的飞机，也是全世界影响力最大的水上飞机。

二战后，随着飞机制造技术的进步和空中加油技术的成熟，加上陆地机场的数量和质量不断提高，以及直升机的不断发展，水上飞机逐渐退出军事领域，只有少数国家继续用作搜救和反潜。在民用领域，水上飞机主要用于旅游观光、森林灭火、海上搜救等。在民用领域的远程跨洋航线方面，陆地起降的大容量喷气客机已经取代水上飞机，并成为各家航空公司 的首选。现在，水上飞机的用途已从运输功能更多向水上救护、森林消防、旅游观光等通用航空方向转移。但是，即使是这些工作也随着直升机的成熟化而逐步拱手让贤。主要代表机种有苏联的别—10和日本的PS—1水上飞机，后者由于采用了附面层吹除襟翼和喷溅抑制槽技术，具有较高的抗浪能力。中国在轰—5的基础上研制了水轰—5，能执行反潜任务。

1975年日本US-1水陆两用救护飞机的研制成功，标志着水上飞机复兴开始。它在研制阶段做了大量的工作，突破了高抗浪性、低速情况下良好的操纵性和窄轮距情况下良好的地面起飞降落滑行稳定性等一系列关键技术问题。20世纪90年代，日本在US-1水陆两用救护飞机的基础上，加装了加拿大制造的海上救生设备，改型为US-1A水陆两用救护机，生产20架装备海上自卫队。美国是水陆两栖飞机发展较早的国家，先后开发了一系列实用型水陆两栖飞机，1977年美国成功研制了C-130H水陆两用飞机，并先后交付美国海军8架。特别是轻型水陆两栖飞机发展更多更快，其中比较著名的型号有莱克系列轻型水陆两栖飞机LA4-200和LA-250、赛斯纳多用途轻型水陆两栖飞机等。俄罗斯一直在积极进行水陆两栖飞机的研制，20世纪80年代末研制成功的A-40“信天翁”水陆两栖飞机更是目前世界上最先进的大型喷气式水陆两栖飞机，它融合了现代化的新设计概念，先进的技术和水陆两栖飞机领域里的最新研究成果，在气动效率、水动性能、飞行性能、重量特性、经济性等方面都取得了长足的进展，创下了14项世界同级水上飞机的纪录，其最大飞行速度已接近同类陆上飞机的水平。20世纪90年代又先后研制成功了别-200多用途水陆两栖飞机、别-103轻型水陆两栖飞机和“澳洲野狗”（Dingo）多用途轻型水陆两栖飞机。加拿大也是世界上水上飞机发展较快的国家，先后研制成功了CL-215型水陆两栖灭火飞机、庞巴迪CL-415型多用途轻型水陆两栖飞机等。

日本在2003年又研制成功了US-1A水陆两用反潜巡逻飞机，正式定型后飞机型号将被命名为US-2。US-2使用综合航电设备，提高了海上搜索营救能力；采用气密座舱，加装了压力机舱系统，成为世界上第一种装有增压舱的大型水陆两栖飞机。为满足沿海地区作战需求，美军特种作战部队对水上飞机产生兴趣。为尽快将其投入使用，美军采取为MC-130J“大力神”运输机加装浮筒的做法，使其变为一款水上飞机，可向岛屿、海岸线和河流三角洲地区运送突击队员。在2022年举行的美日澳联合演习中，美国飞行员体验日本US-2水上飞机的驾驶性能，不排除为驾驶改装后的MC-130J“大力神”运输机做准备。苏联“A-40”水上飞机“信天翁”将于21世纪20年代初迎来新生，以满足俄罗斯海军航空部队对新飞机的需求：对全俄几乎所有海岸进行巡逻，必要时可发现并摧毁敌人的潜艇。现今俄罗斯海军为“信天翁”装备最先进系统。“A-40”的翼展达40米，可升高13公里，续航能力约4000公里，能在返回基地加油前连续航行12小时，并对海域进行不间断侦察。

20世纪50年代以来，中国曾装备有别-6、青-6、水轰五等三型水上飞机。别-6水上飞机由前苏联生产，20世纪50年代中期装备部队使用，60年代末，为提高别-6水上飞机性能，进行了换发改进，重新命名为青-6水上飞机。青-6水上飞机是别-6水上飞机的国内改进型飞机，主要是用国产涡桨-5发动机替换别-6飞机的原活塞发动机，青-6水上飞机于1996年退役。水轰五飞机由中航工业特飞所、中航工业哈飞等单位自行研制，研制工作始于1968年， 1976年4月首飞成功，1986年交付使用。水轰五飞机研制时采用了我国当时许多先进的材料、成品设备、结构和生产加工工艺，解决了一系列关键的技术，通过了各种试验，包括全机静强度试验，部分总体性能接近于当时国际同类水上飞机的先进水平。20世纪80年代初期，中国中航工业特飞所自行开发了A1、A2C系列超轻型水上飞机，可用于旅游观光、航空摄影、农业作业等用途，并形成了小批生产交付能力。2006年开始，开发了“海鸥”300轻型水陆两栖飞机，现已进入取证试飞阶段。2009年起，中航工业特飞所/中航通飞研究院目前正在研发的大型灭火/水上救援水陆两栖飞机是由国家立项的重大民用航空项目，它可在陆上机场或海面上起飞降落，是一种大型的水陆两栖飞机，具有良好环境适应性和广泛的用途。

水上飞机分为船身式和浮筒式两种，前者具有按水面滑行要求设计的特殊形状的机身，称为船身；后者一般是把陆上飞机的起落架换成浮筒。船身式水上飞机又分为单船身式和双船身式两种。小型水上飞机采用双浮筒布局设计——机身下方安装两个浮筒，在水面起降时，浮筒承担支撑飞机作用。为保证水上起降安全，浮筒需要采用分舱设计，保证浮筒任何两个隔舱破损时，飞机仍具有漂浮在水面上而不倾覆的能力。

水上飞机在结构设计方面，水上飞机多采用全机水密铆接，能够有效防止雨、雾和海水浸入结构内部；合理设计漏水孔和通风孔的位置大小，使得内部积水顺利排出；在铆钉、螺栓等连接件结合面进行适当隔离绝缘，防止双金属接触腐蚀。在制造材料选择方面，水上飞机一般采用防腐蚀材料和表面涂层等技术，为机体披上“防护衣”。水上飞机为了克服水阻力，会在机身下部的“船体”上设计了一个“台阶”，称为断阶，断阶的主要作用是将船体分割成前体和后体两个部分，前体前部和后体向上翘起，前体后部为主滑行面。低速时，前体和后体均与水接触，此时飞机主要靠水的静浮力支撑，当速度逐渐增大时，水动升力增大，船体抬升，前体前部和后体逐渐离水，到高速时仅有前体主滑行面与水接触。水上飞机克服喷溅，会在船体前部设计了抑波槽，用来消耗喷溅的能量、改变喷溅的方向，抑波槽是船体侧面的沟槽，外侧安装有抑波板，并开有减压孔。从船底产生的喷溅沿着船体面爬升，进入到抑波槽后，由于抑波板挡住了喷溅原来的流动方向，喷溅的流动方向被改变，一部分喷溅从减压孔流出，剩余的喷溅在抑波槽内旋转一圈后从抑波板下侧流出。水上飞机在水面降落时，飞机承受较大的着水载荷。载荷越大，飞机就必须设计得越强，但随之重量也会越重。为减低着水载荷，除了限制飞机的着水速度和着水姿态外，将船体设计成V形截面的形状，这种形状可以最大限度地降低飞机着水时与水的接触面积，从而保证飞机在任何情况下着水时的载荷都比限制载荷小。

水上飞机的动力系统会额外安装防腐蚀装置，一般采用高压空气喷射方式，对发动机适时进行冲洗和清洁。动力从活塞发动机进化到涡桨、涡扇发动机，技术的进步促进了飞机性能的提高。从20世纪20年代至今，水陆两栖飞机逐步发展形成了船身式和浮筒式的常规布局，发动机高置于机翼或机身上，避开喷溅水流对发动机进气道、襟翼、螺旋桨等的冲击。20世纪30年代，发动机由翼上方改装到翼前缘，功率大幅增加，载重也随之增加，后期也曾有喷气式水上飞机出现。20世纪50年代后，而新型的水陆两栖飞机，在设计上打破了传统布局型式，外形更加靓丽流畅，功能也更加多样，飞行品质得到了显著提升。美国ICON公司研制的ICONA5轻型水陆两栖飞机，专门为水上娱乐而设计。采用高强度碳纤维复合材料作为框架；机翼可自动折叠；驾驶舱仪表设计与家用轿车极为相似，最大限度地降低了操纵难度。安装有整机安全降落伞，有效地保障了驾乘者和飞机本身的安全。

水上飞机舱体的每个单独隔舱均由隔舱板、机体壳板和机舱地板组成。当机体局部破损时，破损的水密隔舱渗水不再为飞机提供浮力，但其他独立的水密隔舱依然可以提供浮力，确保飞机不会下沉。水上飞机一般采用3种方式确保机体密封性：一是在紧固件表面涂抹密封剂，消除紧固件与机身间的缝隙；二是在整机装配完成后，进行气密性检验；三是通过向机体进行高压喷水，检查是否有漏水、渗水问题。

水上飞机可以区分为三类：1.浮筒水上飞机（Floatplane）：一般多是小型飞机所采用，在机身下方装有一或两个浮筒，将机身与水面分离，有些飞机在机翼两边还装有小型辅助浮筒，以避免飞机因为往两侧倾斜还有翻覆的危险。2.飞船（flyingboat）：是一种有着船体的固定翼水上飞机，可以降落在水面上。跟浮筒飞机不同，体型通常更大，而且机身本来便能产生浮力。3.两栖飞机（Amphibian）：是指可以加装或者是本身就有机轮，能够直接在陆地上操作与起降的水上飞机，这一类飞机可以视需要在水面或者是陆上机场活动，因此有两栖飞机的称呼。

水上飞机在军事上用于侦察，反潜和救援活动；在民用方面可用于运输，森林消防等。在二战期间应用最为广泛的是PBY水上飞机，虽说PBY是最鸡肋的水上水机，但是其应用范围很广，从对地轰炸、反潜、侦察、反舰攻击直到运送突击队，PBY堪称二战时期作战性能最为广泛的飞机，也是全世界影响力最大的水上飞机。航空运输拥有比航海运输更加快捷的时效。以从英国本土到澳大利亚为例，海运需要花费约一个月的时间，而飞行仅仅需要5-7天。而在当时机场等航空基础设施尚不完善的情况下，水上飞机可以利用海面、湖面着陆。只要拥有了合适的水上飞机，航线便很快可以建立。因此，水上飞机受到英国的青睐，并以此建立了水上飞机航线网络。在森林防火、海岸巡逻、大范围反潜巡逻等方面，水上飞机仍是陆上飞机的有益补充，能够在特定的情境下发挥不可替代的作用。加拿大在上世纪90年代研制的“CL-415”型水上飞机，是在“CL-215”基础上的改进型，主要用于扑救火灾。

水机的主要优点是可在水域辽阔的河、湖、江、海水面上使用，安全性好，地面辅助设施较经济，飞机吨位不受限制；主要缺点是受船体形状限制不适于高速飞行，机身结构重量大，抗浪性要求高，维修不便和制造成本高。

20世纪30年代美国联合飞机公司研制的PBY卡特琳娜水上飞机是二战期间使用的最广泛的水上飞机之一，美、英、苏等国都有装备。该型飞机被用于反潜、轰炸、侦察和运输等，1957年退役。美军HU-16水上飞机于1949年服役，装备有医疗后送设施，一次可载运12副担架，滞空时间可达22h，主要用于海上搜救和反潜巡逻。该型飞机还参与了朝鲜战争和越南战争，一直服役到20世纪70年代。

A-40水上飞机是俄罗斯（前苏联）研制的世界上最大的双发涡扇式多用途水陆两用飞机。1987年开始批量生产，曾打破14项世界纪录，主要用作反潜、侦察、布雷、巡逻、运输和搜救。 别-200水上飞机也是俄罗斯研制的双发涡扇多用途水陆两用飞机，2002年开始小批量生产。该型飞机类似A-40，但体积更小，可以看作是A-40的缩小型。该型水上飞机已在俄罗斯联邦紧急情况部和国防部投入使用，主要用作消防、反潜巡逻、海上搜救和客货运输。

日本的US-2水上飞机于2007年服役，是世界上第一种装有增压舱的水上飞机。该型飞机可以飞到9000 m以上，能够在恶劣天气条件下执行巡逻、救援和反潜等多种任务，并可搭载20名乘客或12个担架，水上起、降距离很短，分别为280和330m。

1917年冬，国内局势稍稳，巴玉藻、王助怀揣献身祖国航空事业的志向，毅然启程回国。经北洋政府批准，巴玉藻、王助等人于1918年2月正式在福建马尾船政局内创设我国第一个飞机制造厂——“海军飞机工程处”。他们集中优秀技工，进行专业培训；筛选国产材料，测试物理性能；利用船政局原有的机器加工飞机部件。他们在简陋的条件下，终于于1919年8月研制成功中国第一架水上飞机——“甲型一号”。“甲型一号”是一架单发动机双浮筒双翼水上教练机，木质机身，高3.88米，机体长9.32米，翼展13.70米，马力100匹，最大速度126公里每小时，空机重量836公斤，最大起飞重量1063公斤，飞行高度3690米，可航行3小时，航程340公里，乘员2人，可载炸弹4枚，其性能、质量不亚于同时代欧美各国的产品。

水轰-5水上飞机是我国自行研制的水上反潜轰炸机，1976年首飞成功，用于海上侦察、巡逻警戒、搜索反潜等任务。该型飞机起飞质量和日本的US-2相近，续航时间可达8.5h。限于当时的技术力量，该型飞机没有大批量生产和服役，但是为锻炼我国水上飞机的设计和操作人员作出了积极贡献，我军卫勤人员也曾多次使用该型飞机进行空运后送训练。

国产大型AG600水陆两栖飞机是2016年7月23日在珠海航空产业园顺利实现总装下线，2017年12月24日在广东珠海成功完成陆上首飞，2018年10月20日，成功完成水上首飞。该机外部尺寸与波音737相近，已经超越了日本的US-2和俄罗斯的别-200，成为世界排名第一的水陆两栖飞机。该机航程超过44000km，巡航速度可达500km/h，一次可搭载50名乘员或装载相应质量的物资。但该型飞机的速度和航程并不占优势，仍有提升的空间。该机速度比航速最高的现役军舰快10倍，从三亚出发，巡航至南海最南端的曾母暗沙再返回，只需8h左右。这一优势来自于该机良好的气动外形和强劲有力的4个发动机。 该机可达性和机动性好，可在长1500m、宽200m、深2.5m的水面起降，陆地起降跑道长度不小于1800m、宽度不小于35m。

随着水上飞机技术的发展，逐渐出现了创新布局的现代水上飞机，主要是改进了滑行装置，或者采用创新的翼型例如折叠翼、环形翼、串列翼等。这些优化措施不仅可以减轻结构重量，同时也提高了水动力和气动力效率，更加适应状况多变的水上环境。水上飞机技术的优势在于它可以在所有的天气条件下飞行，无论是冰天雪地还是水波起伏的海面。而且水上飞机能够在没有跑道的地方起降，使得它可以进入到那些传统飞机无法到达的区域，帮助人们更好地探索新的景色，开发新的资源。 另外，俄罗斯在水上飞机的发动机和防冰技术方面也独具特色。发动机不仅具有强大的动力，而且还可以承受极低的温度；防冰技术使得水上飞机可以在恶劣的天气条件下飞行，不需要担心冰雪的侵袭。在通用航空领域，水上飞机大量的用于旅游观光、森林灭火、体育运动、 影视航拍等用途。