海天怪物：蘇聯軍工很厲害，俄羅斯地效翼船前傳

蘇聯/俄羅斯各地效翼船同比例對比

速度是人類的一貫追求，一個世紀以來，運輸工具的時速從火車的 50 公里，汽車的 100 公里，發展到飛機的 2,000 公里。由於種種原因，水上運載工具航速的提高卻很緩慢，為了提高速度，人們相繼成功研製了水翼艇、氣墊船、高速雙體船等一系列高速運載工具，總之，人類努力想要獲得一種同時擁有飛機高航速與船舶高經濟性相結合的運輸工具，於是，地效翼船誕生了。

德國道尼爾 Do-X 水上飛機

地效翼船誕生的故事

地效翼船是如何誕生的，有很多傳說，其中最經典的是：1932 年 5 月的一天，北大西洋上空依舊灰霧濛濛，一架德國“道尼爾 Do-X”大型遠程水上飛機正在進行低空試飛。飛行員突然發現發動機轉速在急劇降低，飛機隨之減速，一頭衝向海面。原來，六臺發動機中的四個供油管路被堵塞。一場機毀人亡的事故頃刻就要發生。就在飛行員一邊心理默默祈禱上帝保佑一邊進行海上迫降的時候，奇蹟卻出現了，當飛機掉高到距離海面幾米時，從海面升起一股神奇力量將飛機改平，只需很少的發動機功率就可以一直把飛機保持在這個高度上向前飛行。最後，這股力量將這架龐大的水上飛機完好無損地送回了岸邊。這種力量到底是來自哪裡呢？最先給出答案的是空氣動力學家。他們的研究結果表明，當運動的飛行器掉到距離地面或水面很近時，整個機體的上下壓力差增大，升力會陡然增加。這種可使飛行器誘導阻力減小，同時能獲得比空中飛行更高升阻比的物理現象，被科學家稱為地面效應。

當然，筆者並不認為這是個真實的故事，其實地效翼的研究最早開始於 20 世紀 20 年代，早在 20 世紀初，芬蘭空氣動力學家就發現了地面效應現象。因為“道尼爾 Do-X”水上飛機獨有寬翼展、小展弦比的機翼，在接近海面飛行時會頻繁出現地面效應，彷彿有一種力量在託著飛機，同時在地效狀態下飛機可以用很小的省油功率保持高速飛行，科學家和工程師們受到啟發開始進一步研究這種空氣動力現象，最後發現了地面效應理論。1935 年，芬蘭工程師 T.J.卡里奧研製了世界第一艘這種“既會飛、又會遊”的船，當時稱之為“衝冀艇”。

什麼是地效翼船？

地效翼船的學名應該叫“空氣動力地效翼船”，最先被稱為“衝翼艇”（衝氣機翼的意思），上世紀 60 年代至今，還被稱作“地效翼飛行器”、“地效飛機”、“地效飛船”、“地效艇”等等。雖然有時叫做飛機，但它通常只能貼近水面飛行，無法翱翔高空；雖然有時叫做船、艇，但它的速度卻比普通船舶快十幾倍，接近現代飛機的速度。用通俗的語言講，地效翼船就是利用利用地面效應進行離水航行的高速船舶（或者利用地面效應進行飛行的飛行器）。地效翼船在軍用和民用兩方面都有巨大的潛在優勢:具育飛機的高速度、船舶的高裝載量和高效費比、低雷達可探測性、良好的耐波性和兩棲能力。

蘇聯地效翼船的發展和結局

蘇聯從上世紀 50 年代開始研究地效翼船的軍事應用問題。位於頓河畔羅斯托夫市塔甘羅格的別裡耶夫航空設計局成為這一新型技術裝備的主導研製企業之一。在這裡，Р.Л.巴爾蒂尼領導他的設計小組設計了一系列代號為 ББА（垂直起飛飛機的俄文縮寫）的水上飛機和地效翼船。另一家主導企業是位於高爾基市（今下諾夫哥羅德市）的阿列克謝耶夫中央水翼艇設計局（俄語簡稱 СКБ），該設計局擁有一支功勳卓著、水平超群的優秀技術隊伍，僅紅旗勳章和列寧勳章獲得者就有十八名之多。作為俄羅斯水翼船之父，П.阿列克謝耶夫早在 50 年代末就開始受命領導蘇聯地效翼船研發項目。兩個設計集體在研製之初都遇到了大量技術難題，其中包括研製重量輕且強度大的結構（在時速 500 公里飛行時仍能承受海浪波峰的衝擊）和新型機體材料，必須研製改型或全新的發動機等等。蘇聯制定了相關的國家計劃（主要用戶是海軍和海軍航空兵），在幾個方向上展開了工作：飛航導彈地效翼船，運輸登陸地效翼船，巡邏-反潛地效翼船。由於地效翼船既是飛機和船舶技術的結合，又與一般概念的飛機或船舶有重大差異，阿列克謝耶夫大膽地突破飛機設計或船舶設計的常規設計路線，成功地解決了地效翼船在複雜的氣水介質之間近地飛行環境中的穩定性這一關鍵的技術難題，創造性地找到了地效翼船獨特的氣動水動佈局：即抬高平尾、首部前置發動機氣流墊升的地效翼船佈局外形。技術積累使得前蘇聯/俄羅斯在地效翼船的研製和開發方面居於世界領先地位，至今已經發展了以下幾個系列的地效翼艇。

俄羅斯水翼船之父 П.阿列克謝耶夫

（1）КМ 裡海怪物。

1960 年 СКБ 設計局研製的第一條試驗艇 СМ-1 下水，標誌著蘇聯研製地效翼船的開端。1966 年，蘇聯的首艘大型試驗型地效翼船“КМ” （Корабля Макета 的俄文縮寫，“原型船”的意思）秘密建成，被運至裡海基地做飛行試驗。該船長 100 多米，翼展約 40 米，起飛重量大於 540 噸（相當於 9 架國產運八運輸機）。60 年代末，美國偵察衛星的照片顯示裡海的海面上有不明飛行物。這個

蘇聯第一艘工程試驗大型地效翼船 KM 號

蘇聯 KM 地效翼船，這個角度能看出來這船之龐大，蘇聯人在軍事技術上確實全宇宙第一變態和邪惡

（2）別裡耶夫飛機設計局的系列地效翼船。首先是充滿科幻色彩的 ВВА-14 型垂直起降水陸兩用飛機。該機於 1960 年開始研製，由設計師巴爾蒂尼（Р.Л.Бартини）負責研製。ВВА-14 採用組合式機翼，寬大的機艙可以安放升力發動機、充氣式浮筒滑板和機載設備。從嚴格意義上講 ВВА-14 並不是一種真正意義上的地效翼船，從飛行特性看它更接近於水上飛機。該飛機既可在陸地上使用，又可在水上和雪地上使用，甚至可在海面上航行。它能在任何氣象條件下從海上作戰水域起降。由於為 ВВА-14 研製升力發動機的廠家遲遲拿不出產品，巴爾蒂尼被迫將其改為水上飛機。1972 年 9 月，完成第一次試飛。由於事先沒有獲得蘇聯海軍的批准，ВВА-14 中途流產，但試飛成功為巴爾蒂尼研製後續地效翼船奠定了基礎。1963 年巴爾蒂尼提出 2,500 噸地效翼船計劃，該船採用雙體機身，長 200 米，翼展2 50 米，可在水面以上 12 米高度高速飛行。1965 年由烏赫託姆斯基直升機製造廠生產出長 20 米的動力縮比模型，開始在亞速海的塔幹羅格灣進行拖帶實驗。遺憾的是，由於巴爾蒂尼逝世，這項計劃也沒有實現。

ВВА-14 縮比模型

蘇聯別裡耶夫設計局巴爾蒂尼曾經提出的另一種地效翼

蘇聯別裡耶夫設計局 2,500 噸地效飛船模型

蘇聯 904 型遠程登陸兩棲作戰地效翼船

“雛鷹”號的民用型，估計又是一個釣魚騙銀子的項目

蘇聯 904 型鷂號地效翼船-5 最後一艘 МДЭ-160 號，最後的歸宿是改成了江邊電影院

903 型飛航導彈地效翼船三面圖

蘇聯 903 型飛航導彈地效翼船

莫斯科航展上展出的 903 民用型地效翼艇

“雨燕”系列。“雨燕”是多功能小型地效翼船，研製於 20 世紀 80 年代，1991 年通過國家試驗，並開始裝備俄羅斯海軍，用於訓練海軍地效翼船駕駛員，總設計師為俄羅斯中央水翼船設計局的布拉洛夫。機體材料為鋁鎂合金，裝有兩臺 113kW 的活塞發動機，起飛質量為 1,360kg，巡航速度為 160-170km/h，最大飛高 800m，最大航程 500km。在雙座型的基礎上，還設計了 8 座、20 座的“雨燕”系列。

“伏爾加”系列

“伏爾加”系列。“伏爾加”是氣墊型地效翼船，也稱之為氣墊式地效艇，是一種可在內陸江河、湖泊、水庫進行高速客運及公務運輸的氣墊式客艇。俄羅斯地效翼船之父阿歷克謝耶夫在其晚年時終於覺悟到發展動力增升地效翼船的困難，從而著手開發更符合民用的動力氣墊船“伏爾加”。此型船採用較小的機翼展弦比，在使用前置導管槳時，機翼與浮舟和襟翼一起形成很好的氣墊系統，它不僅有很好的起飛性能和較小的越峰阻力，而且具有一定的兩棲性與可登陸性。此型艇高速時飛高很小，即貼近水面航行，且只能在極強的地效區航行，因此俄羅斯稱其為動力氣墊船。艇體由鋁合金製成。它裝兩臺總功率 210kW 的活塞發動機，帶動兩副螺旋槳。艇體下部設有封閉的氣室區。艇身長 11.3m、寬 7.6m，艙內設有 8 個座位，總重 2.5t，航速約 120km/h，航程 500km。它適於在內陸水域，起降時風速不大於 10.0m/s、浪高不大於 0.5m，掠航時浪高不大於 1.0m 的條件下使用。旅客上下艇均在岸灘上，可全年營運，可航行於水面、冰面、雪面和相對平坦的地面上。首架艇於 1986 年完工，而後經過了複雜、嚴格的試驗，並按試驗結果進行了修改設計，在下洛夫哥羅德“索科爾”機器廠生產。後來，在“伏爾加”-2 型氣動佈局、材料結構等基礎上，中央水翼船設計局又推出了該型艇的增程型設計方案，即“火箭”-2 型。

“伏爾加”系列

“兩棲星”系列。與伏爾加系列相似，該系列也是在海洋或者江河使用的小型地效翼船，其航速為 150km/h，不能飛高，掠海航行時用尾部空氣舵，水上低速航行時可使用水舵控制方向，從而在任何航速下都具有良好的操縱性。

“兩棲星”系列

1999 年俄羅斯推出一種型號為“依伏爾加-2”（ИВОЛГА-2）地效翼船（Экранолёт）。該船同時具備在地效區內外高速飛行能力和兩棲性，配有兩部發動機，總重 3 噸，除飛行員外，可乘載 10 人或運送 1 噸的貨物。其飛行速度達 200km/h，航程 1,480km。雖然此船僅為初創階段，但卻代表一種發展方向

“依伏爾加-2”

地效翼船的氣動外形與水上飛機相比有許多相似之處。都擁有流線型的機身以減小阻力；按照在頻繁接近水面上空的飛行條件設計，採用水密的船形底機身以利於在水面上起降；為避免機翼渦流造成的干擾，和地面效應對縱向穩定性的影響，水平尾翼的位置往往比較高，通常設置於後部的最高點。地效翼船的氣動外形也有許多獨特之處。機翼的展弦比非常小，只有 1.2—2，而且通常為下單翼；在翼尖的下方或機翼中段設置有寬大的隔斷端板，或整體式浮筒，用來形成氣動封閉區，減小機翼下面被壓縮的空氣外洩；因為氣墊場效應造成的操縱效率降低，地效翼船的水平尾翼翼展通常設計的比較寬大，以提高操作敏捷性。

地效翼船巡航飛行高度通常為翼展的 0.05～0.2 倍，但某些機型在載重量較小的情況下，也可以短時間爬升到幾百米的高度。地效翼船速度較快，小型的可達 180 公里/小時，前蘇聯大型噴氣動力地效翼船甚至高達 500 公里/小時。適航性強，具有良好的越障、抗風浪能力，可在 1.5 米以下浪高穩定飛行，浪高超過 1.5 米時仍能飛行，很適合在平坦陸地、內陸湖或近海執行任務。

地效翼船通常把發動機安裝在機翼前方，並將部分噴流或螺旋槳滑流直接排放到機翼下部，以人為增強地面效應，起到增升作用。採用這種動力增升技術的地效翼船，在起降或飛行過程中，可以向下偏轉主翼上的前後緣襟翼，在機翼襟翼、機身和翼尖隔斷端扳間構成一個半封閉的氣墊室。由前置發動機向氣墊室內供氣產生氣墊壓力，能夠極大的提高起降或飛行時的升力，降低起降速度。甚至由於動力增升裝置功率大、氣墊室密閉效果好、形成氣墊壓力高，可在零航速的情況下將機體短時間托起。採用動力增壓技術的地效翼船，綜合了空氣動力地效翼船與空氣靜力地效翼船的優點，工作原理介於兩者之間。它能像全墊升氣墊船一樣，以很低的航速自行登陸或下水。其操縱特性良好，能自如地懸停實現無坡度急轉彎，甚至就地迴轉。這種混合型的航空器一般被稱為動力氣墊型地效翼船。以螺旋槳發動機為動力的小型地效翼船，只能飛行在地效區高度內，一般不具備爬高飛離地效區的能力。躲避障礙物時，主要採取水平機動繞過障礙物的方式。以噴氣式發動機為動力的中大型地效翼船，由於動力強大，可在短時間內躍升幾十米至上百米的高度。但由於它們的主翼展弦比小，離開地效區高度後氣動效率和操縱性會變得很差，只能在避障、發動突擊等特殊情況下短時間使用。

地效翼船的範疇界定

由於俄羅斯早期開發的地效翼船均可以飛離地效區，甚至可達數百米的飛行高度，因此，將這種運輸工具作為商業航運，就出現了地效翼船究竟是屬於“民航”還是屬於“船級社”管理範疇的問題，即地效翼船是屬於“飛機”還是屬於“船”。對地效翼船的分類，目前尚無統一的認識。將地效翼船分成“飛機型地效翼船”和“飛船型地效翼船”是比較簡捷的方法。中國船級社於 1998 年出臺了《地效翼船檢驗指南》指導性文件，後授予“天翼一”號地效翼船船級，並已通告國際海事組織設計設備分委員會。國際海事組織（IMO）在俄羅斯的推動下，於 1994 年對原有的動力支承艇規則進行了修改，修改稿被 IMO 的海事安全委員會（MSC）接受。 2004 年 12 月 1 日，國際海事組織（IMO）海上安全委員會第 79 屆會議批准了地效翼船臨時導則修正案。

國際海事組織制定的《地效翼（WIG）船暫行指南》，其中規定地效翼船依據下列類型核准：

A 類：經核准僅利用地效運行的船舶；

B 類：經核准可臨時把運行高度提高至地效影響範圍以外的有限高度，但不超過海平面以上 150 米的船舶；

C 類：經核准可在地效範圍以外運行，高度不超過海平面以上 150 米的船舶。

超出 150 飛行高度的，被國際民航組織（ICAO）定義為飛機。至此，地效翼船就被正式劃入船舶範疇。

地效翼船的空氣動力原理

當普通飛機在空中飛行時，機翼下方的壓力大於其上方的壓力，產生升力，託著飛機運行；而地效翼船在貼近水面或地面時，船底下的空氣受到擠壓、流動受阻塞，壓力增大，從而產生附加的升力。地效翼船獲得的升力，除了藉助飛機機翼獲得升力的一般原理外，還巧妙地利用了地面效應原理。當有翼飛行器在做近地（高度小於兩倍翼弦長度）的水平飛行時，其氣動特性與在中高空飛行時是不一樣的。由於地面的存在，改變了氣流的下洗場和流速，在離地表很近的帶有翼刀或隔斷端板的機翼下方，就會形成氣流的“堵塞”，減小了流速，使上下翼面間的壓力差加大，從而提高了機翼升力、降低了誘導阻力，增大了飛機的升阻比。實驗證明，這種飛行器在貼近地面（或水面）飛行時的升阻比要比在高空時增加許多，其所需的推進功率較小。一架相同起飛重量的地效翼船與普通固定翼飛機相比，其油耗可節省一半，有效載重係數比高 25％～50％以上，航程可增加 50％左右。

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