科学汇|“海陆空”全能的“鲲龙”是怎么从水上起飞的?

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钱江晚报·小时新闻 记者 郭闻 通讯员 陈鹏

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龚子皓 制图

据央视等媒体报道,7月26日,中国大飞机“三剑客”的最后一“客”——世界在研最大水陆两栖飞机AG600(又称鲲龙-600),在山东青岛附近海域海上首次试飞成功。这也是这一水上大飞机“三飞”(陆上首飞、淡水首飞和海上首飞)的最后一道成功试飞,意味着它可以开始进入正式生产销售,真正实现“疆在海空”。

关于设计制造这款飞机的一些科学问题,其实在我们初中学习时便已涉及,我们邀请了杭州市公益中学科学老师陈鹏,为我们逐一讲解。

它的最大功用是救援

大飞机“三剑客”指的是大型运输机运-20、水陆两栖飞机AG600和大型客机C919。这次首飞的水陆两栖飞机AG600是最后一个亮相的机型。“鲲龙”是我国自行设计研制的大型灭火、水上救援水陆两栖飞机,也是世界上在研最大的水陆两栖飞机,堪称两栖飞机之王。

大型的两栖飞机结构异常复杂,在全球范围内也只有少数国家具备研发制造的能力,体现的也是一个国家的综合国力。目前世界上,也仅有美、俄、日和中国等少数国家可以生产这种先进的大型水上飞机。

“鲲龙”具备了超远航程能力,并且它的最大功用是救援,在灭火上的功能也十分强大,它可以在20秒内汲取12吨水,在水上降落过程中便可以完成。这对于森林灭火来说,十分有用。我们知道,以往的森林灭火,除了使用人力以及工程车外,直升机灭火是最有效的,目前世界各国都采用这样的方式扑灭森林大火。但是直升机用的吊桶储水需要时间,且储水量小。如果“鲲龙”能够投入量产,对我们未来的救灾抗灾将有极大的效用。

它像船又像飞机

为什么“鲲龙”有如此强大的救援能力?

假如说它是船,但它却像飞机一样有机身、机翼、尾翼、螺旋桨以及起落架;假如说它是飞机,但它的机身又是斧刃形的庞大船体。这一独特的特点,使它成为真正的“全能选手”。

“鲲龙”一次能救助50名受困人员,比著名的日本US-2水上飞机的救援数多近一倍,增加载重量和承载空间无疑使水上起飞变得难上加难。那“鲲龙”又是怎样做到的呢?

在八年级科学的《浮力》一课中,我们学习到当物体处于漂浮状态时,重力等于浮力,当重力增大时所受到的浮力也随之增大,导致浸入液体的体积增大。浸入体积越大,机翼将越接近海面,加上有海浪的影响,飞机将不能正常起飞。所以要保证机翼距水面的安全距离下,还能承受如此载重,对于飞机的结构要求极高。

“鲲龙”的设计适合水上起降,而且它的机翼两侧下方吊有两个浮筒,这样的结构使得“鲲龙”能在超大载重下依然能停泊在水上并且不会下沉。

这也是为什么水上飞机需要在淡水和海上各试飞一次,因为淡水和海水的浮力不同。

它如何防止海水腐蚀

实现机翼与水面安全距离下飞机的漂浮,只是实现救援功能的第一步,随之而来的问题是如何在超大载重量下起飞?

起飞时,四台WJ6发动机产生的推动力,促使“鲲龙”以相当快的速度在水面上滑跑。根据八年级科学第二章大气压的知识,我们知道流速越大压强越小,伴随着速度的不断增加,机翼上方流速大压强小,下方流速小压强大,机翼受到了空气施加向上的压力差,这个力慢慢克服了飞机的重力,从而把飞机从水面上逐渐托起来,成为在空中飞行的航船。

不管是水陆两用飞机还是船舶,只要接触海水,都会由于盐度、电导率、溶解物质、pH值、温度、流速、海生物等因素,饱受海水腐蚀的困扰。

通过九年级科学《金属及其化学性质》一课,我们了解到可以通过非金属覆盖层、金属镀膜、自身氧化膜保护层等保护膜来抵抗海水腐蚀,也可以通过改变内部结构或使用新型复合材料从根源上减少与海水的作用。“鲲龙”同时采用了以上两种类型的腐蚀防控方法,使其在海洋高盐度、高湿度环境下能尽可能小的受到来自海水腐蚀的干扰,大大提高了使用寿命。

考考你


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答案:

问题一:相等。因为漂浮时重力等于浮力,重力不变,所以浮力相等。

问题二:2m3,根据F=ρgv计算。


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飞雪
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“海陆空”全能的“鲲龙”。

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