水轰-5

中国  轰炸机

水轰-5(代号:SH-5,英文:Harbin SH-5 Maritime Bomber),是中国自行研制的第一型水上反潜轰炸机,由中国特种飞行器研究所(605所)设计、哈尔滨飞机制造公司制造,用于中近海域侦察、巡逻警戒、搜索反潜等任务,也可监视和攻击水面舰艇。 水轰-5是世界上最大的水上飞机之一,具有大航程、超低空、全天候、大载荷等特点。该机原型于1976年首飞成功,并有水轰-5基本型、水轰-5A、水轰-5B三型,总共制造7架。1986年水轰-5服役,装备于中国海军北海舰队水上飞机部队[1]  。 哈尔滨飞机制造公司曾于1987年6月开始研制水轰-5B型灭火机,并曾经进行过灭火试验。但由于多种原因,水轰-5B灭火机最终并未定型投产。
中文名 : 水轰-5
外文名 : Harbin SH-5 Maritime Bomber
飞机类型 : 水上反潜轰炸机
生产国家 : 中国
设计单位 : 中国特种飞行器研究所(605所)
制造单位 : 哈尔滨飞机制造厂
原型首飞 : 1976年4月3日
交付使用 : 1986年
发展沿革
需求背景 水上飞机是在陆地起降飞机的基础上,根据水面起飞降 水轰-5三视图 落要求进行专门设计研发的新型飞机。采用船底结构、水密隔舱、浮筒等特殊设计使水上飞机要付出比陆基飞机高的多的制造成本;而大幅度增加的重量、阻力和涉及水动力的设计限制,又使其性能指标比同等级的陆基起降飞机有所降低。 大型军用水上飞机适用性灵活,可执行直接支援陆战队登陆,攻击敌人滩头阵地的作战任务。但大型军用水上飞机最实际的用途还是依据水面起降的特点,执行一些陆基飞机所无法完成的特殊任务,并且水上飞机的型号和装备数量都比较少。 在训练和作战中不可避免出现会海洋上空的空勤人员弹射、跳伞,舰艇 水轰-5与潜艇 上的海勤人员落海;一些无法建设常规机场的海岛上,驻守部队也不可避免会出现紧急的后勤补给需求或者诸如重病、重伤人员需要尽快向后方转移的情况。相对于大型水陆两用直升机,大型水上飞机同样能在目标范围内水域降落、滑行、起飞,而其大航程、大装载容量、长滞空时间、大飞行速度的性能优势往往是无可取代的。 而诸如海上巡逻反潜/对舰攻击、投布水雷封锁航道港口之类的任务,大型水上飞机虽然理论上可以执行,但由于平台飞行性能的差距上实在过于明显,其实际能力水平和可靠性远远不及陆基和舰载飞机。上世纪冷战时期发展过的一些承担攻击任务的大型水上飞机,在后来的发展中也逐渐退役或者转作他用。仅有日本由于战败国身份的特殊政治军事条约限制,仍然在大力发展基于水上飞机的军事巡逻、反潜能力。 总体上看,大型水上飞机的定位比较尴尬:装备过多数量没有意义,而数量很少但不可避免的偶发情况又对其严重依赖。考虑到中国海区有多达6000多个岛屿,且分布面积非常广泛,大型水上飞机在装备体系中仍然有一定存在价值[2]  。 技术分析 上世纪五十年代,中国进口了一些苏联的别-6/青-6水上反潜机, 别-6/青-6水上飞机图册(2张) 并 在六十年代末期退役。为了填补装备缺口,中国在1968年筹建水上飞机研究所(605所,后改名中国特种飞行器研究所),与哈尔滨飞机制造厂(122厂)联合研制新型水上飞机,即后来的水轰-5。水轰-5型总设计师是有中国水上飞机之父之称的王洪章。这个项目非常紧迫,1968年605所还在组建过程中就已经开始了飞机设计;7月份开始方案论证以后,仅用了3个月时间就上报中央。有观点认为这与1967年日本新明和公司研制的PS-1反潜水上飞机首飞有关,在浮躁的社会气氛下,邻国的刺激对项目的决策起到了巨大的推进作用。 飞机要克服重力在天空中飞行,需要通过机翼上下表面不同流动速度的 水轰-5机身设计示意图 空气产生压力差形成向上的升力。但就像人在空气中快速挥动手掌很容易,而在水中则不仅费力而且速度也要慢得多;大型水上飞机同样面临水阻力远高于空气阻力、以及稳定性和抵抗遇浪等问题。水轰-5的机身底部外形、结构,就是参照船舶的水动力设计概念而来;事实上这种飞机的整个机身在飞机设计中都被称为“船身”,而且大量沿用了包括甲板线、舭线等船舶术语。由于要在水面上高速滑行,水轰-5船身的结构要求比常规飞机高很多:在极限气象水文条件下、时速接近200公里/小时仍然要能承受遇浪和着水的冲击而不引起结构永久变形、破裂。在由于战伤、与水面漂浮物、暗礁等碰撞引起结构破裂以后,仍然能保持较好的不沉性能。为此水轰-5采用了船底龙骨和水密隔舱等结构设计,全机分为10个水密舱,可以保证相邻的2舱进水仍然不沉。舱与舱之间的水密隔框上设置可以承受一定压力的水密门供飞行员等空勤人员通行。如果说船底龙骨和水密隔舱在原理上都和正常船舶没有区别的话,那么水轰-5这种前低后高,而且中间通过一个台阶(称为断阶)形成不连续面的船底外形,就是水上飞机的独有设计了。断阶前方的前船体部分是主滑行面,设计与高速快艇类似;水轰-5起飞时在发动机推动下不断加速,水通过船底突出的分水体不断被分流至两侧形成高速水流。它的外形对水面滑行过程中的阻力大小、姿态稳定特性,喷溅情况起到决定性的作用。 水轰-5底部中间明显的断阶,则是针对起飞和降落做的优化设计。采用断阶后,前船体的主滑行面和高速水流被强行截断,并在后方形成低压区。经过针对性设计的低压区有效的改 水轰-5的船底阶段 善了水轰-5的水动力与飞机重心、气动力的互动效果,使飞机纵向的倾角变化随着滑行速度变化规律起来,保证了起飞降落中的稳定。最重要的是,断阶这种在常规飞机上会造成明显阻力损失而不可接受的设计,通过巧妙的引入气动力干扰水动力,使水上飞机在起飞性能上获得了明显的提升。随着速度增加,水阻力也越来越大,在水上飞机达到起飞临界速度时,水阻力会形成一个巨大的峰值。断阶设计形成的低压区,在水轰五不断接近起飞临界速度、机翼升力大幅度增加使机身吃水深度减小时,会从断阶两侧不断吸入空气并逐渐形成空气垫隔绝高速水流对后船体的冲刷,大幅度减小阻力[2]  。 配套迟滞 水轰-5配备于解放军北海舰队航空兵,专门组建了一个水上飞 水轰-5空中巡航 行团。但是实际制造和服役的水轰-5飞机并不多。这主要是长期未开发出适宜于水上飞机的军事用途。一般来说,水上飞机主要用于远程反潜巡逻,不但航程长,对陆地机场的依赖小,可以靠水上舰艇补给燃油。水轰-5曾经创下连续飞行8.5小时的纪录。 但是中国的反潜设备长期落后,因而水轰-5可以说自服役以来一直无用武之地,因而制造量很小,也导致水上飞机研究所和水上飞行团长期以来都处于非常尴尬、备受冷落的局面。 再加上相当一段时期中国也没有研制空中预警雷达,水轰-5的实际用途 水轰-5在海航部队机场 只剩下海上目视巡逻,再就是救援和捜索。其训练也一直停留在为飞而飞,仅仅是为了维持飞行人员、延续飞行经验。实际上说穿了,在现行的装备体系中,水轰-5的地位就是鸡肋——食之无肉,弃之可惜。这批水轰-5的服役时间已经达到28年,已经接近其先辈苏联别-6型的服役全寿命。水上飞机在海上飞行使用,高盐度海水对其机体、发动机的腐蚀是相当厉害的,尽管水上飞行团的地勤机械师一直对其尽力维护,但终有力所不逮之处[3]  。
性能参数
水轰-5参考数据:机型、重量和性能 机长 38.9米 机高 9.8米 翼展 36米 机翼面积 144平方米 乘员 4人 全机空重 27724千克 正常起飞重量 36000千克 最大起飞重量 45000千克 最大载弹量 约6000千克(一说8000千克) 最大载油量 13417千克 最大速度 556千米/小时 最大航程 4900千米 作战半径 2200千米 实用升限 10250米 爬升率 11.3米/秒 起飞滑水距离 482米 着水滑水距离 653米 最大续航时间 11小时33分[4-8] 
技术特点
气动布局 水轰-5实际上是参照别-6水 水轰-5(6张) 上飞机放大,并且更换机翼设计的产物。对于中国来说,当时也不存在别的选择;但论证的过于仓促和航空工业能力的限制,使得水轰-5的飞行平台设计过于原始、简陋,存在着严重的性能落后和功能局限性。水上飞机必须拥有尽可能低的起降速度。同样速度下水阻力远大于空气阻力,速度越加大这个差距也加大的越快;起降速度的降低会使水上飞机大幅度的减小起飞临界阻力,获得非常明显的性能优势。另一方面水上起降面临着水浪和漂浮物冲击等问题,安全因素比陆地上要复杂的多,高起降速度和长距离高速滑行会严重的降低飞机的安全性能——超过90%的飞机事故都发生在起降阶段。就像大多数水上飞机一样,水轰-5出于安全因素选择了上单翼布局:为了防止喷溅起来的水浪打坏螺旋桨,一般原则是螺 水轰-5 旋桨的下端必须与静水水面保证1.4米以上的距离。当时只能选择775涡轮螺旋桨发动机(涡桨5甲),螺旋桨直径3.9米,因此飞机的最大设计高度也被确立在4.5米。水轰-5由于飞机放大以后要使用4台发动机,取消了别-6的海鸥式机翼,采用了大展弦比(达到9)的平直翼。但是由于设计能力的严重匮乏,水轰-5实际上根本没有做针对性的短距起落设计,不但机翼只能选取成熟但性能有限的翼型(翼根为NACA23018,翼尖为NACA4410),而且增升措施极为有限:除了螺旋桨滑流带来的未做任何增强的动力增升外,仅在中外翼后缘设置了8个简单开裂式襟翼。为了弥补机翼产生升力弱的问题,水轰-5把机翼面积加大到了144㎡,正常起飞重量下翼载荷只有250kg/㎡,但起飞性能仍然严重不足:离水速度达到145公里/小时,而离水滑跑距离达到482米[2]  。 结构机舱 水轰-5机舱内部 水轰-5飞机的外形,采用修长的机身兼船身保证了水面漂浮时具有良好的纵向稳定性。机头有一个雷达罩机鼻,稍下方是领航员的向下观察透明舱。机头上方是驾驶舱,可容纳多人机组。通常为双人驾驶机组,两人均有全套操纵系统。大长宽比的机身有较大容积的货舱,内可搭载电子器材或其他有效载荷。机舱为非气密型,有高空飞行和应急供氧系统。机腹是相当长的单断阶船底,尾端带有水舵,机尾是向后延伸数米的磁探仪。辅助机轮可收进机身[9]  。大展弦比梯形平直机翼装在机身上部部,上面设有开裂式襟翼及扰流片。上反平尾两端装有2片椭圆形垂尾。水轰-5的机身按二舱破损进水不沉的原则设计,共分成10个水密舱段,机头下有抑波槽和挡水板,减少了浪花的飞溅。座舱非气密,但有高空供氧设备。机体 水轰-5 考虑到中国海岸线长和沿海各岛屿的使用要求,多处采用防潮湿、防盐雾、防霉菌措施。主要措施为机上钢零件涂有环氧锌黄底漆,再涂环氧硝基磁漆。铝合金进行阳极化处理,再涂环氧锌黄底漆。为防止双金属腐蚀,金属间涂有XM-10胶。上述布局均可避免重要部件受起降时激起的波浪冲刷。机身为大长宽比全金属半硬壳式设计,底部设有防浪肋条,减低肋起降时的波浪。经上述精心设计,水轰-5可以在海上、江河湖泊以及水库中起降,并具有超低空、大航程、全天候、大载弹量短距起降和抗波浪性好等特性。水轰-5在水面起飞距离约500米,水上着陆距离大于800米,可在水深2.5米、长1500米、宽200米的水面起降。另外水轰-5也可在岸上机场着陆,但由于起落架较短小,安全系数不高,因此一般都采用水上起降,然后再通过岸边坡道滑行上岸。飞机可连续飞行11小时55分钟或4906千米[1]  。 动力航电 水轰-5的动力系统采用4台涡桨-5A涡轮螺旋桨发动机,额定功率为2 水轰-5 059.4千瓦,最大功率2316.8千瓦,驱动四个J19-G10型金属4叶螺旋桨。考虑到南方湿热的天气,涡桨-5A发动机经特殊措施,在30度气温时,仍能提供3150马力的推力。J19-G10型金属螺旋桨不仅有电防冰装置,还具有顺桨和反桨功能。操纵系统配备有自动驾驶仪和三轴复合液压舵机助力器及气液人感装置,并随时可由自动操纵转换为人工操纵。为保证飞机在水面随时能自行起动发动机,备有动力电源系统。 水轰-5机上电子设备包括XS-5A信标机、BWL-7自动无线电罗盘、263无线电高度表、773多普勒导航雷达、搜索轰炸雷达、航向系统、惯性多普勒组合导航仪、高度速度中心仪、地形回避设备、火控计算机、光学和激光轰炸瞄准具及反潜专门设备。反潜设备包括多种声纳浮标和尾部的长杆状磁力探测器。部分设备为后期改进加装的。机尾装有一个水舵[1]  。 武器系统 水轰-5飞机的武器,可以携带自导鱼雷、鹰击-8型空对舰导弹、航 水轰-5携载C101反舰导弹图片 空炸弹、深水炸弹等反潜武器,此外机身背部还装有自卫的PX-5型炮塔系统,配装两门23-2型23毫米机炮。投掷武器分别挂在机身与内侧发动机之间以及内外侧发动机间的机翼挂架下面[10]  。另据报道,水轰-5装备了C-101超音速反舰导弹。C-101是中国军队装备的第一代冲压式低空、超音速反舰导弹,1969年5月开始研制,1985年导弹飞行实验成功,经多次改良后定型。C-101制导采用末端主动雷达自动寻的方式,因此载机在发射后即可关闭自身的雷达,进行脱离。导弹重达1847千克,射程45千米,使用液体冲压发动机加火箭助推器[1]  。公开的资料中,C-101仅有岸舰型号和导弹快艇携带的型号出现[6]  [12]  。 鹰击101即C-101超音速反舰导弹,北约代号CSSC-5"Saples",是原为配备“水轰-5”而研制空舰导弹,后改为舰载反舰导弹,是一种超低空、超音速、多用途反舰导弹,该弹采用液体冲压发动机作主动力,配两台固体助推器[13]  。 难点局限 水轰-5飞机由于是中国首次设计的水上飞机,技术积累和经验 水轰-5 不足导致没有采取短距起降优化措施,未设计机翼前缘缝翼,后缘大面积的内、外襟翼以及复杂的附面层控制手段,所以水轰-5水面起降速度大、距离长。另外只在机翼前缘内有加热除冰设备,而垂尾和平尾都没有,对防止操纵面结冰引起失控十分不利。 水轰-5增升手段的欠缺,一部分是中国气动研究水平的不足,另一方面则是航空工业能力根本无法支撑复杂的液压、高压气体管路设计。中国航空液压体系从建国起历经了2代,分别是米格-21引进时带来的21MPa体系和苏-27引进时带来的28MPa体系。水轰-5由于设计年代早而且仓促浮躁,其飞行控制系统甚至连全面21MPa液压化都没有做到:升降舵、方向舵是硬式操纵(拉杆、摇臂等)系统,副翼是混合式操纵(钢索、拉杆、摇臂等)系统,连助力器都没有。也就是说3、40吨重的水轰-5在飞行过程中,操纵面的偏转完全依靠飞行员的体力通过机 水轰-5机头特写 械结构放大后生拉硬拽——于今而言的飞机设计完全是不可想象的。 中国军队此后只接受装备了4架水轰-5飞机,并一直服役。有看法认为水轰-5未能大量装备的主要原因还是机载设备的落后使其作战能力不如预期,反潜和反舰设备的性能落后和可靠性低下使其长期只能充当目视巡逻机使用。但这无法解释后来国内有了堪用设备也并未恢复水轰-5生产的事实。水轰-5的窘境,归根结底还是由于它自身的设计缺陷太多不堪使用,而且这些问题涉及基础设计的方方面面;不把整个飞机彻底推倒重新设计,就没有获得本质上改善的可能[2]  。
试制过程
原型试制 根据中国海 水轰-5 军的各种需要,为解决别-6/青-6水上反潜飞机即将退役后的装备空白,1968年12月,中国第三机械工业部(航空工业主管部)批准了命名为水轰-5的研制方案。研制工作由水上飞机设计研究所和哈尔滨飞机厂共同承担,根据批准方案首批试制三架。1970 年2 月,水轰-5总体设计完成。同年10 月发出生产图纸,并开始试制。1971年,装出供静力试验用的01号原型机,以110%的设计载荷达到并超过全机静强度破坏试验的技术要求。1973年12月,供试飞用的水轰-5总装完成,为02号原型机,同月实施首次地面滑行。1974年10月,运抵试飞现场。航空工业部和海军司令部联合组成试飞办公室,具体领导试飞工作。1975 年5月至1976年3月,在湖北荆门漳河水库下水,先后进行滑水试验30小时,完成28 水轰-5 个项目的静水试验和滑行试验,还成功地进行了4次预起飞。 1976年4月3 日,水轰-5首次水上起降试飞典礼隆重举行。上午10 时,飞机在水面上起飞,承担这次任务的是海军航空兵某部飞行中队长黄星辉等7人,飞行时间为23分钟,首次水上起降试飞获得成功[14]  。 首飞之后,哈尔滨飞机制造厂又制造出首批4 架飞机。1985 年底,4 架飞机均完成了从湖北到湖南的三角航线试飞。1985 年11月到12月,在18 个飞行日的试飞中,飞机出勤率和科目试飞成功率达100%,实现了无故障飞行。1986 年后,水轰-5型飞机交付海军使用,开始接替陈旧的别-6/青-6型水上飞机。1987年,水轰-5型飞机荣获国家科技进步一等奖[9]  。 改进改型 水轰-5有几种型号: 水轰-5和驱逐舰联合演练 水轰-5型:多用途水上飞机为基础型号; 水轰-5A型:为预生产型号,个别飞机被改装为电子侦察机; 水轰-5B(PS-5)型:为灭火飞机,可载8吨水。 编号01的飞机为预生产验证机,用于静态试验,编号02-03的两架飞机为预生产样品机,用于飞行试验,编号04-07的4架飞机为量产型样品机,装备部队使用。由于机载设备存在明显缺陷,无法达到军方要求,无法保障设计要求的搜索并杀伤水面、水下舰艇的性能,水轰-5最终未能投入大批量生产。另外,水轰-5配备的C-101反舰导弹由于类似技术原因,同样未能大批量生产[12]  。 大兴安岭火灾(1987年5月6日~6月2日)后,水轰-5B灭火机 水轰-5的灭火机改型 改型开始研制。1987年6月,水轰-5B的森林灭火改型在哈尔滨附近进行了首次灭火试验。水轰-5B飞机先在水库水面以每小时100千米的速度滑行,仅几秒钟即将容量达8吨的飞机水箱吸满。随后飞机加速滑行500米后离水面升空。到达投水地点后,飞机放下襟翼,下降减速,然后打开水箱门,8吨多水一泄如注,完成了此次投水试验。机上增加了相应的吸水、放水装置,如轰炸瞄准设备处增设放水按钮。水箱有手动操作应急系统。水轰-5B灭火型飞机拥有以往型号的作战能力[1]  。 后继型号 中国特种飞行器研究所正式启动了水轰-5的后继型号 蛟龙-600方案 ——蛟龙-600型(代号:JL-600)水陆两栖飞机研制项目。 蛟龙-600飞机可以在陆上二级机场和长1500米、宽200米、深2.5米的水域起降,可在昼夜执行灭火和救援任务。该飞机可在飞行中降至水面滑行汲水,灭火用储水箱最大载水量12000千克,一次汲水时间不大于20秒,投水高度30~50米。 蛟龙-600最大起飞重量48000千克,最大平飞速度为每小时555公里,起降抗浪高度达2.8米,最大航程为5300公里。 蛟龙-600水陆两用飞机,在任务定位上抛弃了不切实际的轰炸、攻击用途,而是着重于紧急救援、水面滑行汲水并空投灭火。该机在水轰- 蛟龙-600航展模型 5研制和使用经验的基础上进行全新设计,机身、机翼由西安飞机工业集团公司负责详细设计和制造,而后机身与尾翼则交由陕西飞机工业集团公司研制。 蛟龙-600性能功能完善化、摆脱专用机场限制,其市场前景比水轰-5要强不少;虽然军队采购数量会很有限,但是海监等海洋部门,以及内陆一些历来森林防火压力很大而附近又有湖泊可以汲水的地区的政府,都有可能成为该机的新用户,有望超过20架甚至接近30架销量。
服役事件
水轰-5飞机在1986年9月交付中国海军北海舰队航空兵使用 水轰-5在海航部队 ,并未进行量产。中国海军共编有7架水轰-5,包括1架原型机和6架生产样品机。有消息称,现有3架水轰-5用于执行搜救行动,1架(编号06)用于灭火,保障消防安全。水轰-5主要部署在青岛团岛水上机场。 北海舰队某水上飞行团曾经创下水轰-5连续飞行8.5小时的纪录,与以往巡航4小时相比,作战半径成倍增长,远程机动作战能力大幅度提高。为实现创纪录飞行,重点解决了机载雷达、通信、充氧等问题,并对放油系统、通气系统、电路系统等进行了改进,进行了改装到地面、空中放油试验。 水轰-5还是中国机载相控阵雷达研制工作中的“急先锋”。中国机载 水轰-5投弹训练 相控阵雷达的研制起步在1964年。1970年中国着手第一部机载无源相控阵雷达的原理样机的研制,后因种种原因下马。1978年,成功为水轰-5飞机研制出一维电扫旁侧雷达天线系统,后因各种原因未批量装备。 2013年5月10日10时许,北海舰队一架水上飞机,在青岛胶州湾海域进行飞行训练时失事坠海,没有造成其他附带损害。海军和北海舰队迅速组织力量全力施救。现场照片显示,坠毁的飞机为水轰-5型水上反潜轰炸机[16]  。2015年6月《航空知识》的水轰5图片说明披露:2013年5月10日一架水轰-5失事坠海,造成6名机组成员牺牲[17]  。 2013年5月31日新华社报道:北海舰队航空兵水上飞机部队是 《航空知识》2015.06期照片:最后的水轰5 我军惟一的水上飞机部队。装备的水轰-5具有超低空性能好、续航时间长、运载量大等特点,能够在江河、湖泊、水库和海上起降,具有执行海上巡逻、搜索反潜、海上救护、轰炸突袭、空中运输和岸基灭火等功能,曾在多项重大军事行动及抢险救灾中发挥重要作用[18]  。
总体评价
水轰-5是世界上最大的水上飞机之一,可用于近海海域的海上侦 水轰-5 察、警戒巡逻、海洋监测、森林灭火等。具有大航程、超低空、全天候、大载荷等特点[19]  。 但是,水轰-5由于研制时中国的技术基础和航空工业水平所限,导致机载设备、反潜和反舰装备性能落后使其作战能力不如预期,只能充当目视巡逻机使用。水轰-5需要优化水动力和气动力设计,增加电传飞控系统、增强的动力系统和气密增压机舱等等改进;要大幅提升了离水、着水时的操纵品质和整体飞行性能。
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