水上飞机水动特性

水上飞机水动特性（ hydrodynamic characteristics of seaplane ），水上飞机在水面运动时所承受的水动力的规律和性能。水上飞机不仅应具备普通飞机的空气动力特性，还要保证在水面起飞、降落和水面航行的水动特性。20世纪30年代为水上飞机的全盛时期，水动力学已发展到比较完善的程度。50年代以来，随着飞机增升技术的发展，边界层控制技术被应用于水上飞机，从而减轻了水动载荷，改善了水动力性能。同时通过水动力的研究，在增大水上飞机船身（浮筒）的长宽比和断阶整流以及抑波技术等方面作的努力，也已经取得了显著的成效。水上飞机的水动特性包括水静力特性和水动力特性。

水静力特性

水上飞机在水面停泊、拖曳、漂浮和航行等静止和低速运动状态时的特性，主要包括浮性、静稳定性、抗沉性和回转性。

浮性

在水面上维持浮态的能力。水上飞机在水面停泊和航行时，表面所承受的水静压力的合力（铅垂向上）又称浮力。按照阿基米得原理，浮力大小等于水上飞机船身(浮筒)所排开的水的重量，浮力的作用点（浮心）为排开水的体积重心。

静稳定性

水上飞机因受外力作用而失去平衡产生倾斜，外力消除后水上飞机恢复初始状态的能力。静稳定性包括纵向和横向两种。船身式水上飞机翼下的支撑浮筒就是为了增加横向稳定性而设置的。

抗沉性

水上飞机的船身（浮筒）内有若干个水密隔舱，其数量多少和空间大小依使用要求而定，水上飞机在几个水密舱破损之后仍具有足够的浮力而不沉没，这种防沉的能力称为抗沉性。

回转性

水上飞机在水面作回转运动的能力。水上飞机一般靠水舵在水面上回转，但多发动机的水上飞机也可以利用两侧发动机的拉力差来实现水上回转。

水动力特性

水上飞机起飞和降落过程中的水动阻力、纵倾角、升程等运动参数随速度变化的规律。这些运动参数与水上飞机的空气动力特性共同决定水上飞机起飞降落过程中的飞机水动力特性。水上飞机的水动力特性包括水动阻力、滑行稳定性、喷溅、撞击过载和波浪的影响等，它们随水上起飞和降落的不同阶段（包括水上起飞的航行、过渡、滑行和离水）而变化，并且取决于水上飞机船身（浮筒）的外形（图1）。

水动阻力

水动阻力由滑行阻力、摩擦阻力和兴波阻力组成，它们与水上飞机空气动力阻力之和构成水上飞机起飞过程的总阻力。在起飞过程的开始阶段总阻力很快增大，形成第一个阻力峰。这时阻力的主要成分是水动的滑行阻力和兴波阻力，空气阻力较小。随着速度的增大，总阻力再由大转小，这是由于纵倾角和升程的变化使水动阻力减小的缘故。尔后，由于空气阻力的增大使总阻力再由小增大，形成第二个阻力峰，主要来自水动滑行阻力和空气动力阻力。第二个阻力峰一般小于第一个阻力峰。船身主尺度，特别是第一断阶处船身最大宽度和断阶的形状以及断阶相对飞机重心位置等，对水动阻力影响很大。

滑行稳定性

水上飞机在起飞过程中，由于水动力力矩和空气动力力矩的变化，使纵倾角也在随速度变化（图2）。水上飞机在外力作用消失之后恢复原来状态的能力称滑行稳定性。在这个恢复的运动过程中，若其纵摇是收敛的，则滑行是稳定的；若其纵摇是等幅或发散的，而且纵摇角度大于2°，则认为滑行是不稳定的。不稳定区域又可以分为上和下两个范围，飞机纵倾角随速度的变化应通过这两个区域之间。如果飞机的纵倾角进入下不稳定区，可能产生海豚运动，这种情况大多发生在第一个阻力峰的前后；如果飞机的纵倾角进入上不稳定区域，可能产生跳跃运动，就是过早离水，这种情况大多发生在两个阻力峰之间的滑行过程。不稳定运动的原因除船身外形设计质量外，还与飞机重心相对断阶的位置有关。

喷溅

水上飞机在水面滑行时，船身底部向四周喷射出强弱不等的水束。喷溅除冲刷船底增大滑行阻力之外，还可能影响发动机的正常工作。同时对螺旋桨、襟翼、尾翼以及外挂武器也有不良影响。在飞机设计中，一方面设法使上述部件和武器避开喷溅，另一方面还要积极抑制喷溅。例如将船身舭部设计成带有舭弯和抑波槽的形状，甚至利用边界层控制技术降低水动载荷。

撞击过载

水上飞机在降落着水时或在高速滑行遇到大涌浪时都会产生撞击过载。用飞机作用于水的总撞击力与飞机重力之比值衡量撞击过载的大小。平船底在滑行中水动性能最好，但是撞击过载性能最差。一般将船身断面设计成带有斜升角的底部。

波浪的影响

海洋上的涌和浪是海水受自然界各种因素影响造成的能量运动。这种水的能量运动作用到高速滑行的水上飞机船身上，会造成瞬时的吃水增加，滑行阻力增大，撞击过载升高，喷溅性能变差，同时还会使水上飞机稳定性变坏。在正常起飞重量下，海面航行、起飞和降落过程中所能承受最大风浪的能力，称之为水上飞机的耐波性。同一架飞机，随着起飞重量的增加，抗风浪能力必将降低。