航空飛艇

航空飛艇

航空飛艇(英文:Aeroscraft),是一種重於空氣的飛行器,目前正在研製中。該飛行器被形容為"浮力輔助飛行器" ,一方面,它內部充有氦氣,類似於軟式飛艇;另一方面,它可以憑藉外形產生升力,這一點又與飛機相似。目前(2012年)由美國Aeros航空公司研製的航空飛艇,有效載荷高達66噸,是目前最大運輸機的3倍,但其耗費的燃料卻只有後者的1/3。

簡介

航空飛艇(英文:Aeroscraft),是一種重於空氣的飛行器,目前正在研製中 。它將採用靜音電動引擎,起飛和降落都不需要跑道。一方面,它內部充有氦氣,類似於軟式飛艇;另一方面,它可以憑藉外形產生升力,這一點又與飛機相似 。

目前(2012年)由美國Aeros航空公司研製的航空飛艇,有效載荷高達66噸,是目前最大運輸機的3倍,但其耗費的燃料卻只有後者的1/3。該飛艇的飛行高度為1.8萬英尺(約5500米),航速120節,有效航程近6000公里。最為重要的一點是,Aeroscraft能夠實現垂直起降,它不需要專屬的跑道和地勤人員,所以它有可能會在未來對整個航空運輸業形成重大影響,把大量的救災物資直接運抵到比較偏遠的地區。當然,它也有可能被用來運輸坦克等重型軍事設備 。

研發背景

自二十世紀三十年代駭人聽聞的興登堡飛艇失事慘劇以後,使用飛艇旅行和運送貨物便成為歷史。從此以後,比空氣輕的飛行器主要用來做空中廣告或者電視航拍。

擁有銀色外殼的Aeroscraft原型機擁有銀色外殼的Aeroscraft原型機

最近幾年,有幾家公司陸續推出了一批更加安全、高效的飛艇。其中包括當年製造興登堡飛艇的齊柏林公司和Aeroscraft的設計者WorldwideAerosCorp.。

2010年10月,飛艇製造商aeros發布了他們的概念飛行器AeroscraftML866。

2012年11月,英國《每日郵報》網站報導了由美國軍方提供資助的新型超級飛艇Aeroscraft再次進行飛行測試 。Aeros用來測試用的Aeroscraft飛艇只是一個原型,大小只有最終版的一半。儘管如此,這個原型的長度也達到了77米,而且採用了與最終版相同的鋼架結構、飛行控制系統和起落架。

據悉,美國軍方一直以來都非常支持Aeroscraft的研製工作,五角大樓和美國國家航空航天局已經累計為AEROS公司投入了3600萬美元(約合人民幣2.24億元)的研發基金,而首架Aeroscraft預計將會在2015年前後交付給美軍 。

飛行原理

飛艇(或軟式飛艇)等輕於空氣的飛行器內部充滿某種氣體,例如氦氣氫氣。這些氣體為飛艇提供了浮力。浮力是當物體浸入比其密度小的物質時具有的上浮效果。例如,空氣的密度小於水的密度,所以如果把充足氣的球放到游泳池裡,球便會浮在水面上。同樣的道理,氦氣和氫氣的密度都比空氣的小,所以兩者在空氣中會上浮。

普通飛機的密度比空氣大得多,所以必須依靠其他方式提供升力。升力是機翼在運動流體(這裡是空氣)中受到的、垂直於流體流動方向且向上的力。飛機在空氣中的飛行速度足夠大時,空氣的擾動會產生升力。

Aeroscraft與普通客機對比圖Aeroscraft與普通客機對比圖

Aeroscraft將輕於空氣的飛行器的原理與飛機的原理結合起來。它的內部充有近40萬立方米的氦氣,可以產生相當于飛行器重量60%的浮力(參考)。當Aeroscraft以巡航速度飛行時,其空氣動力學外形以及鴨翼前安定翼)和尾翼(後安定翼)產生的升力可以彌補浮力的不足。

已有的飛艇在卸貨時都需要先將其綁在某個地方固定住,防止被風吹走。而Aeroscraft內部擁有先進的鎮流器管理系統,能夠讓駕駛員通過將氦氣壓縮到內部氣艙中來增大飛艇的自重,讓其順利降落在地面上。而當貨物裝好之後,駕駛員可以將氣艙中氦氣釋放出來以降低汽艇自重,並在渦輪螺鏇槳發動機的幫助下讓汽艇沿垂直方向爬升起來,所以Aeroscraft在垂直起降時不需要任何跑道和地勤人員的輔助,只要有足夠大的起降場地即可。

操縱系統

Aeroscraft的主要組成部分Aeroscraft的主要組成部分

憑藉一項名為“DynamicBuoyancyManagement”(動態浮力控制)的新興技術,Aeroscraft可以使用6台渦輪風扇噴氣發動機實現垂直起降。這使得Aeroscraft能夠在運輸基礎設施不完善的地區實現起降。一旦飛行器達到巡航高度(海拔2,400米左右),它將在尾部巨大的螺鏇推進器的作用下飛行,而Aeroscraft的空氣動力學外形能產生足夠的升力維持飛行高度。電力推進器採用氫燃料電池或其它環保燃料作為動力,這意味著Aeroscraft不僅能效高,而且噪音低。

Aeroscraft上的四個鴨翼和兩個尾翼可以保證飛行平穩,並允許飛行員進行小幅調整以使其保持平飛狀態。飛行器外的飛行條件(例如風和氣壓)將與飛行器內的重量分布情況同步測量。如果所有乘客都突然聚集到飛行器的左舷觀看景物,那么控制系統會做出相應補償:將外界空氣吸到收集器中並加以壓縮,用作壓艙物。

Aeroscraft中的所有導航控制和航空電子系統都採用光傳操縱(FBL)技術。駕駛員的指令傳給飛行控制處理器,再以電信號的形式通過光纖電纜傳送到舵面作動器。在電傳操縱(FBW)系統中,需要禁止導線以防止受到電磁輻射(EMF)的干擾,這會帶來額外的重量、成本和維護工作量。光傳操縱系統具有抗電磁輻射干擾能力,例如可以抵抗雷擊的電磁干擾。光傳操縱系統、飛行控制處理器和飛行控制裝置共同構成了機載數據交換管理系統(ODEMS)。使用該系統可實現飛行中大多數操作的自動化,只需要兩名機組人員監控飛行狀態就能保證安全。

無論是起飛還是降落,Aeroscraft都不需要大量地勤人員。飛行器腹部安裝了氣墊起飛著陸系統(AirCushionTake-off/LandingSystem,ACTLS),該系統能在飛行器著陸後產生一個真空區域,使其停泊牢固。而當飛行器起飛時,該系統則會發揮相反的作用。

推薦用途

航空飛艇運載能力超強且耗油量低,有可能會改變未來的航空運輸業格局 。

觀光載客

載客型Aeroscraft的型號為Aeros-ML,其外形相對較小,可以搭載120名旅客或近20噸的貨物。

Aeroscraft的設計者們預想它將如同豪華遊輪一樣運營,不同的是它在空中而不是在海洋中航行。多達250名乘客將享受到舒適豪華的旅程。飛行器上備有住宿、餐飲服務,還有一個賭場和其他娛樂設施。為使旅客一飽眼福,Aeroscraft還可以從風景名勝上空掠過,即使其位於叢林之中,也不會阻礙旅客觀賞。

貨運

Aeroscraft Aeroscraft

Aeroscraft還可以充當貨運飛船。其貨運型號有兩個:Aeros-D4和Aeros-D8。目前,時效貨物主要依賴陸路運輸,因為空中運輸不僅成本高,還要受到載重的限制。但是,Aeroscraft有8000多平方米的載貨空間,能裝載360到450多噸的貨物,還可以運送體積巨大、無法拆卸的貨物,如石油鑽探平台和大型生產機械。使用Aeroscraft運貨能夠避免對地面交通的影響,並且比卡車更加快捷。設計者們認為,使用Aeroscraft運送貨物在成本上有很強的競爭力。Aeroscraft甚至能夠“將一家沃爾瑪超市的所有貨物一次性運輸到位”(參考)。

軍用

這種貨運能力也引起了軍方的興趣 。因為只需一艘Aeroscraft,就可以運送整連(100-200人)的軍隊,外加能夠滿足他們駐紮和執行戰鬥任務所需的全部裝備、全部支援部隊以及燃料、給養、水等物資,並且可以將其投放到任何地點。這種飛行器可能給軍事後勤帶來變革。
WorldswideAeros公司是為DARPA(DefenseAdvancedResearchProjectsAgency,國防高級研究計畫署)的“海象”(Walrus)計畫設計運輸工具的兩家公司之一,並且已經得到價值300萬美元的初步設計契約。DARPA是美國國防部負責研發工作的分支機構。“海象”計畫的目標是研製一種能夠同時部署軍隊和裝備的、重於空氣的大型飛行器。然而,該項目目前沒有獲得政府資金支持,根據DARPA的2007財政年度預算要求,“海象”計畫將在本研製階段結束後終止,“以遵守國會的意願”。

通勤運輸

Aeroscraft公司還認為他們的飛艇能夠完美勝任通勤運輸的任務。其網站上寫道:

在短途運輸市場中,Aeroscraft的“短距起降”(STOL)能力、低噪音、高能效(源於低能耗)將使其具有巨大優勢。而到目前為止,短途運輸市場對於傳統客機而言仍然很不經濟,所以Aeroscraft將在這個市場內具有較大的競爭優勢。航空公司已經基本放棄了航程在30到近500公里之間的服務線路,而Aeroscraft正好可以從這些市場中獲利,恢復城市中心甚至小型機場間的運輸服務,並為國際航空港和交通樞紐承擔支線運輸的任務。

其他用途

農業和環境——Aeroscraft可以運載大量的水以撲滅偏遠地區的火災。另外,Aeroscraft還可以運送肥料以及協助確定污染源。

災後救援——自然災害過後,災區的基礎設施往往很薄弱,這給第一時間內運送大量救援物資帶來很大難度。此時,可以使用Aeroscraft將大量醫療物資、飲用水和食品直接運送到災區。

設計公司

WorldwideAerosCorporation的前身是一家名叫Aeros,Ltd.的小公司,它是由伊戈爾·帕斯捷爾納克(IgorPasternak)在烏克蘭創建的。

帕斯捷爾納克在烏克蘭的利沃夫市長大,後在利沃夫理工大學(LvivPolitechnike)獲得工程學碩士學位。在他研製的輕於空氣的飛行器於歐洲和亞洲市場取得成功之後,伊戈爾於1992年將Aeros,Ltd.遷到了紐約。1994年,該公司再次搬遷到加利福尼亞並經營至今。

WorldwideAerosCorp.設計並製造了軟式飛艇和其他適合多種用途的、輕於空氣的飛行器。

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