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下一代货运利器——重载飞艇发展现状与趋势.pdf
下一代货运利器——重载飞艇发展现状及趋势
2016-08-26 《科技导报》战略前沿技术
现代重载飞艇结合了传统飞艇技术和固定翼、旋翼飞机技术以及气垫船技
术,具有载荷能力强、续航时间长、操控简单可靠、对地面基础设施依赖小等
突出优点,目前已有多个国家开展了重载飞艇的研究与技术验证。本文综述了
国内外现代重载飞艇研制的进展和现状,重点描述了国外已经开展技术验证型
号飞艇的相关研制项目,针对重载飞艇艇囊气动外形设计、保形结构设计与分
析、升力控制以及气垫着陆器设计等方面进行了梳理,探讨了技术可行性,展
望了重载飞艇的发展前景。
从古至今,人们一直对天空有着不凡的憧憬和梦想,渴望能像鸟儿一样在
天空自由翱翔,嫦娥奔月、万户飞天等等神话故事以及敦煌壁画中高飞入云的
神女,无数星相学家凝望星辰的感概笔录,都是古人飞天梦想的记录,无不形
象地描绘了人们梦想飞行的美好愿景。为了实现这一梦想,人类的祖先进行了
无数次艰辛的尝试,许多大胆的猜想被付诸实践,这其中最早出现的孔明灯就
是热气球的原型。
古希腊科学家阿基米德(Archimedes)于公元前245 年发现了浮力定律,
这一定律是所有飞艇和气球设计最基本的理论依据。虽然浮力定律早在公元前
就已被发现,而且气体受热上升的现象自人类首次使用火以后就每天都可以观
察到,但直到 18 世纪欧洲工业革命的到来,才为人类探索自然提供了良好的
条件,加快了人类飞行探索的步伐,人们开始认真构思并制作飞行器。18 世
纪后期,法国人发明了热气球,这是人类历史上首次乘坐自制航空器飞离地面,
在当时创造了巨大的轰动(图1)。
图1 Montgolfier 兄弟制作的热气球
1
气球的诞生使飞行成为可能,然而由于气球和空气是相对静止的,只能靠
拉动绳索做有限的控制,很难让人产生自由飞翔的感觉,人们就开始考虑将正
圆的气球变为流线型并加上动力装置和操纵系统,以实现飞行控制进而能够自
主驾驶。1852 年 9 月 24 日,法国人吉尔法(Giffard)驾驶使用 3 马力蒸汽
机制造的 44 m 飞艇,在巴黎上空飞行了27 km,正式宣告了飞艇的诞生(图2)。
这次飞行开创了人类可控动力飞行的新纪元,这比莱特兄弟第一架有动力可操
控载人飞机试飞成功早了近半个世纪。
图2 吉尔法研制的飞艇
后来,德国齐柏林飞艇的诞生正式宣告飞艇的发展进入黄金时代。齐柏林
飞艇(Zeppelin airship)是德国著名飞艇设计师斐迪南·冯·齐柏林伯爵在
20 世纪初期设计的一系列硬式飞艇的总称,20 世纪30 年代起,以齐柏林飞艇
为首的大型飞艇称霸大西洋客运市场。
兴登堡号飞艇(LZ 129 Hindenburg),航空器注册编号为D-LZ 129,是
由齐柏林公司在腓特烈港的博登湖设计并建造的一艘大型硬式载客飞艇。兴登
堡号于1931 年秋季开始建造,并于1936 年3 月4 日完成首飞,全长245 m,
最大直径 41m,重220 t,其长度是波音747 的 3.5 倍,仅比泰坦尼克号短 24
m(图3)。
图3 兴登堡号飞艇环球飞行
2
1937 年 5 月 6 日,大约下午 7:30,兴登堡号飞艇正在新泽西州莱克赫斯
特海军航空总站上空准备着陆时,仅 34 s 就被烧毁。灾难在 803 英尺的高空
中发生,1000 多名观众目击兴登堡号瞬间烧成了一个空架子。直到事故发生
为止,兴登堡号飞艇已10 次安全地往返大西洋两岸之间,共载客1002 人次。
随着兴登堡号飞艇的失事,以及飞机技术的快速发展和成熟,飞艇在这场竞争
中完全处于下风,几乎销声匿迹。
进入新世纪后,尽管喷气式运输机市场有所增长,但燃料成本的上涨和环
境问题再一次改变了飞艇和飞机的经济性,对大型重载货运飞艇的投资再次浮
出水面。英、美等飞艇技术强国均已将重载货运飞艇列入长期发展规划,在货
运市场强烈需求的刺激下,世界范围内许多研究机构、科研院所甚至高校均已
卷入现代重载飞艇研发的竞争潮流之中。
过去 20 年来,众多优秀的重载
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