"飞行屁股"(The Flying Bum)

纯水在4℃时密度为1000kg/m3。因此,只要船的(重量与体积之比)密度小于水的密度,船就浮在水面上,其浮力等于船体排开水体积的重量(就是船的排水量),排开1m3的水产生1000kg浮力。同理,密度为1.2kg/m3,氢气密度为0.09kg/m3,氦气为0.16kg/m3,所以,1m3氢气产生1.61kg浮力,1m3氦气产生1.05kg浮力。制造一个气密体,充入氢气或氦气,当气密体的密度小于空气密度时就可漂浮在空中,成为轻于空气的飞行器——飞艇。早期飞艇使用氢气,因氢气容易失火不安全,现已改用氦气。

2010年6月14日,美国陆军空间和导弹防御司令部/陆军战略司令部(USASMDC / ARSTRAT)授予诺斯罗普-格鲁曼公司一份价值5.17亿美元的合同,订购3艘"长航时多智能飞行器(Long Endurance Multi-intelligence Vehicle,LEMV)",要求携带1134kg有效载荷在6096m(20000ft)高度持续飞行3周时间,供电功率16kW,最大速度148km(80节)、维持速度37km(20节),项目在5年完成,在18个月内完成设计、开发和测试,并将其送到阿富汗进行战场测试和评估。诺斯罗普·格鲁曼公司与英国混合飞行器(Hybrid Air Vehicles,HAV)公司合作,使用其HAV平台,联合20多个技术团队开展研制,实现民转军。


"空中登陆者"(Airlander)混飞器原型机及其功能示意图

柔性艇体采用美国军方可抗轻武器打击的聚乙烯纤维(Vectran)、凯夫拉(Kevlar)、聚脂薄膜(Mylar)等新材料的混合物制成,其中气囊内充满大于大气压、空气和不可燃氦气;有2个后发动机舱,艇体长度92m,宽度34m,滞空时间21天,载重50t,升限6000m,航程2500km,最大速度150km/h,2名飞行员,负载包括雷达、通信设备等。

2012年8月7日,英国混合飞行器(Hybrid Air Vehicles,HAV)公司为美军研发的"长航时多智能飞行器"(LEMV)首飞成功。

2015年,英国混合飞行器(HAV)公司以众筹方式,启动了"空中登陆者"(Airlander)10混飞器项目,将其用于大众体验空中飞行,一次升空可持续飞行2周,让乘客从空中有趣、惬意的从各个角度看风景,创造一个在空中长时间旅行、旅游的服务,将军用技术用于民用。


"空中登陆者"(Airlander)10混飞器在大峡谷上空飞行的场景

2016年8月17日,在贝德福郡"空中登陆者"(Airlander)10混飞器首飞成功,但在后续飞行中受损、修复。2017年,"空中登陆者"(Airlander)10混飞器在试飞中坠毁。

2019年1月,混合飞行器(HAV)公司宣布已收集到足够的数据,建造新型"空中登陆者"(Airlander)10混飞器,并进行测试和适航认证。

2020年,混合飞行器(HAV)公司正加速"天空登陆者"(Airlander)10混飞器商业化进程,已签署10艘以上订购意向书,拟定2024年完成生产。

"空中登陆者"(Airlander)10混合飞行器(以下简称"混飞器")——坊间昵称"飞行屁股"(The Flying Bum)是目前全球最大的飞行器,集飞艇、直升机和飞机科技为一体,其巨大的柔性艇体由多层抗紫外线、防泄漏、高强度的碳纤维等夹层织物结构组成,其中的气囊充氦气后使艇体总体密度小于空气密度,并产生占总升力约60%的静浮力;艇体气动形状由一个2个圆形横截面并列、纵向为机翼剖面融合而成,4台发动机驱动风扇向前飞行时即可产生占总升力约40%的气动升力;2台发动机/风扇可以转动90º,提供垂直起飞和着陆的推力。

由于需要大量使用氦气,因此,发展低成本的混飞器需要有低成本的氦气资源。未来,掌握氦气资源的一方,将在大型、超级混飞器的发展和竞争中掌握主动权。


空中登陆者"(Airlander)10号混飞器改进型及其功能示意图

柔性艇体采用超强碳纤维等新材料的混合物制成,其中气囊内充满压力大于大气压且不可燃氦气;有4台350马力柴油发动机和风扇,艇体长度93m,宽度43.5m,高度26m,滞空时间21天,载人50名,载重10t,最大速度92mile/h。


"空中登陆者"(Airlander)10号混飞器

"空中登陆者"(Airlander)10号混飞器的升力集飞机的动升力、直升机垂直向上下的推力、飞艇静升力为一体,40%的气动升力来自机翼剖面的纵向形状(左)和翼片,2台发动机驱动螺旋桨提供上、下的推力(中),艇体巨大的柔性体积充氦气后提供60%的静浮力,"空中登陆者"(Airlander)10号集成了3类飞行器的原理和技术,这是称其为混合飞行器(Hybrid Air Vehicles)的缘故。


"空中登陆者"(Airlander)10号混飞器的右侧面

"空中登陆者"(Airlander)10号混飞器

图5"空中登陆者"(Airlander)10号混飞器艇体光滑流畅呈机翼剖面的低阻流线形,着陆装置为艇体下方两侧的2个纵向柔性结构,尾部侧面的加强筋穿过水平尾翼、一直延伸至左前发动机安装处,尾部上面的加强筋延伸至垂直尾翼处,垂直和水平尾翼翼尖有悬索加强。


"空中登陆者"(Airlander)10号混飞器下视图

驾驶舱和客舱为一体,燃料/电力舱位于其后,艇体中部两侧有2个纵向柔性结构用于着陆,艇体尾部中间有一个嵌入气囊结构用于降低尾部飞行阻力。


"空中登陆者"(Airlander)10号混飞器艇体巨大的体积全部由几乎由柔性结构和气囊中的氦气形成

"空中登陆者"(Airlander)10号混飞器的正面造型呈完美"飞行屁股"

艇艏左、右两侧的发动机/风扇产生的气流正好吹过水平尾翼,提高其舵效

"空中登陆者"(Airlander)10号混飞器后视图

艇体柔性结构充满氦气后变得对称、巨大和丰满,2个圆截面并列的艇体中间嵌入1个过渡结构,将2个圆柱体从中间分开,同时也将2片垂直尾翼、2片水平尾翼向外张开,尽量避免艇体遮挡,提高舵面控制效率,艇尾5条加强筋在尾部汇聚成1个加强结构,并安装2台350马力的柴油发动机/风扇,提供向前飞行的推力;垂直尾翼、水平尾翼与艇体结构间有加强系缆。


艇体左、右侧面的2台V8柴油发动机/涵道和风扇

尾部的2台V8柴油发动机/涵道风扇

"空中登陆者"(Airlander)10混飞器采用了先进航电设备和飞控系统,但积累的经验和飞行数据还不够,在试飞中难免出现事故。

1"空中登陆者"(Airlander)10号混飞器采用了新的航电设备和飞控系统

驾驶舱相当先进,飞行员手不离杆即可进行操作

"空中登陆者"(Airlander)10号混飞器的一次事故现场

"空中登陆者"(Airlander)10号混飞器的有效载重量10t,客舱长46m,宽6m,扣除驾驶舱仍有195m2面积可供乘客使用,乘客舱设计豪华温馨,有10个卧室、1个起居室、1个酒吧和1个透明休息区。

"空中登陆者"(Airlander)10号混飞器客舱设有10个卧室、1个起居室和1个酒吧

"空中登陆者"(Airlander)10号混飞器客舱设有10个卧室、1个起居室和1个酒吧

"空中登陆者"(Airlander)10号混飞器客舱的卧室

"空中登陆者"(Airlander)10号混飞器客舱设1个透明休息区,专供乘客观光

"空中登陆者"(Airlander)10号混飞器设1个酒吧

混合飞行器(HAV)公司推出"空中登陆者"(Airlander)10号混飞器的服务广告

"空中登陆者"(Airlander)10号混飞器的优点:

A 滞空时间长,可负载10t重量滞空21天。

B 对起飞、着陆场地适应性好,不需要滑行跑道,能在任何平坦的地方起飞和着陆,例如平地、草原、沙漠、山地、海岛、水面、冰面等,便于直接到达用户的目的地。

C 低空低速飞行性能好,噪音小,飞行平稳,能作为各种空基光学电子设备的运载平台,也能作为人员运输、观光旅游的交通工具。

D 经济性好,采购成本约5000万美元,飞行大部分升力由空气浮力提供,省油省钱,因此污染小。

E 安全性高,出事故只会缓缓落到地面,不会立刻坠落到地面,乘客生存概率大。


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