"飛行屁股"(The Flying Bum)

純水在4℃時密度為1000kg/m3。因此,只要船的(重量與體積之比)密度小於水的密度,船就浮在水面上,其浮力等於船體排開水體積的重量(就是船的排水量),排開1m3的水產生1000kg浮力。同理,密度為1.2kg/m3,氫氣密度為0.09kg/m3,氦氣為0.16kg/m3,所以,1m3氫氣產生1.61kg浮力,1m3氦氣產生1.05kg浮力。製造一個氣密體,充入氫氣或氦氣,當氣密體的密度小於空氣密度時就可漂浮在空中,成為輕於空氣的飛行器——飛艇。早期飛艇使用氫氣,因氫氣容易失火不安全,現已改用氦氣。

2010年6月14日,美國陸軍空間和導彈防禦司令部/陸軍戰略司令部(USASMDC / ARSTRAT)授予諾斯羅普-格魯曼公司一份價值5.17億美元的合同,訂購3艘"長航時多智能飛行器(Long Endurance Multi-intelligence Vehicle,LEMV)",要求攜帶1134kg有效載荷在6096m(20000ft)高度持續飛行3周時間,供電功率16kW,最大速度148km(80節)、維持速度37km(20節),項目在5年完成,在18個月內完成設計、開發和測試,並將其送到阿富汗進行戰場測試和評估。諾斯羅普·格魯曼公司與英國混合飛行器(Hybrid Air Vehicles,HAV)公司合作,使用其HAV平臺,聯合20多個技術團隊開展研製,實現民轉軍。


"空中登陸者"(Airlander)混飛器原型機及其功能示意圖

柔性艇體採用美國軍方可抗輕武器打擊的聚乙烯纖維(Vectran)、凱夫拉(Kevlar)、聚脂薄膜(Mylar)等新材料的混合物製成,其中氣囊內充滿大於大氣壓、空氣和不可燃氦氣;有2個後發動機艙,艇體長度92m,寬度34m,滯空時間21天,載重50t,升限6000m,航程2500km,最大速度150km/h,2名飛行員,負載包括雷達、通信設備等。

2012年8月7日,英國混合飛行器(Hybrid Air Vehicles,HAV)公司為美軍研發的"長航時多智能飛行器"(LEMV)首飛成功。

2015年,英國混合飛行器(HAV)公司以眾籌方式,啟動了"空中登陸者"(Airlander)10混飛器項目,將其用於大眾體驗空中飛行,一次升空可持續飛行2周,讓乘客從空中有趣、愜意的從各個角度看風景,創造一個在空中長時間旅行、旅遊的服務,將軍用技術用於民用。


"空中登陸者"(Airlander)10混飛器在大峽谷上空飛行的場景

2016年8月17日,在貝德福郡"空中登陸者"(Airlander)10混飛器首飛成功,但在後續飛行中受損、修復。2017年,"空中登陸者"(Airlander)10混飛器在試飛中墜毀。

2019年1月,混合飛行器(HAV)公司宣佈已收集到足夠的數據,建造新型"空中登陸者"(Airlander)10混飛器,並進行測試和適航認證。

2020年,混合飛行器(HAV)公司正加速"天空登陸者"(Airlander)10混飛器商業化進程,已簽署10艘以上訂購意向書,擬定2024年完成生產。

"空中登陸者"(Airlander)10混合飛行器(以下簡稱"混飛器")——坊間暱稱"飛行屁股"(The Flying Bum)是目前全球最大的飛行器,集飛艇、直升機和飛機科技為一體,其巨大的柔性艇體由多層抗紫外線、防洩漏、高強度的碳纖維等夾層織物結構組成,其中的氣囊充氦氣後使艇體總體密度小於空氣密度,併產生佔總升力約60%的靜浮力;艇體氣動形狀由一個2個圓形橫截面並列、縱向為機翼剖面融合而成,4臺發動機驅動風扇向前飛行時即可產生佔總升力約40%的氣動升力;2臺發動機/風扇可以轉動90º,提供垂直起飛和著陸的推力。

由於需要大量使用氦氣,因此,發展低成本的混飛器需要有低成本的氦氣資源。未來,掌握氦氣資源的一方,將在大型、超級混飛器的發展和競爭中掌握主動權。


空中登陸者"(Airlander)10號混飛器改進型及其功能示意圖

柔性艇體採用超強碳纖維等新材料的混合物製成,其中氣囊內充滿壓力大於大氣壓且不可燃氦氣;有4臺350馬力柴油發動機和風扇,艇體長度93m,寬度43.5m,高度26m,滯空時間21天,載人50名,載重10t,最大速度92mile/h。


"空中登陸者"(Airlander)10號混飛器

"空中登陸者"(Airlander)10號混飛器的升力集飛機的動升力、直升機垂直向上下的推力、飛艇靜升力為一體,40%的氣動升力來自機翼剖面的縱向形狀(左)和翼片,2臺發動機驅動螺旋槳提供上、下的推力(中),艇體巨大的柔性體積充氦氣後提供60%的靜浮力,"空中登陸者"(Airlander)10號集成了3類飛行器的原理和技術,這是稱其為混合飛行器(Hybrid Air Vehicles)的緣故。


"空中登陸者"(Airlander)10號混飛器的右側面

"空中登陸者"(Airlander)10號混飛器

圖5"空中登陸者"(Airlander)10號混飛器艇體光滑流暢呈機翼剖面的低阻流線形,著陸裝置為艇體下方兩側的2個縱向柔性結構,尾部側面的加強筋穿過水平尾翼、一直延伸至左前發動機安裝處,尾部上面的加強筋延伸至垂直尾翼處,垂直和水平尾翼翼尖有懸索加強。


"空中登陸者"(Airlander)10號混飛器下視圖

駕駛艙和客艙為一體,燃料/電力艙位於其後,艇體中部兩側有2個縱向柔性結構用於著陸,艇體尾部中間有一個嵌入氣囊結構用於降低尾部飛行阻力。


"空中登陸者"(Airlander)10號混飛器艇體巨大的體積全部由幾乎由柔性結構和氣囊中的氦氣形成

"空中登陸者"(Airlander)10號混飛器的正面造型呈完美"飛行屁股"

艇艏左、右兩側的發動機/風扇產生的氣流正好吹過水平尾翼,提高其舵效

"空中登陸者"(Airlander)10號混飛器後視圖

艇體柔性結構充滿氦氣後變得對稱、巨大和豐滿,2個圓截面並列的艇體中間嵌入1個過渡結構,將2個圓柱體從中間分開,同時也將2片垂直尾翼、2片水平尾翼向外張開,儘量避免艇體遮擋,提高舵面控制效率,艇尾5條加強筋在尾部匯聚成1個加強結構,並安裝2臺350馬力的柴油發動機/風扇,提供向前飛行的推力;垂直尾翼、水平尾翼與艇體結構間有加強繫纜。


艇體左、右側面的2臺V8柴油發動機/涵道和風扇

尾部的2臺V8柴油發動機/涵道風扇

"空中登陸者"(Airlander)10混飛器採用了先進航電設備和飛控系統,但積累的經驗和飛行數據還不夠,在試飛中難免出現事故。

1"空中登陸者"(Airlander)10號混飛器採用了新的航電設備和飛控系統

駕駛艙相當先進,飛行員手不離杆即可進行操作

"空中登陸者"(Airlander)10號混飛器的一次事故現場

"空中登陸者"(Airlander)10號混飛器的有效載重量10t,客艙長46m,寬6m,扣除駕駛艙仍有195m2面積可供乘客使用,乘客艙設計豪華溫馨,有10個臥室、1個起居室、1個酒吧和1個透明休息區。

"空中登陸者"(Airlander)10號混飛器客艙設有10個臥室、1個起居室和1個酒吧

"空中登陸者"(Airlander)10號混飛器客艙設有10個臥室、1個起居室和1個酒吧

"空中登陸者"(Airlander)10號混飛器客艙的臥室

"空中登陸者"(Airlander)10號混飛器客艙設1個透明休息區,專供乘客觀光

"空中登陸者"(Airlander)10號混飛器設1個酒吧

混合飛行器(HAV)公司推出"空中登陸者"(Airlander)10號混飛器的服務廣告

"空中登陸者"(Airlander)10號混飛器的優點:

A 滯空時間長,可負載10t重量滯空21天。

B 對起飛、著陸場地適應性好,不需要滑行跑道,能在任何平坦的地方起飛和著陸,例如平地、草原、沙漠、山地、海島、水面、冰面等,便於直接到達用戶的目的地。

C 低空低速飛行性能好,噪音小,飛行平穩,能作為各種空基光學電子設備的運載平臺,也能作為人員運輸、觀光旅遊的交通工具。

D 經濟性好,採購成本約5000萬美元,飛行大部分升力由空氣浮力提供,省油省錢,因此汙染小。

E 安全性高,出事故只會緩緩落到地面,不會立刻墜落到地面,乘客生存概率大。


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