软式飞艇 - 发展回顾和展望 - 图文

软式飞艇—发展回顾和展望

一、轻于空气的航空器（LTA）和软式飞艇（BLIMP）

航空器分为重于空气的航空器和轻于空气的航空器。重于空气的航空器包括飞机、滑翔机、直升机、旋翼机和扑翼机。轻于空气的航空器包括自由气球、系留气球和飞艇。按照气囊结构不同飞艇又分为硬式飞艇（RIGID AIRSHIP）、半硬式飞艇和软式飞艇（NON-RIGID AIRSHIP或BLIMP）。软式飞艇在欧洲特别是英国比较习惯使用NON-RIGID AIRSHIP这个词汇来称呼；在美国，则习惯使用BLIMP这个词汇。

轻于空气的飞行器的出现，早于重于空气的飞行器。飞艇的出现早于飞机。十世纪初中国发明的孔明灯，实质上就是早期的热气球。1783年，法国蒙高尔费兄弟才制成热气球，携带几只小动物升空。1783年10月15日罗其埃乘热气球升空26米，飞行了四、五分钟。同年11月21日，罗其埃和达尔朗德乘热气球升空1000米，12分钟飞行了12公里。1852年，法国亨利?吉法尔建成第一个软式飞艇，长44米，最大直径12米，动力装置为蒸汽机驱动一个三叶螺旋桨。1865年，鲍尔?汉林建成第一个使用内燃机驱动螺旋桨的飞艇。

重于空气的航空器的升力来自空气流动产生的空气动力；轻于空气的航空器的升力来自空气对于气囊产生的静浮力。

气囊能够产生浮力的原因是气囊内浮力气体的密度和比重低于空气。有两种方法得到低密度、低比重的气体。第一种方法是物理方法，加热空气。根据国际标准大气，海平面大气状况为：气压101325Pa，气温288°K，大气密度1.225 Kg / m3 ，空气平均克莫尔数为29克。空气被加热，温度升高后密度下降，可以产生浮力。海平面标准大气状态的干燥空气，温度提高到40℃时可以产生0.098 Kg / m3的浮力，温度为100℃的干燥空气可以产生0.279Kg / m3的浮力，温度为150℃的干燥空气可以产生0.391Kg / m3的浮力。第二种方法是化学方法，气囊内充入化学成分不同于空气的单质气体。空气不是单质，而是多种气体的混合，主要成分是接近80%的氮气和接近20%的氧气，其它气体所占比例很小。空气的平均分子量是29。氦气的分子量是4，充氦气时，每立方米氦气产生的浮力应该是： 1.225 X （29 —4）/ 29 = 1.06 Kg / m3 ；氢气分子量是2，充氢气情况下浮力应该是1.225 X （29 —2）/ 29 = 1.14 Kg / m 。氨气也比空气轻，NH3的分子量是17，充氨气情况下的浮力应该是1.225 X （29 —17）/ 29 = 0.506 Kg / m3。但是氨气有腐蚀性，而且对于人有毒害作用。天然气的甲烷也轻于空气，甲烷的分子量是16，充甲烷天然气情况下的浮力应该是1.225 X （29 —16）/ 29 = 0.549 Kg / m3。但是甲烷易燃。最经常使用的浮力气体是氢气和氦气。氢气容易得到而且便宜，但是可燃，有火灾和爆炸的危险，历史上出现过兴登堡飞艇失事等重大灾难。氦气是惰性气体，非常安全，但是稀有，价格高，而且可能受到出产国的封锁。第二次世界大战前夕，希特勒侵略扩张的野心已经曝露，为了本国

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国家安全，美国对封锁了对德国氦气供应。世界领先、兴旺发达的德国飞艇事业的发展受到严重的挫折。

硬式飞艇的气囊为硬壳式（蜂窝或泡沫夹层结构）或半硬壳式（蒙皮、框、梁、桁条结构）。多用于总重100—200吨以上的大型飞艇。例如二十世纪30—40年代德国的齐柏林号和兴登堡号飞艇。兴登堡号飞艇长245米，气囊容积达到20万立方米。这种大型飞艇在早期应用比较多。铝合金型材制成框和桁条组成的骨架外面包复蒙皮构成巨大的气囊，其中布置了许多充满氢气的单元气囊。从我们带来的专题片“飞艇的黄金时代”中可以看到这些细节结构。软式飞艇的气囊用气密的气球布等材料制成。没有充气时是柔性的，软的。充满浮力气体后变成刚硬。一般，软式飞艇气囊内的气体压力要高于外部大气压力，这个压力差使得气囊变成刚硬，在气动载荷下不会发生皱折或变形。由于气囊材料性能的限制，早期软式飞艇多用来制造总重23吨以下的小型飞艇。后来，随着性能更好的新材料的出现，已经可以制作总重数百吨的软式飞艇，而且其生产率指标（有用载荷X航速 / 空重）优于硬式飞艇。软式飞艇得到更广泛的应用。

二、软式飞艇发展的历史回顾

首先，援引1980年中国驻英国大使馆商务处搜集到的一个统计表，表一，世界各国建造生产飞艇数量的统计表。

表一，世界各国建造生产飞艇数量的统计表

国家 奥地利 比利时 荷 兰 法 国 德 国 英 国 意大利 日 本 苏 联 西班牙 美 国 小计 合计 总计 硬式 半硬式 软式 19141914- 192019141914- 192019141914- 1921- 1945年前 1920 年后 年前 1920 年后 年前 1920 1945 年后 9 1 24 1 26 113 11 124 164 5 5 4 14 3 14 12 3 11 13 56 2 16 1 19 100 1104 3 3 1 6 2 9 1 25 1 1 46 28 24 4 5 5 2 25 150 67 3 198 1 1 46 316 7 1 5 50 3 218 284 840 6 11 1 4 65 90 注：引自1980年8月中国驻英国大使馆商务处编辑“英国充氦飞船发展情况的初步调查”。 本文发表在1985年4月在昆明召开的云南民用航空/飞艇应用学术讨论会专辑-2。

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这个数据应该是截止到八十年代之前。可以看出：第一，硬式飞艇仅仅在早期生产比较多；第二，软式飞艇总的数量远远多于硬式飞艇。

软式飞艇的发展，可以划分为几个时期或阶段。

第一个时期是从飞艇诞生到二十世纪三十年代末。这个阶段覆盖了飞艇的诞生和黄金时代。当时飞机尚处于新生阶段，飞机虽然发展很快，但是在航程、载重（客座数）和速度几个主要方面仍然受到局限。大型飞艇虽然速度略低，但是在航程、载重（客座数）和飞行成本方面都优于飞机。飞艇发展到黄金时代。大型硬式飞艇越洋航线开通、频繁的洲际飞行和穿越北极的飞行，是飞艇黄金时代的写照。图1是著名的齐柏林硬式飞艇，图2是著名的兴登堡号硬式飞艇。

图1 著名的齐柏林硬式飞艇 图2 著名的兴登堡号硬式飞艇

第二个时期是二十世纪四十年代到六十年代，即二次世界大战以及其后一段时期。这个阶段，由于战争的需求，飞机得到快速发展。战斗机达到高亚音速甚至超音速的高速度，轰炸机达到了越洋和洲际的远航程以及巨大的载弹重量。战后将这些成果民用，创造了民航运输飞机的喷气时代，实现了快速、远程、舒适的旅行。飞艇失去了运输方面的市场，进入了停滞和萧条，大型硬式飞艇成了历史的过客。但是，在战争中，特别是在美国，软式飞艇在海岸巡逻、警戒、反潜和布雷等军事应用方面找到了自己的位置，得到了一定的发展。美国在六十年代以前制造了大量的软式飞艇，大部分为军用。如固特异（GOODYEAR）公司在1938—1944年期间提供美国海军K型134架、L型18架，1953—1956年期间提供美国海军ZPG-2型12架、ZSG-4型15架。这些软式飞艇发挥了显著的作用。图3展示了一些当时广泛应用的飞艇。在战争时期，系留阻拦气球用于城市防空，也发挥了自己的作用。从历史记录片可以看到，当年，德军兵临莫斯科城下时，苏军在城市上空，布满了系留气球，组成防空网。遗憾的是，在与飞机的竞争中，飞艇的海岸巡逻和反潜等任务，也逐渐失去自己原来占有的市场。

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图3 第二次世界大战及战后时期美国海军广泛应用的一些型号软式飞艇

第三个时期是二十世纪七十年代前后，在欧洲再次激发出开发软式飞艇的浪花，甚至波及到日本。其动力并不是欧洲或日本自己在运输方面的需要，而是为了支持非洲落后国家和地区的经济发展，解决交通闭塞的丛林地带的人员交通和木材、矿产的运输问题。英国、德国、日本都开展了一些工作。德国开发了WDL1、WDL2、WDL3等软式飞

图4 SKYSHIP-600飞艇

艇，氦气容积为6000、13000、20000立方米。1979年以后英国飞艇工业公司开发了天空飞艇（SKYSHIP）系列的软式飞艇，包括AD-100、AD-500、AD-600、AD-5000，氦气容积为1000、5131、6050、50000立方米，副囊比为26%、26%、26%、32%，最大航速为111、115、120、170公里/小时，巡航速度为93、96、93、111公里/小时，升限为914、2438、2438、

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2438米。表二是英国飞船发展公司做出的飞艇市场的预计，在其后十年内需求的软式飞艇可能达到868艘，有关业界相当乐观。

表二 英国飞船发展公司关于软式飞艇市场的预计

用途/ 国家和地区 英国 欧洲 日本 澳大利亚 美国 非洲 东南亚 中东 合计 海上监视 12 20 20 10 48 8 40 40 198 反潜 30 40 45 10 90 10 12 15 252 扫雷 25 70 25 12 100 15 12 10 269 空中警戒 15 20 15 10 60 4 5 5 134 广告 2 2 2 2 3 1 1 2 15

我国对这一浪花也有共鸣，1976年，中国科学院下达文件，同意江苏省开展飞艇研制。1977年，国家计委、中科院和三机部下达文件到江苏省，同意江苏担负氦气飞船试制任务，拟在南京航空学院附设充氦飞船研究机构，具体开展飞船研究设计工作，由江苏省领导，中国科技大学力学系协助。后来的开发工作，进展不顺利，1981年初，第三机械工业部行文请示国家科委和国家计委，建议撤消充氦飞船研制任务。理由有三：无明确用户、国内基础工业技术水平不具备条件、经济效果无把握。当年四月，国家科委和国家计委发文回复第三机械工业部，同意撤消氦气飞艇研制任务。总之，研制开发软式飞艇的浪花没有变成波涛和激浪，不久就平静了。请注意这个现象：在表二英国飞船发展公司市场预测中，没有运输一项。说明他们已经发现，软式飞艇的主要市场在于军用。

第四个时期，二十世纪八十年代至现在。真正的现代软式飞艇或者称为当代软式飞艇在这个时期正在孕育发展。当代软式飞艇的出现是二十世纪高技术成果的继续。现代软式飞艇具备如下特点：第一，以高技术成果为基础，与过去各个时期的飞艇相比较，技术平台已经发生根本变。第二，现代软式飞艇主要不是为了解决交通运输问题，不是民用；而是国家用，开发成为武器装备，为军事和国防服务。当然也用于反恐。第三，现代软式飞艇倾向无人驾驶，高度自动化，实际上是空中机器人。第四，现代软式飞艇重视可靠遥控遥测，实现飞行器程序控制和远程超控。第五，当现代软式飞艇注重任务载荷的发展，重视任务载荷所得到信息的实时、远程、高保真、防侦窃传输。后面将详细介绍几种现代软式飞艇。

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