中国已在论证大型飞艇 用于南海长时间巡查

由于使用成本低廉,续航力强,美国近年已开始重启多项大型飞艇研究项目

大型运输飞艇是指载重量在数吨,甚至百吨以上的飞艇。飞艇飞行速度比飞机低,但远高于一般车辆和船舶,而且可随处起降和空中悬停,具有其他运载工具无法比拟的独特优点。因其载重量大、续航时间长、飞行平稳、研制成本低、部署灵活、无需专用机场等独特优势,能在执行海洋(特别是南海)维权巡查、环境保护监察、人员与货物运输、特种货物转运等方面发挥较大的作用。在国防建设和经济发展的同时具备持续有力的支援保障能力和复杂多样的非战争任务能力,是我国未来重点发展的战略产品。

世界各国目前在研的大型运输飞艇以混合式飞艇为主,新概念飞艇为辅。混合式飞艇结合了传统飞艇和飞机的特点,将传统飞艇的静升力与飞机的动升力两类优点结合起来,既依靠艇囊气体产生静升力,又通过囊体和翼面等产生动升力,具有飞行速度快、运载能力强等性能优势,主要包括流线型艇体、推进系统、操纵系统、控制系统和吊舱等,吊舱通常安装在艇体下方,用于搭载人员和装载货物进行运输。新概念飞艇则以其独特的使用模式或设计理论,满足一些特定的功能,从另外角度解决大型运输飞艇设计使用关键技术。

在目前研制的大型运输飞艇中,Pelican和LEMV是混合式的典型代表,SkyLifter是新概念的典型代表,都正处于蓬勃发展阶段。鉴于大型运输飞艇良好的发展势头,本文对大型运输飞艇发展现状进行了介绍,对其进行了详细的市场分析,并分析评估了可能出现的各类风险事项。

大型运输飞艇发展现状

目前美国在国防部的资助下正开展Pelican和LEMV等项目。澳大利亚SkyLifter公司的大型运输飞艇处于演示验证阶段。英国HAV公司回购了LEMV验证艇,正在进行改型和飞行试验。

Pelican飞艇

Pelican混合飞艇被认为是美国国防部预研局(DARPA)三项早期项目的延续:海象飞艇项目、静态重量控制(COSH)项目以及浮力辅助升力飞行器项目(BAAV)。Pelican混合飞艇项目于2008年启动,由美国航空航天局和国防部出资研发,Aeros航空公司为主承包商。Pelican飞艇为缩比演示验证艇,验证的关键技术包括:刚性外壳可变浮力(RAVB)技术;使飞艇运行不依赖压舱物;刚性轻质复合外部结构;低速/悬浮敏捷控制系统;高度自动化的地勤技术,无需地面人员直接参与。

Pelican是目前世界上正在研发的体积和载重能力最大的大型运输飞艇之一。总体积约为1.7万立方米,内部承重结构由轻质牢固的碳纤维制造,外部还覆盖一层坚硬的刚性碳纤维板,外部和内部的承重结构之间设计安装有多个非刚性的气囊隔膜舱。飞艇在飞行时,其艇身上的多个气囊隔膜舱将会被充入氮气,以提供升力。该项目在2013年1月完成原型机制造,并开始进行组装测试和艇库内试飞,9月份开始艇库外试飞,但在10月份由于艇库崩塌导致飞艇轻微受损。

LEMV

LEMV是第一艘用于操作部署的混合飞行器,采用了空气静升力、动升力(最大30%)和矢量推进组合方案,以实现在更大“超重”状态下起飞,以及在更大“超轻”状态下着陆。主承包方为诺斯罗普·格鲁门公司,英国混合飞行器公司(HAV)提供该公司的HAV304型飞艇作为LEMV的平台。2012年8月7日,LEMV在新泽西雷克赫斯特联合基地成功完成试飞,并在测试中实现了所有预定目标。

美国陆军于2013年终止了该项目,但诺格公司仍希望同HAV公司合作进行货运飞艇的开发。2013年11月,HAV公司以30.1万美元(不到项目总经费1/1000)将LEMV的原型机HAV304回购,作为测试大型运输飞艇原型机的第一步,随后更名为“Airlander”,并详细制定了2014年度的试飞项目。

与此同时,HAV公司也在研发其他的运输飞艇系列,其载运力从20吨起,高达200吨。

据最近披露,HAV公司已经完成了和一家加拿大航空工业公司Discovery Air Innovation的初步交易,计划出售一组50吨级的HAV366运输飞艇用于加拿大当地的矿物和自然资源开采。

SkyLifter

澳大利亚SkyLifter公司正在开发一种新式有人驾驶飞艇SkyLifter SL150,该飞艇设计为碟形而非传统的雪茄形,直径为150米,可以搭载150吨的重物进行约2000千米的长途飞行。目前SkyLifter公司已制造了一个小型飞艇样机,取名“贝蒂”,直径约3米,载重量约450克,用于演示验证飞艇的基本工作流程。同时,还以此为样本,制造出了一艘直径约18米的系留飞艇样机“维可”,并计划在未来几年研制一艘直径近约45米的飞艇样机。SkyLifter公司按原理样机、地面试验样机、空中无人飞行试验样机、目标应用艇的线路研制大型运输飞艇。

SkyLifter碟形设计使得该飞艇可不受任何方向风的影响,提高了飞艇的操纵性能。同时,由于其比传统的球形飞行器更为扁平,因此SkyLifter飞艇不像传统气球那样随风飘动,更易于操纵。此外,碟形结构还可起到降落伞的作用,提高了飞艇下降时的操纵能力。该飞艇的推进系统采用了9台电驱动摆线螺旋桨,其中飞行器系统上均匀布置了6台,控制舱外围均匀布置了3台。该摆线螺旋桨类似于浆轮,用水翼型叶片代替了扁平叶片。推进器的旋转速度加快可增加其推力,而改变叶片角度则可改变推力方向。这种设计特点使得其在为飞艇提供动力的同时提高了飞艇的操纵性能。拟采用摆线螺旋桨来控制飞艇的水平运动,通过在飞行器系统内部安装一套浮力控制系统来操纵飞艇的升降。

大型运输飞艇市场预测

据美国有线电视新闻网报道,冰岛航空货运公司与Aeroscraft公司计划合作利用飞艇发展冰岛与北极部分地区之间的货运服务,这一服务将有利于格陵兰海岸的油气产业。第一阶段计划投资开发22艘飞艇,包括66吨和250吨型号的飞艇。首艘66吨商用飞艇计划于2016年第一个季度升空,并于2022年左右投入运营。Aeroscraft公司还基于市场需求做了详细的财政预测、经营情况和飞艇编队等评估,最终预计制作一艘66吨和250吨飞艇的最初成本分别是6千万美元和1.2亿美元,并将形成由22艘飞艇组成的运输编队。据此,推算了Aeroscraft公司大型运输飞艇市场预测,如图表所示。

综合载重量、使用模式、经济性等方面考虑,大型运输飞艇可以完全取代现有的直升机市场,并深入运输机等潜在市场。Frost&Sullivan公司(F&S)对于所分析的市场具有深入宽广的视角,可以引用该公司的《全球民用和军用直升机市场》分析预测大型运输飞艇的市场规模。大型运输飞艇的发展具体表现在抓住现有市场份额和深入新兴市场两种方式。由于可为客户提供独一无二的运输解决方案,到2020年左右大型运输飞艇的总市场规模将达到500亿美元。大型运输飞艇具有清晰的主市场,大尺寸货物、特殊环境、特种设备运输优势明显,煤矿业、近海石油和天然气、军队、应急救援等领域应用前景美好。在一些孤岛或经济欠发达的地区,由于道路设施和维护成本太高或机场设施缺乏,传统运输系统无法实现,大型运输飞艇在偏远地区可垂直起降,这就可以吸引一批新的客户群,深入更广阔的新兴市场。

美国等先进国家决策高层重新明确认识“现代型运输飞艇”的发展,大型运输飞艇发展战略将重新崛起。预计未来的数年内,就能将其推向军、民用市场并实现常态化运营。

目前国外正在积极开展大型运输飞艇的总体设计和技术验证艇,在浮升一体化布局、重浮力平衡控制、飞行控制和试验试飞等关键技术方面已完成了原理验证,国内正积极开展大型运输飞艇前期的论证工作。

尽管大型运输飞艇市场前景广泛,但对各类风险的识别、分析和规避尤为重要,将影响整个大型运输飞艇产业的发展。先进制造技术和高端制造装备是国家核心竞争力的科技支柱,大型复杂装备系统是构建我国先进工业和国防体系的战略举措,大型运输飞艇的发展将成为国家国民经济发展的一个新的增长点,也将成为国家防卫力量的一个新增长点。

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