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淺談飛艇,重返天空之城論文

時間:2021-06-08 17:24:49 論文范文 我要投稿

淺談飛艇,重返天空之城論文

  1937年5月6日,德國興登堡號飛艇試圖停靠在美國新澤西州的系留塔(停留裝置)時,突然猛烈起火。著火之后,245米長的飛艇向地面俯沖,僅僅34秒就被燒毀,最終化成一堆灰燼。

淺談飛艇,重返天空之城論文

  這次事故奪去了36人的生命,嚴重動搖了公眾對飛艇安全的信任,讓人們遺忘了在事故發生的幾個月前,興登堡號曾擁有一段短暫的黃金時代——10次安全地橫跨大西洋兩岸運送乘客,被人稱作飛艇界的泰坦尼克號。自事故發生后,飛艇旅行變成了歷史。

  現在,距離興登堡號飛艇的第一次飛行已經80年了,我們是否可以看到飛艇返回到天空中呢?

  依靠什么來起飛?

  飛艇的起飛依靠的是阿基米德原理。飛艇的內部會充入某種氣體,由于飛艇里的氣體和外界空氣的密度有差異,會產生一個向上的力——浮力,將它推上天空中。相比之下,普通飛機的密度比空氣大得多,所以必須依靠其他方式提供升力。

  飛艇的飛行就好比氣球飛到空中的場景。早期的興登堡號飛艇,艇身充滿了氫氣,因為氫氣是最輕的氣體,因此提供了最大可能的上升空間。但缺點是,氫氣非常易燃,這意味著飛艇很容易因雷擊或氫氣泄漏而發生爆炸,尤其當它們在云層下面飛行的時候。

  興登堡號的災難就是一個發人深省的例子,它說明氫氣很危險。此后,人們用氦氣代替了氫氣,氦氣的重量比氫氣稍微重,所以提供的浮力相對會小一些,但關鍵是氦氣不易燃。

  與興登堡號等傳統飛艇不同,近年來設計的新型飛艇并不是像過去一樣用來運輸乘客,而是提供一種廉價和靈活的方式來裝運貨物,尤其是將貨物運往沒有道路或其他基礎設施不足的偏遠地區。例如,飛艇將設備運送到人員難以到達的礦山和鉆井網點,甚至還可能去往北極圈,由于冰下儲藏著大量未開發的石油,那里可能將很快成為重要的大型工業開發點。

  爭當世界上最好的

  過去幾年里,世界各地的公司一直在開發和設計新型飛艇,希望能在這一新興市場中取得優先競爭力。

  美國的洛克希德·馬丁公司是世界上最大的航空航天制造商,前段時間在巴黎航空展中推出了飛行器混血兒——時速可高達117千米的混合飛艇。它沿用了氦氣填充飛艇體的傳統方法,并沿著艇身裝配了空氣動力學多瓣葉片結構(像飛機機翼一樣),為其飛行提供額外的升力,這說明它比標準的傳統飛艇需要的氦氣少。

  一般情況下,氦氣仍然為混合飛艇提供了70%~80%的提升力,使得現代混合飛艇可以像傳統飛艇一樣起飛和垂直降落,但現代混合飛艇運載貨物的最高重量可達2.1萬千克,比傳統飛艇高出40%多;當混合飛艇的負載重量超過70%時,也就是超過1.47萬千克時,它能以和普通飛機類似的方式(借助燃料)起飛。與直升機相比,每1000千克重的貨物,混合飛艇只需要10%的燃料。

  此外,為了應對未鋪設過的路面,工程師們還開發了氣墊系統,讓飛艇能在略高于地面處懸停。

  為了證明混合飛艇的多功能和成本效益,研究人員還設計了不同的飛艇結構,以適合不同客戶的成本和運輸需求。他們希望混合飛艇將于今年航行,每年飛行300天,每一艘飛艇大部分時間是去往同一個地方,發揮運輸功能。

  鎮重器的變形記

  早期的飛艇,在降落時都需要某種形式的外部鎮重器,用來固定飛艇,防止其被風吹走。通常情況下,這種鎮重器是水,而如果要去往較遠的地方,外部鎮重器是一個關鍵問題。

  一些公司已經開發出解決方案,讓飛艇不再需要外部鎮重器。比如美國的WorldwideAerosCrop公司正在設計的Aeroscraft飛艇。它的部分浮力來自于氦氣的膨脹,而氦氣也是鎮重的關鍵材料。飛艇擁有先進的靜態重量控制系統,能夠讓駕駛員通過將氦氣壓縮到內部氣艙中來增大飛艇的自重,讓其順利降落在地面上。而當貨物裝好之后,駕駛員可以將氣艙中的氦氣釋放出來以降低飛艇自重,并在發動機的幫助下讓飛艇沿垂直方向爬升起來。這個系統與在水中的潛水艇的控制方式相類似。

  沒有鎮重器帶來的.煩惱,讓Aeroscraft飛艇具有與眾不同的能力。使它可以在目標區域上方懸停幾個小時,便于人們裝載或卸載貨物。在垂直起降時,也不需要任何跑道和地勤人員的輔助,只要有足夠大的起降場地即可。

  工程師還采取了獨特的方法來設計起落架,不是利用車輪或滑行著陸,而是安裝了專門設計的著陸墊。使Aeroscraft飛艇可以在任何表面安全著陸,包括水面。著陸墊也可以吸進或吹走空氣,使飛艇滑行時像一艘氣墊船,在裝載或卸載貨物時緊緊貼住地面,停泊牢固。

  最大飛艇,形似臀部

  英國一家名為“混合航空器”的工程公司也設計了貨運飛艇——“天空登陸者10號”,現已經研發到最后階段了。它是目前世界上最大的飛艇,外型酷似人類的臀部,也被外界稱為“飛天屁股”。與洛克希德·馬丁的混合飛艇一樣,“天空登陸者10號”充入的也是氦氣,三個大瓣葉片狀的艇身給飛艇提供了大約40%的浮力。

  “天空登陸者10號”在商業用途上可行的關鍵一點是,它非常強大卻輕便的艇身材料。聚氟乙烯、聚酯薄膜和高強度纖維等材料,使其能在各種天氣和飛行條件下,保持艇身的原本形狀,這對于飛艇來說,至關重要。

  “天空登陸者10號”的航行速度約為148千米/小時,最大載重量約為1萬千克,能在天空中飛行長達5天。它有4個柴油牽引機,每一個都可以旋轉來牽引飛艇往上升或往下降。這同時賦予了飛艇懸停以及在幾乎所有表面上著陸的能力,無論是冰面、沙漠地面還是水面。

  盡管乘坐飛艇快速前往異國他鄉看起來似乎還不太可能,但未來,地平線之上的這些天空巨人,應該會再次迎來屬于它們的黃金時代。

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