创新的碟形飞艇有望改变货物运输业的面貌

Stephen J. Mraz

氦气、热空气和变速旋翼可以为正在研制的货运飞艇提供升力。

一些航空工程师正在研制引人注目的飞机，例如超音速客机和马赫数3+的喷气式战斗机，而另一群工程师则专注于看似平凡但更有用的目标，即开发创新的重型载货飞行器。俄罗斯飞艇倡议设计局（AIDBA）的设计团队正在研制一种比空气轻的混合动力飞机，可以扩大航空和货物运输的范围。

他们采用氦气和热空气结合的方法进而提供升力，并采用涡轮螺旋桨喷气发动机转动类似直升机的旋翼进行推进、推力矢量控制、控制和一些额外的升力。由首席执行官谢尔盖·本丁（Sergei Bendin）领导的俄罗斯团队计划制造4艘这样的飞艇，它们的运载能力在22吨到660吨之间，飞行里程最远可达3700英里。

（计划中的A600飞艇将能够运载660吨货物或乘客，航程为3700英里。它的直径为807英尺，大于直径为680英尺的超级穹顶。）

基础设计

AIDBA设计的飞艇计划由两个模块组成：飞行模块（FM）和任务特定有效载荷模块（PM）。FM是一个有人驾驶的飞艇，包含了提供升力和推进的子系统，充当飞机的“火车头”。每个FM可以携带一个安装在底部刚性交叉桁架结构上的PM。根据初步设计，在小型飞艇和大型飞艇上将FM和PM相连接分别需要15分钟和45分钟。

设计师设想了一系列针对任务而定制的PM。它们可以运送货物、乘客或两者兼备。PM还可以改造升级为消防员、移动医院、维修设施、豪华“游艇”、观光车和军用无人机航母。在它们上市时，也可能衍生得到一系列其他类型的PM。

针对笨重或体积巨大的货物，如整个建筑物或钻机，PM可以配备绞盘和电缆，用悬挂在飞艇下面的吊索进行提取和运送。这样就不需要任何着陆场，可以让飞艇服务于偏远的森林地区或拥挤的城市，以及海上静止和航行的船只。

（计划在飞艇上安装的PM包括：（1）带有装载坡道的平板货物舱。用于针对集装箱、卡车、道路机械和散装建筑材料等进行装卸。（2）住房/办公室模块。它可以是一个多层结构，用作战术指挥所、民防住所、医院、偏远地点的临时住所，或用于长途旅行的天空酒店。（3）消防设施。包含用于扑灭大型火灾（如森林或石化）的供水分配以及水炮系统，还包括用于从附近水源重新填充储水罐的泵。）

FM类似于一个带有轮辋（环）、轮毂（内部中央支撑柱）和辐条（八个支撑桁架）的自行车车轮。其中一些结构将由坚固但重量轻的合金和碳纤维复合材料制成，此外设计师们还计划在一些部件上使用轻质泡沫金属进行热保护。

轮辋（环）用于支撑重型设备，如涡轮螺旋桨发动机和热交换器。它还与桁架一起支撑耐用的半刚性上部冲天炉和保护罩。后者用于保护飞艇的内部设备免受外界影响，并使艇体具有某种形状，进而在空中移动时产生升力。上述设计可以让飞艇以每小时130英里的速度飞行，尽管飞艇在最初可能被限制在较低的速度。

这些桁架将飞艇内部划分为八个部分，每个部分有两个单元，其中上面的单元是氦气，下面的单元为热空气。

氦气部分的压力大约比外界大气压高0.3%到0.5%。所有飞艇的氦气都集中在上述八个单元中，提供足够的升力来支撑FM重量的5%到10%。若氦气产生的升力与旋翼产生的升力相结合后，飞艇可以在没有热空气的情况，仅支撑FM进行飞行。

（飞艇的剖面图对于所有的AIBDA飞艇来说大致相同）

氦分子非常小，因此氦气的泄漏是无法避免的。氦气仓可采用多层聚合物薄膜，以减少氦气损失。谢尔盖·本丁认为，在采用上述聚合物薄膜后，将使直径为230英尺的小型A20飞艇的氦气损失保持在每天106000立方英尺，相当于其总氦量的1.2%。而针对直径为810英尺的A600飞艇，每天的损失量为177000立方英尺，相当于其总氦量的0.8%。

飞艇不携带额外的氦或压仓物（铁砂），其中释放铁砂可以增加飞艇的升力。取而代之的是，设计者们依靠控制温度和上层舱内的热空气量来调整飞艇的驻留高度和自身的浮力，这一概念被称为热压载。他们还可以利用发动机和旋翼以提供升力（或向下推力）来调整飞行高度。

热空气仓采用耐热材料，如轻质玻璃棉，它可以长期暴露于高达570°F的环境中，其性能仍不发生改变。

热空气来自换热器，换热器从喷气发动机的排气中吸收热量，将外界空气390°F提升至480°F。其中的一部分热空气进入艇内，加热氦气以增加浮力。同时还可用于清除飞艇上表面的积雪，以防止飞行过程中结冰。

在没有热空气条件以及风速低于每小时55英里时，飞艇可以不被束缚而停在地面上。在较高的风速下，飞艇将拴在地面，或者借助矢量旋翼而产生稳定的下压力。飞艇并不需要机库，因为其内部结构支撑的半刚性覆盖物可保护飞艇免受天气影响。

传统小飞艇与AIBDA飞艇不同，后者不需要锚泊设备、大型着陆场以及地勤人员。AIBDA飞艇用于起落架，它可以在偏远的建筑工地、未开发的小油进行起降作业。在紧急情况下，AIBDA飞艇可实现在水上着陆，但设计团队尚未设计出一种方法，使得AIBDA飞艇在水上起飞。

因为在执行任务时飞艇需要借助热空气来提升，所以在提升任何有效载荷之前，均需要大约45分钟来填充热空气仓。

（上图为飞艇与货机的燃料使用和生产力的对比图。在第一阶段，飞艇已经准备好按照设计进行生产。在第二阶段，设计将得到改进，以获得更好的能源效率和更高的速度。在第三阶段，设计将尽可能减少二氧化碳的排放，并使用氢气而非航空燃料。当然，随着技术的进步，未来还可以增加其他阶段。）

电源与控制

涡轮轴发动机和大型可变速可逆旋翼将安装在与轮辋（环）相连的等距分布的塔架上，小型飞艇搭载4组，大型飞艇搭载8组。

设计团队目前的计划将军用直升机的两款发动机应用于此。其一是为俄罗斯应用于米-26 HALO重型运输直升机的11400马力ZMKB Progress D-136发动机。其二是用于Hokum A攻击直升机的2400马力克里莫夫VK 2500发动机。

（设计团队正在考虑的一个发动机是应用于米-26 HALO重型运输直升机的11400马力ZMKB Progress D-136发动机。）

A20是最小的飞艇，它将搭载高达24000磅的航空燃料，这将使它的飞行里程达到1900英里；最大的飞艇A600将搭载7万磅燃油，使其续航里程可达3100英里。

飞艇的智能控制系统（ASCS）将协调每个推力矢量旋翼和发动机的运行状态，并控制整个飞行过程，包括起飞、悬停和着陆，以及装载或运送有效载荷。

“AIDBA飞艇舰队”

A20、A60、A200和A600的性能对比如下表所示。

A20飞艇舰队中最小的飞艇，也将作为整个舰队其余飞艇的原型。它的直径为230英尺，载重量为22吨，驾驶乘组由三人构成。它可携带一个容纳100名乘客的PM，每个乘客都能享受比飞机和火车更多的空间。在长途飞行时，乘客可使用睡眠区、机上餐吧和娱乐设施以及个人救援设备。A20还将能够携带其他类型的PM，例如医疗诊所、货柜，甚至是飞行观察台或休息室，可以让球迷、观察员和贵宾在空中看到游行或军事和民事活动的全景。

A60计划作为短途运输飞艇，其直径为361英尺，有效载荷可达66吨。它可以降落在直径394英尺（比飞艇本身大一点）的平坦圆形区域。A60项目从开发到认证的成本约为1.2亿美元，它的PM可以改造为移动医院、重型设备修理厂、消防设施、豪华酒店/公司或私人游艇，同样它也可运送乘客或货物集装箱。

A200计划作为中程运输飞艇，其直径为591英尺，可运载220吨的有效载荷。它的应用场景与A60基本相似，但承载规模会更大。设计团队相信A60和A200将非常适合用于灭火。例如，A200可以悬停40分钟左右将任何天然或人工盆地的水注入飞艇上的水箱。如果火势允许，A200可在悬停时准确将水箱中的水倾倒出来，或者可以用高压水枪将水更为精确地喷射到着火的地方。AIDBA预计A200飞艇从开发到认证的成本约为1.5亿美元。

A600是重型远程运输飞艇。它高约165英尺，直径807英尺。相比之下，新奥尔良的超级穹顶直径仅有680英尺。A600的总容积为8820万立方英尺，是德国兴登堡号飞艇的12倍多。A600可承载660吨的有效载荷，因此可携带一个容纳2000名乘客的PM，其舒适度与A20相同。A600的驾驶乘组由六人构成，随着乘客数量的增加，它也可能搭载十几名或更多的乘务员。

（上图为A600交付石油钻机至海上平台的效果图。这张图似曾相识！ LocomoSky公司在2010年左右发布过）

A600的尺寸和运载能力将支撑其执行一系列复杂任务，包括作为飞机或无人机的“航母”，以及发射火箭或航天器，并运输大型军事物质。

AIDBA预计，A600项目从开发到认证的成本约为4.8亿美元。制造一艘飞艇的成本约为9300万美元，但如果制造几艘飞艇，成本将降低至每艘7000万美元左右。

2020年，AIDBA宣布计划在2024年推出A600飞艇项目。但新冠肺炎的蔓延以及疾病对全球经济的影响削弱了A600的潜在市场。显然，A600项目暂时搁浅了。

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话说回来，俄罗斯倒是擅长制造这种庞然大物，碟形飞艇也有先例。

这是前苏联1989年研制的ALA-40碟型飞艇，看这个型号载重应该有40吨。后因资金问题项目搁浅。