球型还是流线型,系留气球之王TCOM给出了他选择的理由……
如图所示,为TCOM的12米浮空器。对于不允许操作员灵活选择飞行天气的任务,例如军事和应急响应任务,具备满足空气动力学要求形状的飞行器能够在任务高度提供更大的可用性,并在所有天气条件下为飞行器本身、机组人员和有效载荷提供更大的安全性。
提供智能和经济有效的边境监视解决方案是满足国家安全需求的必不可少的一部分。
TCOM的战术浮空器,被用于监视墨西哥边境和国境线区域的国土安全,其性能优于其它解决方案,因为它们能够携带各种有效载荷到海拔超过1000英尺(304.8米)的高度,高于平均海平面(AMSL),并且驻空时间长达几个星期。
如图所示,在美国西南部边界设置了能够将雷达提升到10000英尺或更高高度的系留浮空器雷达系统,以提供非常需要并且其它方案不具备的探测和跟踪低空飞行飞机的能力。
飞行高度越高,对于边界或者港口安全监视能力就越强,因为它能够提供了更广阔的整体景观、信号通信覆盖范围更广以及允许更高清EO/IR传输。
传感器及其数据处理器经常充当部署的海上边界安全的眼睛。
并且随着光电或红外传感器的尺寸、重量和功耗不断缩小,边境安全和军事人员越来越多地趋向于使用浮空器进行搭载,而不是用价昂贵的载人飞机。
如图所示,TCOM Aerostat系统可以搭载各种有效载荷,包括通信设备、雷达、红外和视频监控。并且可定制有效载荷,以满足任何空中、陆地或海上任务要求。
通过这种方案,更远的距离和更好的作战条件将会给指挥官在执行持久监视边境安全目标任务时具有更大的灵活性。此外,与传统飞机和无人机相比,TCOM的战术浮空器系统具备部署时间短,维护要求低,单位时间内运行成本低的优点。
浮空器系统的多功能性使其非常适合对快速变化的需求或威胁做出响应。
(1)运输方便,对搭建地面环境要求低,可实现快速布置。
(2)虽然已达到成熟,浮空器的外形仍可以按照客户提出的需求进行更好的再设计。
(3)能够与其它功能相结合,诸如被动监视和远程数据链接。
TCOM的12m系留球系统是当今同类产品中最紧凑、最便携的解决方案。该系留球具备了快速部署的功能,使现场操作员能够比以往更快地获得可操作的监视数据。
45年来,TCOM一直处于系留浮空器和飞艇行业创新发展的前沿。TCOM之所以获得“浮空器公司”的称号,是因为它完全致力于浮空飞行器的设计、生产和运营。
TCOM的浮空器在整体系统可用性、可靠性、易操作性方面处于领先地位,优于其它类型的浮空器,并且多年运行在苛刻的环境中。
如图所示,TCOM提供持续的监视解决方案可以用于探测空中、陆上和海上的潜在威胁,快速、高效和经济地提供可操作的情报。可以说,TCOM浮空器系统是当之无愧的空中士兵。
TCOM公司自成立以来,设计过许多不同外形的浮空器,包括三尾翼、四尾翼(通用飞艇设计采用)和球形(类似于绞盘式飞行器的小型平台)浮空器。蒙皮是浮空器的关键部件,每种设计都有其各自的优缺点。
TCOM还利用其专有的飞行性能分析软件和非线性动态模拟工具进行了大量的球形和气动分析研究。这两种工具都得到了联邦航空局的认可,并开展了广泛的研究,包括系绳张力、绞车张力、浮空器尺寸、排污性能、重量和平衡效应以及环境模拟等方面。
虽然球形是具有最大体面比的形状,但它的空气动力学性能却非常差。
随着研究的深入,TCOM公司发现倒Y型三尾翼浮空器的形状具备最佳的稳定性、耐久性和空气动力学性能。因此,它是TCOM公司最新设计的系留球的标准形状。
TCOM是公认的创新、经济高效的机载持续监视解决方案的全球领导者,具备在要求苛刻的作战环境中持续性监视目标的能力。
TCOM的经验表明,球型设计的实用性有限。尽管球体制作的成本较低,但其性能极易受到风的影响。在许多气球设计案例中,由于缺乏副气囊和压力管理系统,使其易受到天气变化的影响。
以下段落说明了与具备空气动力学形状的浮空器相比,球型设计的局限性。
TCOM的17m战术级浮空器是一种多功能、经作战验证过的快速部署持续监视系统。TCOM17m浮空器配备有探测和跟踪目标的设备,即使在最具挑战性的地形中,也是一种紧凑而强大的解决方案,可满足广域地面监视的需要。
气动性能优势
在飞行过程中,浮空器会受到许多作用力。稳定性是指浮空器在风和天气影响下具备不偏离正常飞行轨迹和保持姿态的能力。浮空器抵抗环境影响的能力越强,浮空器就越稳定。在多年的运行中,TCOM认为其具备空气动力学特点浮空器的性能比单纯的球形设计有以下几个优点。
其中一个优势是,由于大气风的影响,球形气球相对于具备空气动力学形状的浮空器表现出高度的显著损失和水平位移的增加。
TCOM浮空器的气动外形产生了升力,并随着风速的增加而增大。
这一特性会产生一个额外的升力(除静浮力外),用以抵消(由于风速)增加的阻力以降低大风时的高度损失。
如图所示,TCOM提供了最完美的浮空器解决方案,以应对各种战略及国防威胁。
相比之下,单纯球形设计仅仅依靠浮力飞行,较高风速将导致高度损失严重,因为没有额外的空气动力充当升力来补偿阻力。尽管可以在单纯圆球设计上增加一些升力部件,但也显著增加了阻力。
飞行经验还表明,在风停止后,球形浮空器将在短时间内恢复高度,会使得绳索和绞盘受到较大应力而发生损坏。具备气动外形的浮空器能够通过不同高度的大气湍流保持稳定,从而为有效载荷提供理想的平台。研究还表明,球体周围的稳定气流通过促使浮空器形状优化,以减少背面的湍流,从而减少颤振。
压力管理系统优势
TCOM的另一个优点是它的压力管理系统。气球压力管理系统用于在整个飞行包线内保持浮空器形状的完整性。
尽管一些球形浮空器具有简单的排氦气功能,但它们往往不具备压力恢复功能。
如图所示,不需要昂贵的燃料或航空维修费用,浮空器系统提供了无与伦比的ISR能力。浮空器系统更大优势在于他们的海上ISR能力。这时,浮空器熊不仅只是一个“气球”,更是一个持久的、无人驾驶的、实现情报获取、监视和侦察用的平台,用于国土安全和世界各地。
仅仅依靠超压来实现高度上升和下降是不够的,并且这也会使得较大温度梯度面飞行时气球形状出现松弛的问题。在球面形状松弛状态下,飞行器可能会因突然的阵风而受到灾难性的损坏,特别是在发放和高度恢复过程中。在地面锚泊状态,瘪的浮空器不能可靠地固定,需要额外的不必要的升力气体管理功能。
可用性优势
系留气球稳定驻留于工作高度是实现高可用性的关键。在标准压力和风速条件下,TCOM17m浮空器可以在高空停留长达7天。
相比之下,球型浮空器的驻空能力还不到17m的一半。此外,在评估可用性时,需重点关注浮空器的有效性。
如前所述,单纯球形的气球易受大气风和湍流的影响,工作高度波动较大,极大地降低了可用性。
TCOM浮空器在任务高度提供了更大的可用性,并在所有天气条件下为浮空器及其地勤人员和有效载荷提供了更大的安全性。
如图所示。TCOM公司生产了迄今为止最大的浮空器,长度从12米到117米不等,可由较少的地勤人员在短短数小时内组装和部署,并可在陆地或海上船舶上操作。
生存性(耐用性)优势
TCOM飞行器的另一个重要优势是风向标系泊系统,该设计确保具备空气动力学形状的飞行器始终指向风,从而减少迎面面积以减少其阻力。
一旦大风停止,浮空器系统立即投入任务操作中。
如图所示。Alyssa Cronin,TCOM营销和通信专家,在ISC East接受2018年的“阿斯特国土安全奖”。
在预报将会出现大风天气的情况下,具有较低风力生存能力的球形浮空器需要放气和储存。再次充气需要在较低风速环境下进行,这可能需要多日等待合适的天气窗口。
任务有效性优势
采用在高温和大风环境下不具备有效性的监视作业平台,会使得操作员遭受敌军行动的影响。TCOM的经验表明,敌方战斗人员能够快速评估监视平台提供的覆盖范围,并将尝试在缺乏覆盖范围期间进行作战。
TCOM的浮空器具备的高可用性显著减少了这种可能,即使出现这种状态,也能将有效载荷保持在作战高度。
然而,单纯球形设计的浮空器由于大气风、湍流和高温期间而出现严重的高度损失,从本质上降低了任务效能。
对于不允许操作员灵活选择飞行天气的任务,例如军事和应急响应任务,空气动力学形状的飞行器将在任务高度提供更大的可用性,并在所有天气条件下为飞行器及其机组人员和有效载荷提供更大的安全性。
浮空君观点:
TCOM如此大篇幅地对比球型系留气球和流线型系留气球,看来是感受到了球型系留气球对其市场份额的威胁,特别是小型的系留气球市场,毕竟对手来势汹汹,美国WASP(下左)和以色列RT(下右)都是不容小觑的对手,而且,RT也开始尝试做流线型系留气球了。