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载人飞艇工作原理

载人飞艇工作原理

 本文包括:

  1. 1. 引言 
  2.  
  3. 2. 小型飞艇的内部构造 
  4.  
  5. 3. 小型飞艇如何飞行? 
  6.  
  7. 4. 飞艇的用途 
  8.  
  9. 5. 小型飞艇的历史 
  10.  
  11.  
  12.  
  13. 您很可能已经见过固特异飞艇为体育赛事提供电视转播,例如各类体育比赛或高尔夫联赛。小型飞艇是一种轻于空气(LTA)的飞艇。与热气球相似,小型飞艇通过气体产生升力。但与热气球不同的是,小型飞艇可以在空气中通过自身的动力飞行,类似于飞机。 小型飞艇还可以像直升机一样悬停,可在任何天气条件下飞行,并可在空中停留数日。在本文中,我们将向您介绍这些神奇的飞行器的工作原理。
  14.  
  15.  
  16.  
  17. 本图有固特异供稿
  18.  

 

  1. 2. 小型飞艇的内部构造

  1. 与气球不同,小型飞艇有自己的形状和结构,使它可以飞行和进行操纵。以下部件帮助它实现
  2. 了这一功能:
    • 气囊——装有氦气
    • 头锥压条
    • 前部气袋
    • 后部气袋
    • 悬帘
    • 吊索
    • 飞行控制翼面——方向舵、升降舵
    • 发动机
    • 进气口
    • 空气阀门
    • 氦气阀门
    • 吊舱——乘客和机组人员的座舱
  3.  
  4.  
  5. 3. 小型飞艇如何飞行?
  6. 我们将在下面各节中介绍每个部件。 

    气囊

    气囊是装有氦气的大袋子。为了提高空气动力,气囊通常呈雪茄形状,采用耐久、气密且质轻的面料(聚酯复合物)制成,这与宇航服的面料相似。实际上,许多气囊由为美国国家航空航天局(NASA)制造宇航服的ILC Dover公司制造。

    气囊可容纳1,900至7,093立方米的氦气,具体容量根据小型飞艇的不同而不同。气囊内的压力较低,大约每平方厘米5.3 克(0.005个大气压)。

    头锥压条

     

    头锥压条(灰色)
    美国飞艇公司供图
    头锥压条(灰色)

     

    头锥压条是从小型飞艇的端头呈辐射状延伸的支撑条。它们可加固小型飞艇的前锥头,使其系在系留柱上时不会损坏。它们还可形成符合空气动力学的锥头形状,防止锥头在小型飞艇前进时凹陷。除了压条之外,系留钩也位于小型飞艇的锥头。

    气袋

    气袋是气囊内装有气体的袋子。小型飞艇含有两个气袋,一个在前部,另一个在后部。 气袋与潜水艇的压水舱相似。因为空气重于氦气,所以向气袋充或放空气可使小型飞艇相应地升降。它们也用于控制小型飞艇的平衡,或平稳度。

    两个悬帘沿小型飞艇纵向置于气囊内。它们采用织物制成并缝在气囊中,而吊索将它们连接至吊舱。悬帘用于帮助支撑并形成气囊的形状,也帮助连接吊舱。

    飞行控制翼面

    飞行控制翼面是小型飞艇上坚固、可移动的部件,安装于小型飞艇的尾部。它们包括方向舵和升降舵。方向舵用于控制小型飞艇左右转舵(偏航轴)。升降舵用于控制小型飞艇的升降角度(俯仰轴)。飞行控制翼面由飞行员在驾驶小型飞艇时操纵,有“+”或“x”两种配置可选择。

    发动机

    小型飞艇上装有两个发动机,它们可提供前进所需的推力。发动机采用涡轮推进式飞机的发动机,使用汽油燃料,由空气冷却。发动机可产生几百匹马力,具体根据小型飞艇的不同而不同。它们位于吊舱的两侧。凭借发动机,小型飞艇能以每小时约48至113公里的速度巡航。

     

    发动机
    进气口
    固特异轮胎橡胶公司供图
    发动机(左图)和进气口(右图)

     

    进气口

    进气口直接将由推进器排出的空气送入气袋。这就是飞行员在飞行过程中为气袋充气的方式。当发动机不运行时,可用电扇将空气送入气袋。

     

    装有照相机的小型飞艇吊舱
    固特异公司供图
    小型飞艇的空气阀门

     

    空气阀门

    除了充气,飞行员还必须能够从气袋排气。这通过位于两个气袋上的空气阀门实现。飞艇一共有四个阀门,前部两个,后部两个。

    氦气阀门

    通过改变气袋中空气的量可调节气囊中氦气的压力。通常,小型飞艇飞行员不需要对气囊充或放氦气。但是,气囊上还有一个氦气阀门,可在氦气压力超过最大安全限制时释放氦气。阀门可手动或自动打开。

    吊舱

    吊舱是乘客和机组人员的座舱。吊舱采用密闭结构,可乘坐两名飞行员和最多12名机组人员,具体根据小型飞艇类型的不同而不同(固特异的“雄鹰号”(Eagle)和“星条旗号”(Stars and Stripes)小型飞艇都可以容纳2名飞行员和6名乘客)。一些吊舱装有照相机等特殊的设备。

     

    吊舱内的前视图,显示了飞行员座椅/控制器(前部)和乘客座椅。
    美国飞艇公司供图
    装有照相机的小型飞艇吊舱(前部圆形的部件)

    美国飞艇公司供图
    吊舱内的前视图,显示了飞行员座椅/控制器(前部)和乘客座椅。

     

    飞行员使用的控制板包括以下各项:

    • 推进器控制:监控和调节速度(气门)、叶片角度(叶片螺距)以及发动机的方向(正转或反转)
    • 油气混合/加热:监控并调节发动机的油气混合比以及混合的温度,防止油气在高空结冰
    • 气囊压力控制:监控并调节气囊中氦气的压力以及气袋中空气的压力(通过开关进气口和阀门实现)
    • 通信:与地面支持小组和空管部门保持无线电联系
    • 飞行翼面控制:控制方向舵(左右运动)和升降舵(上下运动)
    • 导航设备:罗盘、航速指示器、无线电导航台、GPS等。(某些小型飞艇也配有天气雷达和夜间飞行的导航仪器。)

    小型飞艇飞行员持有美国联邦航空管理局(FAA)颁发的轻于空气(LTA)的飞行器的驾驶执照。固特异的飞行员在获得FAA驾驶执照之前需要参加一个全面的培训项目。除了飞行之外,固特异的飞行员也担任地面支持人员,包括电子设备技师、机械师、索具工和管理人员。地面支持人员将跟随小型飞艇,并带着几种支持用的车辆,包括一台作为管理办公室使用的大巴车、一台作为电器和机械仓库的拖车以及一台作为指挥车(/多功能车)的箱式汽车。

    夜间信号灯

    一些小型飞艇(如固特异小型飞艇)配有电灯,用于提供夜间信号。在固特异飞艇上,夜间信号灯由红、绿蓝发光二极管(LED)矩阵组成。可以调节LED的强度以形成不同的颜色。通讯信息用小型飞艇上带的小型笔记本电脑编写。

    现在我们已经看过小型飞艇的所有部件,让我们来看看它是如何飞行的!

  7. 飞艇被称为轻于空气(LTA)的飞行器,因为它们使用的气体比空气轻,可产生升力。目前最常用的气体是氦气,它可提供1.02千克/立方米的升力。在早期,飞艇常使用氢气,因为氢气更轻,可产生1.1千克/立方米的升力,并且比氦气更易获取、更低廉。但是,兴登堡号(Hindenburg)空难结束了飞艇使用氢气的历史,因为氢气极易燃烧;而氦气却是不可燃的。

    虽然这些升力好像不够大,但飞艇可携带大量的气体,多达几千立方米。 凭借这么大的升力,飞艇就可以轻松携带重物了。


    单击按钮查看小型飞艇如何升降。

    飞艇在空气中控制浮力的方式与潜水艇在水中控制浮力的方式非常相似。气袋的作用与压水舱相同,用于容纳“重”空气。当小型飞艇起飞,飞行员通过空气阀门释放气袋中的空气。氦气使得小型飞艇相对于周围空气产生正浮力,所以小型飞艇会上升。飞行员使发动机减速并调节升降舵使小型飞艇呈一定角度飞行。小型飞艇的锥头形状也有助于产生升力。

    随着小型飞艇的上升,外部空气压力下降,气囊中氦气膨胀。然后,飞行员用气泵将空气注入气袋以保持与氦气的压力平衡。注入空气将使小型飞艇更重,为了保持稳定的巡航高度,驾驶员必须平衡空气压力和氦气压力以达到零浮力。飞行员要调节前后气袋的气压差以保持小型飞艇平稳飞行。小型飞艇可在305至2135米之间的任意高度巡航。发动机可提供正向和反向推力,而方向舵用于转向。

    要使飞艇下降,飞行员需向气袋充入空气。这将增加小型飞艇的密度,使其产生负浮力以便下降。 同样,需要调节升降舵来控制下降的角度。

    不使用时,小型飞艇可以系在系留柱上,系留柱可以露天放置或放置在停机棚内。要将小型飞艇移入或移出停机棚,需用牵引机拖拉系有小型飞艇的系留柱。

     

    固特异精神号
    固特异轮胎橡胶公司供图
    固特异精神号(Spirit of Goodyear)从俄亥俄州
    阿克伦城(Akron)Wingfoot湖飞艇基地的停机棚出来

 

由于飞艇采用气体提供升力,而不是像飞机那样靠发动机和机翼,因此飞艇可飞行并悬停而不会消耗燃料或能量。此外,飞艇可停留在空中数小时乃至数日,比飞机和直升机长得多。这些特性使得小型飞艇非常适合用于转播体育赛事、广告以及进行跟踪鲸鱼这样的研究活动。

最近在民用和军用领域,使用坚固的飞艇空运轮船、坦克和钻井平台等重载物的做法又再次兴起。诸如Zeppelin NT和CargoLifter等现代飞艇采用轻质、炭复合材料框架,使得它们体积更大、更轻、结构更坚固。除了吊运货物之外,飞艇还可能再次用于旅游业。所以在不久的未来,大型飞艇掠过长空的景象将可能越来越常见。

  1. 4. 飞艇的用途

  1.  
  2. 1783年,法国的蒙哥夫叶(Montgolfier)兄弟,即雅克•艾帝安(Jacques Etienne)和约瑟夫•米歇尔(Joseph Michel)发明了热气球,并将一个热气球升到了1,800米的高空。 同年晚些时候,法国物理学家让皮拉特瑞•德•罗奇埃(Jean Pilatre de Rozier)完成了首次载人气球飞行。虽然气球可在高空飞行,但它们不靠自身推力前进,完全受风向的摆布。气球的形状由空气或气体(如氢气或氦气)的压力决定。
  3.  
  4.  
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    飞艇的类型
    所有的飞艇都具有坚固的吊舱、发动机驱动的推进器以及坚固的尾翼。
    • 硬式飞艇:通常较长(120米以上),呈雪茄形状,带有内置金属框架和充气袋。例如:兴登堡号
    • 半硬式飞艇:下部金属龙骨连接着加压气球(气囊)。例如:Norge、Italia
    • 非硬式小型飞艇:带大充气气囊。例如:固特异、MetLife、富士(Fuji)

     

    1. 5. 小型飞艇的历史 

  6. 1852年,亨利•吉法德(Henri Giffard)制成世界上第一艘动力飞艇,它含有一个44米长、雪茄形状的充气气袋,配有一个由3马力(2.2千瓦)蒸汽机驱动的推进器。此后,1900年,德国的弗里德里希•冯•齐柏林(Ferdinand von Zeppelin)伯爵发明了第一艘硬式飞艇。

     

    1930 年固特异的首支小型飞艇队
    固特异公司供图
    1930 年固特异的首支小型飞艇队

     

    硬式飞艇带有金属框架,长123米、直径为12米,内含充氢气的橡胶气袋。第一艘齐柏林飞艇有垂直尾翼和方向舵,由内燃机驱动。它载着5名乘客升至396米并飞行了6公里。20世纪初期有几款齐柏林飞艇面世,这些飞行器用于军用和民用,包括横跨大西洋的旅行。最著名的齐柏林飞艇是兴登堡号,它于1937年在美国新泽西州莱克赫斯特(Lakehurst)降落时起火坠毁。请参见“Fall of the Hindenburg”以了解飞艇和坠毁的相关信息。

    1925年,固特异轮胎橡胶公司开始建造按小型飞艇设计的飞艇。这些飞行器用于广告,在整个二战期间也用于军事用途(比如侦查和反潜战)。1962年,美国军方停止了在作战中使用小型飞艇。如今,小型飞艇主要用于广告、电视转播、旅游和一些研究。但是,飞艇的使用正在复兴。

    全意航空可生产各类小型遥控飞艇,2-4人载人飞艇,TEL:18913607772

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