王 平（中國(guó)特種飛行器研究所，湖北 荊門 448035）

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重載飛艇旋翼式動(dòng)力方案及適用性分析

王 平
（中國(guó)特種飛行器研究所，湖北 荊門 448035）

摘 要：本文介紹了重載飛艇旋翼式動(dòng)力方案的系統(tǒng)組成、工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合重載飛艇在不同應(yīng)用領(lǐng)域的使用要求，對(duì)重載飛艇旋翼式動(dòng)力方案進(jìn)行了適用性分析，給出了該動(dòng)力方案在不同領(lǐng)域的應(yīng)用建議。

關(guān)鍵詞：重載飛艇；旋翼式動(dòng)力方案；適用性

0 引言

重載飛艇是浮空飛行器家族中的超級(jí)成員，具有載荷能力大、容積空間大、能源消耗少、起降方便、經(jīng)濟(jì)性好、安全性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，可在山區(qū)、沙漠、雪地、水面等野外地形起降，能夠廣泛應(yīng)用于超大超重貨物點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)輸、觀光旅游、工程架設(shè)、應(yīng)急救援等領(lǐng)域，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前景，美國(guó)、加拿大、俄羅斯、英國(guó)、法國(guó)和中國(guó)等航空大國(guó)都在積極研制。

目前，已知的重載飛艇項(xiàng)目包括LCA-60T、LMH-1、Pelican、Dominion、Skyhook JHL-40、Skycat、Gepard、Sky Lifter等十余個(gè)。其中，中國(guó)中航通用飛機(jī)有限責(zé)任公司和法國(guó)飛鯨控股公司聯(lián)合研制的60t級(jí)重載飛艇（LCA-60T）進(jìn)入了詳細(xì)設(shè)計(jì)階段；美國(guó)洛克希德·馬丁公司研制的20t級(jí)重載飛艇已經(jīng)完成試驗(yàn)艇（P791）試驗(yàn)試飛，其定型艇（LMH-1）也即將進(jìn)入批生產(chǎn)；美國(guó)aeros公司研制的Pelican試驗(yàn)艇也完成了試驗(yàn)試飛。

圖1旋翼式動(dòng)力系統(tǒng)組成示意圖

1 旋翼式動(dòng)力方案

1.1 系統(tǒng)功能

（1）提供垂直向上的升力，用以提升有效載荷，并控制飛艇上升和下降；

（2）提供順航向推力，用以推動(dòng)飛艇水平飛行；

（3）提供其他方向的輔助推力，用以實(shí)現(xiàn)飛艇姿態(tài)控制，并消除側(cè)風(fēng)和垂直突風(fēng)帶來的負(fù)面影響。

1.2 系統(tǒng)組成

旋翼式動(dòng)力系統(tǒng)通常由旋翼、螺旋槳、發(fā)動(dòng)機(jī)、安裝平臺(tái)、能源、控制模塊以及其他重要部分組成，如圖1所示。

旋翼：旋翼由槳轂和槳葉組成，直徑較大，是重要的升力部件，由渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。一艘旋翼式重載飛艇通常配置4套或更多的旋翼，對(duì)稱安裝于飛艇中心線兩側(cè)，這樣既有利于增加升力總量，也有利于保持飛艇重心平衡。目前世界各國(guó)的旋翼技術(shù)都很成熟，安全可靠，升力很大，完全能滿足旋翼式重載飛艇對(duì)旋翼的需求。

你說說，時(shí)為國(guó)家電網(wǎng)公司生產(chǎn)技術(shù)部主任的鄧永輝會(huì)缺錢嗎？肯定不缺！然而，鄧永輝卻以買房缺錢的名義，向北京澤源惠通科技公司老板劉某提出借款300萬元。劉某當(dāng)然清楚，這是鄧永輝在訛他，明知是個(gè)當(dāng)也得裝憨去上哇，因?yàn)樗揽苦囉垒x在國(guó)家電網(wǎng)的地位牽線做業(yè)務(wù)。因此，劉某先后5次送給鄧永輝362萬元和一套價(jià)值34.7萬元的紅木家具。

表1旋翼式動(dòng)力方案與其他動(dòng)力方案的區(qū)別

螺旋槳：螺旋槳由槳轂和槳葉組成，直徑較小，由渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。螺旋槳的主要作用有兩點(diǎn)：一是產(chǎn)生順航向推力，推動(dòng)飛艇水平飛行；二是產(chǎn)生其他方向的輔助推力，實(shí)現(xiàn)飛艇姿態(tài)控制，對(duì)抗側(cè)風(fēng)和垂直突風(fēng)，保持飛艇穩(wěn)定。產(chǎn)生順航向推力的螺旋槳，根據(jù)需要選用適量的功率和數(shù)量，對(duì)稱安裝于飛艇中心線兩側(cè)。產(chǎn)生其他方向輔助推力的螺旋槳，根據(jù)需要選擇適量的功率和數(shù)量，布置于飛艇前后左右各個(gè)方向。部分螺旋槳具有矢量轉(zhuǎn)向功能，兼顧順航向推力和輔助推力的功能。

發(fā)動(dòng)機(jī)：發(fā)動(dòng)機(jī)的主要作用是驅(qū)動(dòng)旋翼和螺旋槳工作，有需要時(shí)也可以發(fā)電。發(fā)動(dòng)機(jī)通常選用渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)和渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，這兩類發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)都很成熟，安全可靠，能夠滿足大型旋翼和螺旋槳的功率需求。

安裝平臺(tái)：旋翼式動(dòng)力系統(tǒng)各主要部件大都安裝于硬式安裝平臺(tái)上。根據(jù)設(shè)計(jì)的不同，硬式安裝平臺(tái)可以單獨(dú)布置于飛艇下方，也可以融入飛艇整體硬式結(jié)構(gòu)中去，并不拘泥于形式。

1.3 與其他重載飛艇動(dòng)力方案的區(qū)別

由于旋翼式動(dòng)力方案中增加了旋翼升力部件，改變了系統(tǒng)工作原理，因而與其他重載飛艇動(dòng)力方案也有了較大的區(qū)別，見表1。

2 優(yōu)點(diǎn)和不足

與其他重載飛艇動(dòng)力方案相比，旋翼式動(dòng)力方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）載荷能力大：旋翼式重載飛艇載荷能力的大小主要取決于旋翼的功率和旋翼的數(shù)量。旋翼的功率越大，旋翼的數(shù)量越多，則旋翼式重載飛艇的載荷能力越大。有的旋翼單套升力可以達(dá)到50t以上，這意味著旋翼式重載飛艇的有效載荷可以達(dá)到200t以上，相當(dāng)于米-26重型運(yùn)輸直升機(jī)有效載荷的8倍，相當(dāng)于CH-47中型運(yùn)輸直升機(jī)的20倍。

（2）飛艇體積小：旋翼式重載飛艇的氦氣浮力主要用于克服自身重量，其載荷部分的重量由旋翼承擔(dān)，因而可以少充很多氦氣，能有效減小飛艇的體積，從而減小飛艇在各個(gè)方向的受風(fēng)面積，降低水平風(fēng)和垂直突風(fēng)的影響，提高飛艇平臺(tái)穩(wěn)定性能。其他重載飛艇，其自身重量和有效載荷的重量都通過氦氣的浮力來克服，因而飛艇的體積也更大。以50t有效載荷為例，其他重載飛艇克服這些載荷需要增加大約6萬m3氦氣，而旋翼式重載飛艇則只需要增加幾千立方米氦氣克服系統(tǒng)重量，可以減少大約5 萬m3氦氣。由此可見，旋翼式重載飛艇在體積上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

（3）裝卸便捷：在旋翼式動(dòng)力方案中，旋翼承擔(dān)了提升載荷的任務(wù)，改變載荷不會(huì)對(duì)飛艇重浮力產(chǎn)生影響，在裝卸過程中 無須考慮和實(shí)施重浮力平衡調(diào)節(jié)，不論是滿載貨物還是半載貨物，不論是在野外還是基地，都可以即裝即走，從而節(jié)約了大量時(shí)間和成本。在其他重載飛艇中，卸除載荷時(shí)需要增加其他壓艙物（水、泥土、壓縮空氣、其他貨物等），裝載貨物時(shí)則需要卸除其他壓艙物，從而增加了裝卸工作內(nèi)容，限制了裝卸速度，影響了裝卸效率。

（4）控制精確：在旋翼式動(dòng)力方案中，旋翼負(fù)責(zé)提升載荷和控制飛艇上升下降，螺旋槳負(fù)責(zé)飛艇前進(jìn)和姿態(tài)控制，兩者各司其職，互不影響。由此帶來的好處是控制流程和指令得到簡(jiǎn)化，旋翼和螺旋槳只需要對(duì)自己的單一指令做出響應(yīng)，不會(huì)出現(xiàn)需求沖突或響應(yīng)遲滯等現(xiàn)象，從而保證了飛艇精確、敏捷的飛行品質(zhì)。

與其他重載飛艇動(dòng)力方案相比，旋翼式動(dòng)力方案存在燃油消耗偏大的不足。

（5）燃油消耗大：在旋翼式動(dòng)力方案中，消耗燃油是旋翼承擔(dān)提升載荷任務(wù)的基礎(chǔ)。提升載荷越大，提升時(shí)間越長(zhǎng)，則燃油消耗越多。而在其他重載飛艇中，提升更多的載荷以及提升更長(zhǎng)的時(shí)間都不會(huì)產(chǎn)生更多的燃油消耗。值得慶幸的是，與重型直升機(jī)相比，旋翼式重載飛艇的燃油消耗還是非常節(jié)省的。

3 適用性分析

根據(jù)前期國(guó)際和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)調(diào)研結(jié)果顯示，重載飛艇在貨物運(yùn)輸、旅游觀光、工程架設(shè)、應(yīng)急救援等領(lǐng)域具有廣泛的市場(chǎng)需求。

貨物運(yùn)輸包括常規(guī)貨物運(yùn)輸（如偏遠(yuǎn)地區(qū)的木材）和超大超重貨物運(yùn)輸（如飛機(jī)部件）。常規(guī)貨物運(yùn)輸往往路途遙遠(yuǎn)、反復(fù)運(yùn)送，對(duì)經(jīng)濟(jì)性要求較高，相同條件下，其他類型的重載飛艇更為適合。超大超重貨物運(yùn)輸往往運(yùn)輸次數(shù)不多，對(duì)裝卸過程精度控制要求較高，采用旋翼式重載飛艇則更為適合。

旅游觀光通常包括小范圍短途旅游和跨區(qū)域長(zhǎng)途旅行。短途旅游往往需要反復(fù)起降、頻繁換客，對(duì)裝卸便捷程度要求較高，采用旋翼式重載飛艇則更為適合。長(zhǎng)途旅行往往飛行時(shí)間較長(zhǎng)，換客頻率較低，更注重經(jīng)濟(jì)性，因而采用其他重載飛艇更適合。

工程架設(shè)通常包括高壓電塔運(yùn)輸和架設(shè)、風(fēng)電機(jī)組運(yùn)輸和架設(shè)、石油管路運(yùn)輸和架設(shè)、橋梁部件運(yùn)輸和架設(shè)等。這些工作對(duì)載荷能力、起降頻率、裝卸便捷程度、控制精度等都要求較高，采用旋翼式重載飛艇比較適合。

應(yīng)急救援通常是在重大災(zāi)害（如地震、洪水）發(fā)生后，在災(zāi)區(qū)搜索和救出受災(zāi)群眾，或者向?yàn)?zāi)區(qū)運(yùn)輸救生物資。對(duì)應(yīng)急救援來說，時(shí)間就是生命，對(duì)載荷能力、起降速度、裝卸便捷程度等要求較高，采用旋翼式重載飛艇比較適合。

結(jié)語

旋翼式動(dòng)力方案具有載荷能力強(qiáng)、裝卸便捷、控制精確等優(yōu)點(diǎn)，在超大超重貨物運(yùn)輸、短途旅游觀光、工程架設(shè)、應(yīng)急救援等領(lǐng)域具有較好的適用性。采用旋翼式動(dòng)力方案的重載飛艇，將會(huì)是優(yōu)秀且重要的大型航空運(yùn)輸平臺(tái)，為促進(jìn)人類社會(huì)建設(shè)、提高人類生活水平發(fā)揮積極和重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào)：P231

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A