洛马公司高空混合式飞艇项目现状研究

2016-07-05张京男中国运载火箭技术研究院研究发展中心

国际太空 2016年5期

关键词：臭鼬洛马氦气

张京男（中国运载火箭技术研究院研究发展中心）

洛马公司高空混合式飞艇项目现状研究

张京男（中国运载火箭技术研究院研究发展中心）

美国洛马公司（LM）是世界航空航天工业领域的领先者，具有众多创新型军事项目与商业项目，其中，高空飞艇是该公司长期研发的项目之一。近年来，该项目逐渐成熟，并开始推向商业市场，是航空航天项目商业化创新的典型案例。

1　项目发展概况

2015年6月，洛马公司在巴黎航展上公开声明，未来将与美国一家微型企业混合企业有限责任公司（Hybrid Enterprises LLC，简称HE公司）联合在民用市场上销售洛马公司开发的高空混合式飞艇（Hybrid Airship），其商品销售代号为LMH-1。该项目研发前后共经历了20年，由洛马公司自己投资研发，原型机是其研发机构臭鼬工厂设计的P-791（“海象”）高空飞艇验证机。2006年，臭鼬工厂用1/2比例大小的P-791进行试验，搭载了2名工作人员，采用了数字化飞行控制系统以及气垫着陆系统（ACLS），验证了飞行速度、高度、表面材料等各项指标。洛马公司计划2016年开始研制全尺寸的商业级产品，2018年向客户交付。

洛马公司并非首个有兴趣研发此类项目的工业部门，之前已经有几个国家的工业部门研发此类飞行器，但都处于验证阶段，未能成功转化为实际应用，或者并不看好其发展前景而纷纷停止。高空飞艇系统飞行原理提出已有几十年时间，但从未有人以产品的形式将其推向市场并取得盈利。

洛马公司是业内首次将此类项目转化为商业应用，生产首个商业级产品，并开始向市场推广和销售。臭鼬工厂在高空飞艇方面经历了长期的技术验证，充分考虑了项目的经济性，完成了美国联邦航空管理局（FAA）对新型飞行器进行商业飞行的所有强制性审核流程。LMH-1即将完成美国联邦航空管理局要求的产品认证，其20吨级产品正在洛马公司位于加利福尼亚州帕姆代尔市（Palmdale）的航空事业部臭鼬工厂研制。

LMH-1外部结构与功能

LMH-1飞行效果图

臭鼬工厂研制LMH-1的现场

2　飞行器性能与应用

设计指标

LMH-1可承载的最大有效载荷为21t，可承载19名乘客和2名机组人员；有效航程2600km，最大巡航速度111km/h，可携带19000L燃油；货舱容积3m×3m×18m，舱体可滚装或拖车拖运。LMH-1起飞时不需要跑道或平坦的道路，但需要一定的净空间，要求水平前方无遮挡物。满载起飞时需要730m的净空间；非满载时机体较轻，若可垂直起飞仅需要150m净空间。

满载时，LMH-1升力的80%会通过气囊中较轻的氦气产生，另外20%由机体上的翼形结构产生，并有螺旋桨推进，为起飞带来充足的升力。螺旋桨发动机还可以旋转向下，提供额外的升力。

着陆时，起初是在半空中滑行，触及地面时气垫会被轻轻弹起，进而再次触及地面，最终减速并落地。LMH-1着陆时需要足球场大小的地面空间停留。在满足场地要求后，LMH-1会通过气垫下方形成的真空将自身固定在地上，不需要任何类似机棚、锚定装置或停机系留装置。

混合式飞艇升力原理图

应用优势

目前，全球2/3以上的地域和超过50%的人口无法与公路对接，在没有基础设施的条件下，运输的成本、时间与安全性都会成为难以克服的问题。

混合式飞艇多功能应用

（1）可运输性

高空飞艇可将大质量货物与大量人员以极为安全、廉价的方式，在正常的天气条件下运往全球几乎任意地点。未来还可进一步改装升级，LMH-1的后续版本可将货箱直接投放至目标地的舱体内，而不需要吊装或任何承载设备，可实现点对点的大规模运输。

（2）环境适应性

LMH-1消耗的燃料比传统飞机消耗燃油要少得多，可节省燃料成本，实现低碳排放，从经济性、环境噪声、环境污染方面都比传统运输方式优异得多。LMH-1升空、飞行与着陆都不存在噪音，对环境影响小，只要是平坦地形均可着陆起飞，不需要修建机场、跑道或控制站等任何基础设施。LMH-1可在条件苛刻的地表，包括雪地、冰面、沙地、草地、泥地等起飞和着陆，只要表面平坦即可，甚至可以落在水上，季节适应性强。

（3）系统安全性

LMH-1结构设计简易，具有极强的韧性，机动与巡航速度低，利用氦气球产生浮力可避免飞行失速或者熄火等问题，从而可保持尖端的飞行控制、导航与电子设备的可靠性。

（4）廉价性

据美国行业分析人员判断，LMH-1的零部件数量只有同级别飞机的1/3。按照臭鼬工厂当前的设计，价格约2500万～3000万美元，相当于传统货运飞机的30%～50%。据臭鼬工厂工程师透露，同样质量货物的运输，LMH-1消耗燃油仅相当于重型直升机的1/10，但航程比直升机远得多。

洛马公司航空系统事业部执行副总裁（左）与HE公司CEO

3　项目合作与进展

2015年6月16日，洛马公司与HE公司建立战略合作关系后，HE公司成为洛马公司LMH-1产品销售与市场开拓的专属代理商，双方将在2018年交付第一架商业产品。

混合式飞艇对比其他运输工具的燃油成本与速度

洛马公司目前是美国乃至世界航空航天领域技术与产品最具前沿性的军工企业。

HE公司专业从事全球120多个国家货运飞机的销售、租赁、运营与市场开拓，后续还将销售洛马公司更大的高空飞艇型号。为了确保LMH-1产品与市场无缝对接，HE公司承担的职能主要是销售、技术分析、提供融资方案、提供售后增值服务，包括全球范围内建立运营商、提供训练服务、供应链与物流工作、维护保障服务等。该公司目前员工人数仅有7名，包括4名执行董事，仅设有公司执行董事与咨询委员会，可见公司成立是专门服务于LMH-1项目的。

4　未来发展思路及面临的问题

发展思路

按照洛马公司的发展思路，只有明确了项目的市场价值能达到10亿美元以上之后，才会进行风险投资，开展研发和市场布局。因此，将LMH-1推向市场之前必然是做了大量的行业现状与市场需求分析。

洛马公司LMH-1产品的客户定位是全球大型集团或者租赁公司，从而满足将大宗货物运送至缺少基础设施的地方。洛马公司LMH-1产品的口号为“the road not needed”，意思是“无需道路的运输”。洛马公司并不希望向个人用户销售LMH-1，虽然价格还没有最终核定下来，但肯定是个人用户所无法承受的。同时，公司并没有排除未来LMH-1投入军事应用的可能性，如果军方感兴趣，会积极促成相关应用。

HE公司预期将该产品推向采矿业、石油与煤气产业，帮助在偏远地带开展大型工程的工业部门和政府，还可以用于人道主义救援和灾后重建等。

1937年，德国“兴登堡”飞艇爆炸燃烧现场

面临的问题

一是存放问题。LMH-1产品虽然运输能力较高，有效载荷能达到21t，但由于需要密度比空气小得多的氦气形成浮力，其体积比较庞大，充满氦气后其大小有一个足球场那么大。因此，存放问题可能会成为其商业应用的一个不利因素，有待给出更好的解决方案，或者客户愿意接受现有的存放方式。

二是成本问题。LMH-1产品的经济运行效果在一定程度上取决于氦气制取的成本以及运送的货物价值。若是高价值石油、矿产等货物，则LMH-1应用中带来的收入能够大大超过氦气成本；但若是用于低价值货物，则该产品的商业应用将不可持续。曾有人提出将氦气制取成本降下来，从而提高商业利润，但据专业人士分析，氦气成本目前已无法再降低，甚至未来还会变得更高。

三是市场需求。虽然洛马公司通过20年的研究、试验与行业分析，但行业内并未对该领域市场前景形成共识，甚至有些分析人员认为市场需求其实并不强烈，之前也从未有过成功的商业模式，进行大量投入很可能会白白投钱。因此，市场需求问题将是LMH-1项目成功与否的第一因素。

四是安全问题。高空飞艇虽然概念由来已久，但从未进行过任何商业级应用，是一个全新的产品样式，之前出现的安全问题也值得关注。1937年，德国研制的“兴登堡”（Hindenburg）飞艇从欧洲大陆跨越大西洋，在美国的新泽西州降落着陆。当时的飞艇气囊由氢气填充，据不完全分析，由于云层过厚使气囊表面积累了过多的电荷，在绳索触地瞬间产生强大电流，使整个气囊突然爆炸并剧烈燃烧，造成重大人员和财产损失，但具体原因一直都未能调查清楚。虽然现在的填充气体是惰性的氦气，但安全问题仍不容忽视。