重載飛艇旋翼式動力方案及適用性分析

王 平（中國特種飛行器研究所，湖北 荊門 448035）

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重載飛艇旋翼式動力方案及適用性分析

王 平
（中國特種飛行器研究所，湖北 荊門 448035）

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

關鍵詞：重載飛艇；旋翼式動力方案；適用性

0 引言

重載飛艇是浮空飛行器家族中的超級成員，具有載荷能力大、容積空間大、能源消耗少、起降方便、經濟性好、安全性高等諸多優(yōu)點，可在山區(qū)、沙漠、雪地、水面等野外地形起降，能夠廣泛應用于超大超重貨物點對點運輸、觀光旅游、工程架設、應急救援等領域，具有遠大的發(fā)展前景，美國、加拿大、俄羅斯、英國、法國和中國等航空大國都在積極研制。

目前，已知的重載飛艇項目包括LCA-60T、LMH-1、Pelican、Dominion、Skyhook JHL-40、Skycat、Gepard、Sky Lifter等十余個。其中，中國中航通用飛機有限責任公司和法國飛鯨控股公司聯合研制的60t級重載飛艇（LCA-60T）進入了詳細設計階段；美國洛克希德·馬丁公司研制的20t級重載飛艇已經完成試驗艇（P791）試驗試飛，其定型艇（LMH-1）也即將進入批生產；美國aeros公司研制的Pelican試驗艇也完成了試驗試飛。

圖1旋翼式動力系統(tǒng)組成示意圖

1 旋翼式動力方案

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，用以推動飛艇水平飛行；

（3）提供其他方向的輔助推力，用以實現飛艇姿態(tài)控制，并消除側風和垂直突風帶來的負面影響。

1.2 系統(tǒng)組成

旋翼式動力系統(tǒng)通常由旋翼、螺旋槳、發(fā)動機、安裝平臺、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)動機驅動。一艘旋翼式重載飛艇通常配置4套或更多的旋翼，對稱安裝于飛艇中心線兩側，這樣既有利于增加升力總量，也有利于保持飛艇重心平衡。目前世界各國的旋翼技術都很成熟，安全可靠，升力很大，完全能滿足旋翼式重載飛艇對旋翼的需求。

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表1旋翼式動力方案與其他動力方案的區(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)動機驅動。螺旋槳的主要作用有兩點：一是產生順航向推力，推動飛艇水平飛行；二是產生其他方向的輔助推力，實現飛艇姿態(tài)控制，對抗側風和垂直突風，保持飛艇穩(wěn)定。產生順航向推力的螺旋槳，根據需要選用適量的功率和數量，對稱安裝于飛艇中心線兩側。產生其他方向輔助推力的螺旋槳，根據需要選擇適量的功率和數量，布置于飛艇前后左右各個方向。部分螺旋槳具有矢量轉向功能，兼顧順航向推力和輔助推力的功能。

發(fā)動機：發(fā)動機的主要作用是驅動旋翼和螺旋槳工作，有需要時也可以發(fā)電。發(fā)動機通常選用渦槳發(fā)動機和渦軸發(fā)動機，這兩類發(fā)動機技術都很成熟，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：旋翼式動力系統(tǒng)各主要部件大都安裝于硬式安裝平臺上。根據設計的不同，硬式安裝平臺可以單獨布置于飛艇下方，也可以融入飛艇整體硬式結構中去，并不拘泥于形式。

1.3 與其他重載飛艇動力方案的區(qū)別

由于旋翼式動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力方案也有了較大的區(qū)別，見表1。

2 優(yōu)點和不足

與其他重載飛艇動力方案相比，旋翼式動力方案具有以下優(yōu)點：

（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量。旋翼的功率越大，旋翼的數量越多，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到50t以上，這意味著旋翼式重載飛艇的有效載荷可以達到200t以上，相當于米-26重型運輸直升機有效載荷的8倍，相當于CH-47中型運輸直升機的20倍。

（2）飛艇體積?。盒硎街剌d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，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方向的受風面積，降低水平風和垂直突風的影響，提高飛艇平臺穩(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。

（3）裝卸便捷：在旋翼式動力方案中，旋翼承擔了提升載荷的任務，改變載荷不會對飛艇重浮力產生影響，在裝卸過程中 無須考慮和實施重浮力平衡調節(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)約了大量時間和成本。在其他重載飛艇中，卸除載荷時需要增加其他壓艙物（水、泥土、壓縮空氣、其他貨物等），裝載貨物時則需要卸除其他壓艙物，從而增加了裝卸工作內容，限制了裝卸速度，影響了裝卸效率。

（4）控制精確：在旋翼式動力方案中，旋翼負責提升載荷和控制飛艇上升下降，螺旋槳負責飛艇前進和姿態(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化，旋翼和螺旋槳只需要對自己的單一指令做出響應，不會出現需求沖突或響應遲滯等現象，從而保證了飛艇精確、敏捷的飛行品質。

與其他重載飛艇動力方案相比，旋翼式動力方案存在燃油消耗偏大的不足。

（5）燃油消耗大：在旋翼式動力方案中，消耗燃油是旋翼承擔提升載荷任務的基礎。提升載荷越大，提升時間越長，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的時間都不會產生更多的燃油消耗。值得慶幸的是，與重型直升機相比，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

根據前期國際和國內市場調研結果顯示，重載飛艇在貨物運輸、旅游觀光、工程架設、應急救援等領域具有廣泛的市場需求。

貨物運輸包括常規(guī)貨物運輸（如偏遠地區(qū)的木材）和超大超重貨物運輸（如飛機部件）。常規(guī)貨物運輸往往路途遙遠、反復運送，對經濟性要求較高，相同條件下，其他類型的重載飛艇更為適合。超大超重貨物運輸往往運輸次數不多，對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)域長途旅行。短途旅游往往需要反復起降、頻繁換客，對裝卸便捷程度要求較高，采用旋翼式重載飛艇則更為適合。長途旅行往往飛行時間較長，換客頻率較低，更注重經濟性，因而采用其他重載飛艇更適合。

工程架設通常包括高壓電塔運輸和架設、風電機組運輸和架設、石油管路運輸和架設、橋梁部件運輸和架設等。這些工作對載荷能力、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。

應急救援通常是在重大災害（如地震、洪水）發(fā)生后，在災區(qū)搜索和救出受災群眾，或者向災區(qū)運輸救生物資。對應急救援來說，時間就是生命，對載荷能力、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。

結語

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

參考文獻

［1］陳玲.大型運輸飛艇發(fā)展現狀與市場分析［R］.中國航空報，2014-07-31.

［2］孟昭昂.重載飛艇市場調研分析報告［R］.2014-05-31.

中圖分類號：P231

文獻標識碼：A