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  过去十年,在阿富汗与伊拉克的军事行动中,美国军队日益严重依赖有人驾驶和无人驾驶飞行器为地面部队提供不间断或者几乎不间断的支持。无人驾驶飞行器滞留在空中特定位置(或者称为“轨道”),一直以来主要用于提供有关地面活动的及时信息,以及在接到通知就马上攻击地面目标。这些飞行器中最引人注目是美国国防部的“捕食者”(Predator)、“死神”(Reaper)和“全球鹰”(Global Hawk)无人机机群,然而,卫星与包括战斗机、远程轰炸机等在内的有人驾驶传统飞机也发挥了重要作用

  那些所谓的“不间断”或者“持续”的任务要求,导致美国空军大幅度扩大其无人驾驶飞机机群,美国陆军、海军与海军陆战队已经或者打算将类似的飞行器投入战场,以获得它们自己的情报、监视与侦察(intelligence, surveillance, and reconnaissance, ISR)和轻型空中攻击能力。无人驾驶飞机对于执行许多任务来说,非常具有吸引力,因为它们可以具有超出飞行员身体所能承受的续航时间,使他们不必承担在敌对空域作战的潜在风险

  鉴于对能够长时间滞留在空中的飞行器需求,人们对用飞艇取代现有的传统飞行器抱有相当深厚的兴趣。尽管无人驾驶飞艇尚未被证实,但是它们具有长时间滞留在空中的潜能——具备传统飞行器许多倍的任务持续时间,这将会是有实用价值的。因此,美国各军种正在研究利用各种不同设计的无人驾驶飞艇搭载情报、监视与侦察传感器的可行性

  将情报、监视与侦察飞艇投入战场所需的技术也可用在空运飞艇——运输人员、装备或者其他货物的飞艇。用于载货的飞艇是有人驾驶还是无人驾驶,应取决于它们所担负的具体任务。尽管各军种对空运飞艇开发的资金投入一直受到限制,但是一些私营公司正在研究设计的可行性,或者正在建造空运飞艇原型机

  在这份文件中,美国国会预算办公室(Congressional Budget Office, CBO)分析了飞艇执行情报、监视与侦察任务和空运任务的潜在能力。概括地说,美国国会预算办公室认为

  如果计划中的有效载荷、速度和续航时间都可以实现,无人驾驶飞艇有可能在情报、监视与侦察任务和空运任务中有效发挥作用

  相对于目前用于情报、监视与侦察任务和空运任务的传统飞行器而言,飞艇的性能参数具有某些优势与缺陷

  飞艇将带来运营方面的全新挑战,如它对天气条件更加灵敏以及需要特定的维护与支持等

  因为现代军用飞艇技术的发展还处于初期阶段,在大多数情况下,其成本估计具有高度不确定性,因此,国会预算办公室在这里并没有分析飞艇的成本。虽然国会预算办公室确实对飞艇和其他飞行器的能力进行了比较,但是评估成本效益也需要分析各种技术发展成熟所需的成本

  飞艇被看成是具备军事用途的首种飞行器。早在1914年,德国海军的飞艇就飞行在海面上执行巡逻任务,1915年初,首架“齐柏林”(zeppelin)飞艇轰炸英国。从1917年开始,美国海军使用各种飞艇执行海上巡逻和舰队侦察任务。其中,最著名的是大型刚性框架飞艇——分别于20世纪20年代和30年代初期建造的“雪伦多亚”号(Shenandoah)和“阿克伦”号(Akron)。在商业性服务方面,20世纪30年代初,飞艇被用于实施横跨大西洋的定期客运,这先于固定翼飞机好几年

  在军事航空的初期,飞艇是相当具有吸引力的,因为有氢气或者氦气提供升力,发动机只要提供以相对较低的速度移动所需的动力,艇身只要坚固到能够支持自身重量并承受低速飞行产生的较低压力的程度。相比之下,固定翼飞机需要更加坚固的机身结构和更加强大与可靠的发动机,因为它们的升力来自于高速空气推动机翼。第二次世界大战期间,机身设计、机身材料技术以及飞机发动机的迅速发展,在很大程度上克服了固定翼飞机的缺点。此外,战争期间及其之后的防空武器改进,致使军事规划者们后来得出结论:飞艇速度太慢,非常容易受到地面火力的攻击,尤其是当面临前苏联等技术发达的对手时。因此,美国对发展飞艇的兴趣逐渐减退

  然而,冷战结束后,美国迎来了在更多时候要面对作战能力较弱的对手的新时代。过去十年间,例如在伊拉克和阿富汗,防空力量已经基本上不复存在,使得具备有限自卫功能的飞机——特别是MQ-1“捕食者”与MQ-9“死神”固定翼无人机——能够在不设防的领土上空几乎不间断地飞行。在这些国家及其之外地区冲突的性质,特别要求运用持续不断的空中能力实现对地面目标的情报、监视与侦察与有限度的导弹攻击。美国国防部正在研究使用飞艇执行上述持续长时间任务的方法。尽管国防部目前的研究重点是用于执行情报、监视与侦察任务的飞艇,但是也有人建议在飞艇上配备武器

  使用飞艇实施空运也不时引起军界的兴趣。特别是20世纪90年代,美国军界出现了对快速空中部署的关注,在第一次伊拉克战争期间,美军使用了沙特阿拉伯的大型空军基地,如果将来没有那样的空军基地可以利用,快速空中部署将不可能实现。发展空运飞艇的支持者们认为,这些飞艇能够降落在任何合适的大面积空旷地带,可以减少军队对海外基地的依赖。尽管倡导者们表示,空运飞艇的运输能力要比最大的固定翼运输机多出数倍,但是这种飞行器的设计只是停留在纸面上或者缩比演示型飞艇上

  现代飞艇和浮空器(通常指高度限制在1000英尺以下的系留飞艇)从其外部结构内或者气囊内的氦气获得部分或者全部升力。飞艇气囊分为三种:硬式、半硬式和软式。硬式气囊通过内部框架保持形状;德国的“齐柏林”等早期的飞艇采用硬式气囊。半硬式气囊依靠沿其底部分布的框架分摊重量。软式飞艇没有框架,只通过气体与气囊设计来保持形状。大型体育赛事上时常出现的现代小飞艇通常是软式飞艇。许多早期的飞艇因气囊内使用了易燃气体(氢气)而具有可能着火的巨大风险,与它们不同,现代飞艇几乎全部使用不能着火的氦气。但是,即使是充氦飞艇也面临因着火而损毁的风险,因为燃料等其他组件也可以燃烧

  传统式飞艇,无论是硬式、半硬式还是软式,都仅依靠氦气浮力实现飞行。“混合式”飞艇是最近的一项创新,综合利用氦气产生的浮升力、气囊形状产生的空气动力学升力以及可变推力(俗称“矢量推力”)停留在空中。混合式飞艇因利用了三个不同形式的升力,较只靠上浮力的传统飞艇而言,在氦气体积一定的情况下,能够携带更重的载荷(有效载荷更大),也具有更强的上升控制能力

  如今,美国海军正利用传统的软式飞艇——MZ-3A型飞艇——携带潜在的载荷进行实验,研究飞艇在实际作战中可能的使用方法。美国陆军、空军和国防高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA)都正在研究其他的飞艇设计,重点放在用于情报、监视与侦察的无人驾驶飞行器上。美国国防部的其他组织——如,导弹防御局(Missile Defense Agency)和联合简易爆炸装置控制组织(Joint Improvised Explosive Device Defeat Organization)等,也在飞艇技术上投入了大量资金。仅在过去两年间,美国国防部已在“轻于空气的”平台项目上投资5亿万美元,并打算在将来再追加资金投入

  尽管美国国土安全部(Department of Homeland)和国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration)等其他政府机构也已经研究或者正在研究飞艇潜在的设计和用途,但是它们在飞艇项目上的投入不如国防部的多。此外,一些私营部门正出资开展飞艇研发,可能会产生适合国防部采用的飞艇设计

  美军希望用于在阿富汗和伊拉克执行一般情报、监视与侦察任务的飞行器具备下列特点:接近连续的空中存在、只有适度的载重能力来搭载合适的传感器组件、几乎或完全不具备防空能力。在这种情况下,飞艇的性能特点具备某些显著优势,但与国防部目前用于空中情报、监视与侦察的固定翼飞机和空间卫星相比较,也有各种各样的缺点

  无人驾驶飞艇在执行情报、监视与侦察任务方面,较传统的无人机系统具有潜在的更高效率。因为无人驾驶飞艇能够更长时间地停留在空中,所以有可能通过使用较少数量的无人驾驶飞艇实现持续的情报、监视与侦察。因为飞艇起降不需要长跑道,所以它在着陆方面较传统飞行器具有更强的灵活性。然而,在恶劣的天气条件,飞艇在使用上可能会具有较少的灵活性。强风会使飞艇难以控制,特别是在靠近地面时;在强风地区,保持飞艇停留在上空需要消耗更多的油料,从而显著降低其值班时间

  像隐形无人机以外的其他无人机一样,情报、监视与侦察飞艇将可能被主要用于安全的领空。然而,如果飞艇遭遇到敌方防空火力,其生存性将取决于具体的交战环境。相对于RQ-4“全球鹰”等固定翼无人机,运行在高空中的飞艇更难被敌方的声学、红外和雷达探测设备发现,因为它们可以设计成低噪音和低温,在某些设计中,为避免被雷达发现,其结构由雷达吸波材料或者软式材料制成。它们的飞行高度也将超出大多数地(舰)对空导弹或者防空炮的射程。相比之下,低空运行的飞艇可能会比传统飞行器更易被发现,因为其速度较低,尺寸较大。一旦被发现,这些飞艇与尺寸较小、速度较高的传统飞行器相比,可能会更易被地面炮火击中,但是事实证明它们具有更强的抗损性。例如,飞行中的传统飞行器受损时,动态应力可能引起其解体,然而因飞艇速度较低,动态应力对其影响较小,又因气囊内压强稍微比周围大气压强高一点,氦气从不太大的洞孔中泄漏缓慢

  相对于传统固定翼飞机来说,由于飞艇以牺牲速度换取续航时间,它们对地面上变化的环境作出反应时,可能在迅速变换情报、监视与侦察的轨道位置上具有较小的灵活性。同样,如果在先前安全的环境中突然出现防空威胁,飞艇将需要更多的时间从该地区飞出,才能到达安全空域。飞艇较低的速度也会使在非常辽阔任务地区搜索进度放缓。(其他所有条件相同,搜索进度——在特定的时间内覆盖的区域,理论上被定义为飞行器的速度与传感器对飞行路径两侧检测范围的乘积——在低速飞行时,数值较小。)然而,在需要近距离观察的较小区域内,这种限制会明显变小

  飞艇可以使用的传感器较卫星所使用的简单得多,价格也低得多。由于飞艇飞行在较低的高度,它们可以采用较小的、不太灵敏的天线来检测电子发射,也可以采用较小的、性能较差的光学器件来获得给定的图像分辨率。此外,飞艇上使用的传感器在其整个使用寿命内可以进行维护与修理,而卫星使用的传感器就不能。此外,卫星发射时,其能够携带的传感器有一定的限度,但飞艇携带的感器类型可以根据任务的需要有所选择,当出现改进型传感器时就可以运用

  飞艇可连续位于需要进行情报、监视与侦察地域的上空(易受天气、防空等影响,要不就受到空域限制),而卫星只能侦察飞行轨道下方的区域。然而,卫星具有非常大的视野优势,因为它们距离地面非常远。除此之外,尽管卫星在可预见的地球轨道上运行,可以很容易地被跟踪到,但是它们非常难以攻击。而且,卫星不受空域限制

  飞艇技术上的发展没有经过实际使用验证,现代飞艇相对传统无人机系统仍然具有相当大的风险。飞艇的关键系统——气囊材料与推进、电力、飞行控制系统,工作数周或数月都不需维护的传感器——所需的许多技术尚处于发展的初期阶段。此外,美国军方在飞艇使用、维护和支持方面具有较少的经验。需要关注的问题包括:飞艇填充气体的贮存;飞艇自身的贮存;建造飞艇气囊的特大幅材料的维护;飞艇地面机动的安全性;尤其是风对飞艇的影响

  成本是另一个关键的问题。一些支持者声称,飞艇的采购与使用成本较卫星或其他航空器的要低。他们举例说明,飞艇相对于固定翼飞行器,燃料消耗明显降低。然而,飞艇的成本仍然不明确,因为技术尚处于发展的初期阶段,采购、操作、维修和支持的详细情况也未明确。例如,获得大量的氦气的成本,贮存气体、将气体配送到世界各地的地场所需的设备等具体细节目前还不清楚。由于这此不确定性的存在,进行成本估计将是非常不可行。因此,在这份文件中,国会预算局没有通过与其他类型的飞行器和卫星对比较,研究飞艇的成本

  尽管,美国军方目前对飞艇的兴趣主要集中在情报、监视与侦察平台上,但是飞艇还可以开发用于运输货物——装备、补给或者人员——在战区内或者战区间。混合式飞艇将可能是空运飞艇的首选设计,因为在气体量一定的情况下,具有更强的运输能力;当它们接近地面时,更加容易操作,特别是在装卸过程中,总重量(飞艇重量加上货物重量)极大地发生改变

  飞艇运输与其他运输方式相比,将具有多个方面的优势。特别是,飞艇与其传统飞行器相比,可能对固定地面设施的依赖程度更小,而传统飞行器需要使用空军基地,就像军舰需要使用港口一样。因此,飞艇可以向缺少那种设施的地域交付大量物资。此外,如果一些计划中的设计被证明技术上可行,飞艇较固定翼飞机能携带更大的载荷,较船只能更快速到达目的地。此外,如果飞艇能够被证明其燃油效率可以达到其支持者们声称的水平,其运营成本或许较现在的飞机有大幅度减少,如果燃料价格上涨,这种优势将更加明显。(2009财政年度,美国空军运输机所消耗燃料成本占到其能源总成本的近百分之四十。)然而,因油耗更低而节省的成本,可能会被尚未被确定或者量化的其他成本所抵消

  有人已经提议发展可搭载不同大小载荷的混合式飞艇。载重量为20吨(与C-130战区内运输机的载重量相当)的飞艇,可以不依赖跑道起降,只比直升机的速度稍微慢了一点,但是载重量却有实质性的增加。载重量为50吨(与C-17跨战区运输机的平均有效载荷相当)或者更多的飞艇,可以补充今天的战略运输机和海运舰船。能够运输几百吨货物的超大货运飞艇,与传统运输机相比具有更大的载重量,但速度更低,与货船相比具有更小的载重量,但速度更高。然而,有人对建造与使用如此庞大飞行器的可行性表示怀疑——据估计,载重能力为500吨左右的飞艇大约长1000英尺,宽300英尺

  使用飞艇实施空运出存在其他方面的风险。飞艇在以上讨论的情报、监视与侦察任务使用上仍会存在不足,如对气象条件非常敏感等。与其他类型的飞艇一样,用于战术空运(战区内空运)的飞艇,如果必须飞越不安全的领空,将容易受到敌方火力的攻击。与直升机相比,这些飞艇将运行在相似的高度,而速度也低不了多少,但是它们的机动性能要差得多,从而无法躲避威胁。此外,在军队可以依靠飞艇维持连续的“货物流”之前,它们将必须在日常使用中表现出足够的可靠性

  飞艇能否加入实施跨大洲空中运输的军事战略空运力量,也将部分取决于其技术进展情况,以及其采购与运营成本与传统飞行器的比较。货运飞艇的发展前景,也将取决于军队对比货船速度更高的运输能力的需求是否增加,以及是否存在对现有运输系统无法实现的直达运输能力的需求

  今天已经提出的或者正在实施中的飞艇计划的技术成熟度分布情况如下:有些是停留在设计图纸上的概念,有些正在开发以验证技术的可行性,有些是以可以迅速投入战场使用的可行技术为基础。在这份文件中,美国国会预算办公室(CBO)分析了设计用于执行情报、监视与侦察(情报、监视与侦察)任务的飞艇和空运飞艇。它们尺寸范围从“古德伊尔”(Goodyear)软式小飞艇大小到航空母舰大小。国会预算办公室还没有分析系留浮空器——通常被拴住的观察用无人飞艇

  在这项研究中讨论的飞艇有三种用途:高空情报、监视与侦察,低空情报、监视与侦察以及空运。在这份图表中,包括旨在测试新技术的按比例缩小的演示型飞艇和可以实际使用的全尺寸飞艇在内的6种设计,以展示计划中用于高空作业的飞行器。当需要大视角与远距离观察时,高空飞行成为首选,例如,从某国的领空之外远距离观察。那些高空飞行器中有4种是传统式飞艇,2种是载荷回收飞艇——“星光”(Star Light)和“高空运送系统”(High Altitude Shuttle System)。(任务完成后,有效载荷从气囊上分离,然后返回基地,气囊并不被回收。)三种设计展示了低空作业飞艇。全动态视频传感器通常由今天的低空到中空情报、监视与侦察飞机搭载,飞行在类似高度的飞艇可能会被用于执行这种任务。最后,三种设计展示了已经提出的货运飞行器

  因为飞艇较大且相对较轻,所以可以通过小型发动机提供推力,它们较目前军队使用的传统飞行器,更易受到天气条件的影响。特别是,在好的情况下,飞艇可能难以控制;在坏的情况下,当其升空或者回收过程中接近地面时可能会被强风摧毁。此外,飞艇在逆风情况下,保持在原有位置会增加燃油消耗,从而减少对飞艇的滞空时间。如果风力太强,飞艇可能无法保持在所定位置

  飞艇在强风中遇到的问题,一般将其飞行高度限制在20000英尺以下和60000英尺以上,因为盛行风这两个高度间的风速往往最强。地球的中纬度地区上空中空强风特别常见,而这些地区却包括了今天的军事策划者特别感兴趣的区域。在高空飞行的飞艇将不得不通过中空,大风虽然不一定会对其结构完整性造成危害,但是有可能强大到足以使其脱离轨道的程度。因此,为确定高空飞艇飞向轨道位置和返回基地的路线,必须要进行的精心规划

  然而,平均风速的计算方法掩盖了风速会大幅度变化的事实,这在某一既定地区取决于年度时间变化。例如,在巴格达上空遇到风速超过40节情况的概率,每年的11月至5月间比其余时间要高得多。这种变化意味着控制飞艇保持在既定位置可能相当困难,甚至不可能使其长期保持在同一位置

  商业制造的军用飞艇尚处于不同的发展阶段,分布在欧洲、亚洲和北美洲的许多公司都参与了设计与制造。这份文件中,仅限于分析最近由美国国防部资助的情报、监视与侦察飞艇设计和待选的计划中的空运飞艇设计

  受地球大气条件影响的结果,飞艇执行的情报、监视与侦察任务通常分为两类——低空或者高空,分别是指飞行在20000英尺以下和飞行在60000英尺以上。20000英尺至60000英尺间的高度是不太适合飞艇飞行,因为这个高度往往盛行较强的风。如果事实证明,用于执行情报、监视与侦察任务的飞艇设计可行,它们悬浮在空中的时间要比传统飞行器长,计划中航时超过100多个小时。空运飞艇只会在低空中执行运输任务

  美国国防部目前正在资助几种将支持低空情报、监视与侦察任务的飞艇研发工作。其中,最重要是海军的MZ-3A型飞艇,空军的“蓝魔”BlockⅡ型(Blue Devil Block Ⅱ, BD2)飞艇,以及陆军的“长航时多情报飞行器”(Long- Endurance Multi-Intelligence Vehicle, LEMV)。在低空中执行情报、监视与侦察任务具有一定优势,只需要较少的浮力气体来抵消给定的载荷重量。此外,较轻的、先进程度不高的感器通常足以满足低空给定性能水平的需要,因为这些传感器更加接近它们试图观察对象和活动。然而,飞行在低空中的飞艇,与飞行在高空中的飞艇相比,具有视野较小的不足,与飞行在低空中的飞机相比,具有更容易被敌方发现和攻击的不足

  美国海军的MZ-3A型飞艇——一种传统的软式飞艇,在2006年加入部队服役,是目前唯一一种实际使用的军用飞艇。美国海军还没有对外宣布MZ-3A型飞艇的部署海外计划,但是这种飞艇曾经用于协助对墨西哥湾深海地平线钻井平台漏油的监测,今天它被用作测试不同的传感器以及确定飞艇如何能够用于实际作战的实验平台。就其目前的配置而言,MZ-3A型飞艇是唯一一种必须搭乘一名乘员的情报、监视与侦察飞艇。与MZ-3A型飞艇相比,美国空军的“蓝魔”BLOCKⅡ型软式传统飞艇长度大约增加了一倍,容纳的气体体积增大了七倍。美国空军就“蓝魔”BLOCKⅡ型飞艇的短期目标是在2011年年底实现其首次试飞,在2012年实现支持海外作战的部署。美国陆军的长航时多情报飞行器——一种半硬式混合式飞艇,其体积与“蓝魔”BLOCKⅡ型的相当,但是为了形成翼形气囊,其外形更短、更宽。长航时多情报飞行器的首次试飞和部署目标与“蓝魔”BLOCKⅡ型飞艇的差不多

  为了最终将在阿富汗使用的低空情报、监视与侦察飞艇,美国空军与陆军都已经签订了采购合同。在建的两种此用途飞艇是美国空军的“蓝魔”BLOCKⅡ型飞艇和美国陆军的长航时多情报飞行器。“蓝魔”BLOCKⅡ型是一个传统的软式飞艇;长航时多情报飞行器是一种半硬式混合式飞艇

  “蓝魔”BLOCKⅡ型飞艇设计用于携带2500磅重的载荷,在20000英尺高度滞空5天。它的制造商MAV6公司,计划在2012年将一架“蓝魔”BLOCKⅡ型飞艇送往阿富汗。长航时多情报飞行器设计用于携带2500磅重的载荷,在20000英尺高度滞空21天。三架长航时多情报飞行器中的首架有望及时交付,以在2012年年初部署到阿富汗

  如RQ-4“全球鹰”,MQ-9“死神”和MQ-1“捕食者”等实际使用的固定翼无人机,它们的最大滞空时间为一天或者半天左右,而这两种飞艇的预计续航时间要比那些无人机的长得多。“猎户座”(Orion)概念演示固定翼无人机续航时间接近5天,和“蓝魔”BLOCKⅡ型飞艇的续航时间相当

  这些固定翼无人机的巡航速度要那些飞艇的快,特别是“全球鹰”无人机和“死神”无人机都能以每小时200海里以上的速度飞行。这样的速度使它们在对地面情况做出反应时,可以迅速转移到一个新的轨道位置

  因为制造现代飞艇所需的许多技术尚处于研发的初期阶段,与固定翼飞机相比,每架飞艇的成本具有高度不确定性,因此,在本报告中没有提及飞艇成本

  衡量情报、监视与侦察能力的总体标准是有效载荷续航时间,它等于飞艇能够搭载的重量(有效载荷)乘以可以保持在一定位置的时间量(持续时间)。有效载荷重量是飞艇可以携带的传感器类型和质量的简化衡量标准。国会预算办公室估计单架飞机和飞艇的有效载荷续航时间,与这种飞行器的起飞位置到轨道位置的距离具有函数关系

  如果“蓝魔”BLOCKⅡ型飞艇和长航时多情报飞行器实现了计划目标,它们较这三种今天使用的“捕食者”级别的无人机——美国空军的“捕食者”无人机、“死神”无人机与美国陆军的“灰鹰”无人机,将具有大幅度增加的有效载荷续航时间。例如,当作战半径为500海里时,美国空军的“蓝魔”BLOCKⅡ型飞艇的有效载荷续航时间将是“捕食者”的60倍,是“死神”无人机的10倍以上;美国陆军的长航时多情报飞行器的有效载荷续航时间将是“灰鹰”无人机的80倍。此外,当作战半径大于500海里时,“捕食者”无人机、“死神”无人机与“灰鹰”无人机的有效载荷续航时间要比飞艇的减少得更快,因为“捕食者”级别的无人机的工作状态转换时间占据了其大部分的飞行时间

  因“猎户座”无人机的设计续航时间远比以上三种无人机的长,其实际表现并没有显示出有效载荷续航时间会像其他传统飞行器那样减少。(减少数值超出了该图表的范围)但是,“猎户座”无人机仍然处于研发过程中

  高空情报、监视与侦察飞行器与低空系统相比,还处于研发的初级阶段。目前,大多数高空飞艇构想都是传统设计,虽然也有人提出了混合式的构想。高空飞艇面临的设计挑战,包括制造面料要足够轻且结实才能用于制造非常大的气囊,要足够耐用才能在高层大气中生存下来。操作方面的挑战包括,要通过风速可能大于飞艇自身速度的空域。然而,一旦这种飞艇到达高空,它们将具有大视野的优势,也只会受到可以攻击高空目标的防空系统威胁

  美国陆军的“高空飞艇”(High Altitude Airship, HAA)计划包括“高空哨兵”(HiSentinel)验证型飞行器计划和“高空长航时验证艇”(High-Altitude Long-Endurance Demonstrator, HALE-D)计划。美国陆军也正在与国防高级研究计划局(DARPA)合作研究按比例缩小的“传感器与结构一体化”(Integrated Sensor Is the Structure, ISIS)验证型飞艇,这种飞艇将雷达天线集成到飞艇结构中。“星光”和“高空运送系统”(High Altitude Shuttle System)载荷回收飞艇也都是技术验证型飞艇。如果这些验证型飞艇都取得成功,具有更强的载荷能力和更长的续航时间的飞艇将会被开发出来

  然而,“高空哨兵”验证型飞行器项目和“高空长航时验证机”项目最近都遭遇挫折。2010年11月,“高空哨兵”验证型飞艇出现一次推进器故障,计划中飞行24小时,但在升空8小时后着陆。2011年7月,“高空长航时”验证型飞艇出现一次技术故障,计划中飞行14天,但在升空3小时后被迫着陆。在回收过程中,它的气囊和太阳能电池损坏,搭载的载荷被烧坏

  美国陆军高空飞艇计划中的“高空哨兵”飞艇和“高空长航时”验证型飞艇都是按比例缩小的技术验证飞艇,该计划的长期目标是建造可以携带12000磅重的载荷,并能够在65000英尺的高空中持续30天以上产生15千瓦功率的电力(用于运转载荷和飞艇系统)。“高空哨兵”飞艇的速度与续航时间都达到了要求,但是其只能携带较少的载荷——80磅。“高空长航时”验证型飞艇可以携带的载荷更少,续航时间也只有“高空哨兵”飞艇的一半。然而,“高空哨兵”飞艇和“高空长航时验证机”飞艇的目标应是测试在高空中实现长航时所需要的技术,并不是为了验证大载荷能力

  与像“全球鹰”或者“死神”那样的固定翼无人机相比,满足高空飞艇计划长期目标要求的飞艇,将具有类似的有效载荷能力,并具有大幅度增加的续航时间,但巡航速度相当低

  “全球鹰”固定翼无人机是目前使用的最杰出的高空情报、监视与侦察无人机,它为计划中的飞艇设计提供了有益的借鉴。满足美国陆军“高空飞艇”计划长期性能目标的飞艇,其有效载荷续航时间将明显大于“全球鹰”无人机和“死神”无人机的有效载荷续航时间,同时,其携带传感器的能力强大到足以运行在60000英尺以外的高空。然而,要达到这样的高度,实际使用的飞艇尺寸要比“高空哨兵”飞艇和“高空长航时”验证型飞艇的大得多。(“传感器与结构一体化”飞艇及其验证飞艇的相对尺寸见图表1。)

  有效载荷续航时间甚至比高空飞艇计划的长期目标还要大的无人驾驶飞机设计也正在研究之中。美国国防部高级研究计划局的两个项目——“传感器与结构一体化”飞艇和“秃鹰”(Vulture)固定翼无人机——的研发目标是能够持续滞空5年时间。一种能够携带1000磅重的载荷(据说是“秃鹫”验证型无人机的一项目标)的长航时飞行器的有效载荷续航时间甚至是“高空飞艇”计划目标的30倍

  目前,至少有三种货运飞艇设计正在开发或者已被提出,它们可能在未来几年内投入使用。“投射鹈鹕”(Project Pelican)是一种计划中的混合式飞艇,将采用刚性艇体和可变浮力技术,以便于升空控制。“重型长航时多情报飞行器”(LEMV-Heavy)将以正在开发的用于执行情报、监视与侦察任务的长航时多情报飞行器为基础。“空中拖船”(SkyTug)飞艇将是一种以2006年1月首次试飞的P-791型飞艇(“海象”验证艇)为基础的技术验证型飞艇

  国会预算办公室没有详细研究其他更大的货运飞艇提案。例如,从2003年到2006年,国防部高级研究计划局实施了的称为“超大型混合式飞行器” (Hybrid Ultra-Large Aircraft, HULA)或者“海象”(Walrus)的计划,目标是建造一种可以在7天内将500至1000吨货物运至12000千米以外的地方。如果如此大型的飞行器被建成,它极有可能要比以上提出的三种混合式飞艇要大。想要了解特大型货运飞艇相对于海运船舶和传统战略运输机的性能分析,请参阅美国国会预算办公室2005年9月发布的报告《战略军事交通运输系统的选择》(Options for Strategic Military Transportation Systems)

  重型长航时多情报飞行器、“空中拖船”飞艇、“投射鹈鹕”飞艇将携带20吨至60吨重的载荷,航程大约在1000海里至3000海里之间。这样的性能大致涵盖了当前如C-130运输机和更大的C-17运输机、C-5运输机等固定翼运输机所具备的性能。与固定翼飞机相比,这些飞艇的速度要低得多,但是它们具有对机场依赖程度更低的优势。混合式飞艇会比今天的运输直升机略微慢些,但是其航程更远,也能携带更重的载荷

  除了提升能力外,诸如飞艇成本、易受地面火力攻击和强风影响等问题还需要进一步研究,以评估飞艇是否适合执行特殊空运任务。与直升机相比,虽然飞艇会飞行在相似的高度,速度也不会低很多,但是它们的机动性要差得多,因此不太能避免受到沿飞行路线分布的威胁。对所需技术的验证尚处于早期阶段,每架飞艇的成本具有高度不确定性,因此,在这份文件中并没有对此进行分析

  “战略运输”和“跨战区运输”两个术语,典型地用在设计用于实施货物或者人员洲际以上距离输送的系统上。当前,战略运输要由美国空军的C-5运输机和C-17运输机、美国海军的货船提供。美国军队也与民用飞机公司和船舶公司签订了合同,在必要时由它们提供额外的运输服务。用于描述战略运输系统特征的一项简单衡量标准是平均吞吐能力,即在一天的时间内,载重量与运输距离的乘积。尽管船只的速度慢,但它们往往具有最大的吞吐能力,主要是因为其可以运输的货物远比飞机可以运输的多。设想从美国本土部署到中东,一艘海运船舶具有的吞吐能力是一架C-17运输机具有的近30倍。然而,C-17运输机会更快地将货物运到目的地。如果考虑实施空运还是海运,规划者必须决定既定的项目需要是否足够紧急,以至于必须为它分配飞机提供的有限能力

  货运飞艇具有适中的能力,交付货物要比船舶迅速,但没有传统飞机快。相对于传统的飞机或船舶具有的平均吞吐能力,飞艇的平均吞吐能力将取决于其有效载荷。本报告前面所提到飞艇的吞吐能力要低于C-17运输机,因为它们的有效载荷将不会大到足以弥补其较慢速度差距的程度。已经有人提出建造有效载荷为500吨至1000吨的更大飞艇,它们具有的吞吐能力将比当今飞机的要大。要想使飞艇的速度和有效载荷足够大,以使其吞吐能力与船舶的相当,这可能是不切实际的

  “战术运输”和“战区内运输”两个术语,用在设计用于在战区内输送货物和人员的系统——通常是几百英里或更短的距离。战术运输能力可由卡车和飞机提供,固定翼飞机用于空军基地到空军基地的运输,垂直起飞与降落飞机(直升机或者MV-22“鱼鹰”倾转旋翼机)用于向不通道路或者没有空军基地的地点运输货物

  有效载荷在20吨至60吨的货运飞艇,可能足以执行目前需要由直升机或者MV-22倾转旋翼机来完成的任务。尽管它们与当今直升机相比有点慢——飞行速度在每小时80海里至90海里之间,而直升机的飞行速度为每小时100多海里——但是,重型长航时多情报飞行器、“空中拖船”飞艇和“投射鹈鹕”飞艇将具有更大的有效载荷和航程。当MV-22倾转旋翼机以“飞机模式”飞行时,旋翼像固定翼飞机的螺旋桨一样旋转,此时的速度比飞艇的速度快,但是当速度超过每小时200海里时,MV-22倾转旋翼机内部可以装载的货物有限,载重能力较以“直升机模式”飞行时大幅减少,而以后一种模式飞行时可以在机身下方吊装货物

  当运输距离在100海里左右时,保持给定的货物吞吐能力(例如,每天1000吨)所需的飞艇数量将与所需的现代垂直起飞与降落飞机数量相当。当运输距离超过100海里时,因计划中的飞艇具有更远的航程,所以保持给定的货物吞吐能力将需要更少数量的飞艇。这种优势将使飞艇执行一次任务就可以依次供应数个前沿哨所,而使用今天的飞机将需要执行数次单独的任务。 知远

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