洛馬公司高空混合式飛艇項(xiàng)目現(xiàn)狀研究

張京男（中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院研究發(fā)展中心）

?

洛馬公司高空混合式飛艇項(xiàng)目現(xiàn)狀研究

張京男（中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院研究發(fā)展中心）

美國(guó)洛馬公司（LM）是世界航空航天工業(yè)領(lǐng)域的領(lǐng)先者，具有眾多創(chuàng)新型軍事項(xiàng)目與商業(yè)項(xiàng)目，其中，高空飛艇是該公司長(zhǎng)期研發(fā)的項(xiàng)目之一。近年來(lái)，該項(xiàng)目逐漸成熟，并開(kāi)始推向商業(yè)市場(chǎng)，是航空航天項(xiàng)目商業(yè)化創(chuàng)新的典型案例。

1　項(xiàng)目發(fā)展概況

2015年6月，洛馬公司在巴黎航展上公開(kāi)聲明，未來(lái)將與美國(guó)一家微型企業(yè)混合企業(yè)有限責(zé)任公司（Hybrid Enterprises LLC，簡(jiǎn)稱HE公司）聯(lián)合在民用市場(chǎng)上銷售洛馬公司開(kāi)發(fā)的高空混合式飛艇（Hybrid Airship），其商品銷售代號(hào)為L(zhǎng)MH-1。該項(xiàng)目研發(fā)前后共經(jīng)歷了20年，由洛馬公司自己投資研發(fā)，原型機(jī)是其研發(fā)機(jī)構(gòu)臭鼬工廠設(shè)計(jì)的P-791（“海象”）高空飛艇驗(yàn)證機(jī)。2006年，臭鼬工廠用1/2比例大小的P-791進(jìn)行試驗(yàn)，搭載了2名工作人員，采用了數(shù)字化飛行控制系統(tǒng)以及氣墊著陸系統(tǒng)（ACLS），驗(yàn)證了飛行速度、高度、表面材料等各項(xiàng)指標(biāo)。洛馬公司計(jì)劃2016年開(kāi)始研制全尺寸的商業(yè)級(jí)產(chǎn)品，2018年向客戶交付。

洛馬公司并非首個(gè)有興趣研發(fā)此類項(xiàng)目的工業(yè)部門，之前已經(jīng)有幾個(gè)國(guó)家的工業(yè)部門研發(fā)此類飛行器，但都處于驗(yàn)證階段，未能成功轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用，或者并不看好其發(fā)展前景而紛紛停止。高空飛艇系統(tǒng)飛行原理提出已有幾十年時(shí)間，但從未有人以產(chǎn)品的形式將其推向市場(chǎng)并取得盈利。

洛馬公司是業(yè)內(nèi)首次將此類項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為商業(yè)應(yīng)用，生產(chǎn)首個(gè)商業(yè)級(jí)產(chǎn)品，并開(kāi)始向市場(chǎng)推廣和銷售。臭鼬工廠在高空飛艇方面經(jīng)歷了長(zhǎng)期的技術(shù)驗(yàn)證，充分考慮了項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性，完成了美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）對(duì)新型飛行器進(jìn)行商業(yè)飛行的所有強(qiáng)制性審核流程。LMH-1即將完成美國(guó)聯(lián)邦航空管理局要求的產(chǎn)品認(rèn)證，其20噸級(jí)產(chǎn)品正在洛馬公司位于加利福尼亞州帕姆代爾市（Palmdale）的航空事業(yè)部臭鼬工廠研制。

LMH-1外部結(jié)構(gòu)與功能

LMH-1飛行效果圖

臭鼬工廠研制LMH-1的現(xiàn)場(chǎng)

2　飛行器性能與應(yīng)用

設(shè)計(jì)指標(biāo)

LMH-1可承載的最大有效載荷為21t，可承載19名乘客和2名機(jī)組人員；有效航程2600km，最大巡航速度111km/h，可攜帶19000L燃油；貨艙容積3m×3m×18m，艙體可滾裝或拖車拖運(yùn)。LMH-1起飛時(shí)不需要跑道或平坦的道路，但需要一定的凈空間，要求水平前方無(wú)遮擋物。滿載起飛時(shí)需要730m的凈空間；非滿載時(shí)機(jī)體較輕，若可垂直起飛僅需要150m凈空間。

滿載時(shí)，LMH-1升力的80%會(huì)通過(guò)氣囊中較輕的氦氣產(chǎn)生，另外20%由機(jī)體上的翼形結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，并有螺旋槳推進(jìn)，為起飛帶來(lái)充足的升力。螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)還可以旋轉(zhuǎn)向下，提供額外的升力。

著陸時(shí)，起初是在半空中滑行，觸及地面時(shí)氣墊會(huì)被輕輕彈起，進(jìn)而再次觸及地面，最終減速并落地。LMH-1著陸時(shí)需要足球場(chǎng)大小的地面空間停留。在滿足場(chǎng)地要求后，LMH-1會(huì)通過(guò)氣墊下方形成的真空將自身固定在地上，不需要任何類似機(jī)棚、錨定裝置或停機(jī)系留裝置。

混合式飛艇升力原理圖

應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

目前，全球2/3以上的地域和超過(guò)50%的人口無(wú)法與公路對(duì)接，在沒(méi)有基礎(chǔ)設(shè)施的條件下，運(yùn)輸?shù)某杀尽r(shí)間與安全性都會(huì)成為難以克服的問(wèn)題。

混合式飛艇多功能應(yīng)用

（1）可運(yùn)輸性

高空飛艇可將大質(zhì)量貨物與大量人員以極為安全、廉價(jià)的方式，在正常的天氣條件下運(yùn)往全球幾乎任意地點(diǎn)。未來(lái)還可進(jìn)一步改裝升級(jí)，LMH-1的后續(xù)版本可將貨箱直接投放至目標(biāo)地的艙體內(nèi)，而不需要吊裝或任何承載設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的大規(guī)模運(yùn)輸。

（2）環(huán)境適應(yīng)性

LMH-1消耗的燃料比傳統(tǒng)飛機(jī)消耗燃油要少得多，可節(jié)省燃料成本，實(shí)現(xiàn)低碳排放，從經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境噪聲、環(huán)境污染方面都比傳統(tǒng)運(yùn)輸方式優(yōu)異得多。LMH-1升空、飛行與著陸都不存在噪音，對(duì)環(huán)境影響小，只要是平坦地形均可著陸起飛，不需要修建機(jī)場(chǎng)、跑道或控制站等任何基礎(chǔ)設(shè)施。LMH-1可在條件苛刻的地表，包括雪地、冰面、沙地、草地、泥地等起飛和著陸，只要表面平坦即可，甚至可以落在水上，季節(jié)適應(yīng)性強(qiáng)。

（3）系統(tǒng)安全性

LMH-1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易，具有極強(qiáng)的韌性，機(jī)動(dòng)與巡航速度低，利用氦氣球產(chǎn)生浮力可避免飛行失速或者熄火等問(wèn)題，從而可保持尖端的飛行控制、導(dǎo)航與電子設(shè)備的可靠性。

（4）廉價(jià)性

據(jù)美國(guó)行業(yè)分析人員判斷，LMH-1的零部件數(shù)量只有同級(jí)別飛機(jī)的1/3。按照臭鼬工廠當(dāng)前的設(shè)計(jì)，價(jià)格約2500萬(wàn)～3000萬(wàn)美元，相當(dāng)于傳統(tǒng)貨運(yùn)飛機(jī)的30%～50%。據(jù)臭鼬工廠工程師透露，同樣質(zhì)量貨物的運(yùn)輸，LMH-1消耗燃油僅相當(dāng)于重型直升機(jī)的1/10，但航程比直升機(jī)遠(yuǎn)得多。

洛馬公司航空系統(tǒng)事業(yè)部執(zhí)行副總裁（左）與HE公司CEO

3　項(xiàng)目合作與進(jìn)展

2015年6月16日，洛馬公司與HE公司建立戰(zhàn)略合作關(guān)系后，HE公司成為洛馬公司LMH-1產(chǎn)品銷售與市場(chǎng)開(kāi)拓的專屬代理商，雙方將在2018年交付第一架商業(yè)產(chǎn)品。

混合式飛艇對(duì)比其他運(yùn)輸工具的燃油成本與速度

洛馬公司目前是美國(guó)乃至世界航空航天領(lǐng)域技術(shù)與產(chǎn)品最具前沿性的軍工企業(yè)。

HE公司專業(yè)從事全球120多個(gè)國(guó)家貨運(yùn)飛機(jī)的銷售、租賃、運(yùn)營(yíng)與市場(chǎng)開(kāi)拓，后續(xù)還將銷售洛馬公司更大的高空飛艇型號(hào)。為了確保LMH-1產(chǎn)品與市場(chǎng)無(wú)縫對(duì)接，HE公司承擔(dān)的職能主要是銷售、技術(shù)分析、提供融資方案、提供售后增值服務(wù)，包括全球范圍內(nèi)建立運(yùn)營(yíng)商、提供訓(xùn)練服務(wù)、供應(yīng)鏈與物流工作、維護(hù)保障服務(wù)等。該公司目前員工人數(shù)僅有7名，包括4名執(zhí)行董事，僅設(shè)有公司執(zhí)行董事與咨詢委員會(huì)，可見(jiàn)公司成立是專門服務(wù)于LMH-1項(xiàng)目的。

4　未來(lái)發(fā)展思路及面臨的問(wèn)題

發(fā)展思路

按照洛馬公司的發(fā)展思路，只有明確了項(xiàng)目的市場(chǎng)價(jià)值能達(dá)到10億美元以上之后，才會(huì)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)投資，開(kāi)展研發(fā)和市場(chǎng)布局。因此，將LMH-1推向市場(chǎng)之前必然是做了大量的行業(yè)現(xiàn)狀與市場(chǎng)需求分析。

洛馬公司LMH-1產(chǎn)品的客戶定位是全球大型集團(tuán)或者租賃公司，從而滿足將大宗貨物運(yùn)送至缺少基礎(chǔ)設(shè)施的地方。洛馬公司LMH-1產(chǎn)品的口號(hào)為“the road not needed”，意思是“無(wú)需道路的運(yùn)輸”。洛馬公司并不希望向個(gè)人用戶銷售LMH-1，雖然價(jià)格還沒(méi)有最終核定下來(lái)，但肯定是個(gè)人用戶所無(wú)法承受的。同時(shí)，公司并沒(méi)有排除未來(lái)LMH-1投入軍事應(yīng)用的可能性，如果軍方感興趣，會(huì)積極促成相關(guān)應(yīng)用。

HE公司預(yù)期將該產(chǎn)品推向采礦業(yè)、石油與煤氣產(chǎn)業(yè)，幫助在偏遠(yuǎn)地帶開(kāi)展大型工程的工業(yè)部門和政府，還可以用于人道主義救援和災(zāi)后重建等。

1937年，德國(guó)“興登堡”飛艇爆炸燃燒現(xiàn)場(chǎng)

面臨的問(wèn)題

一是存放問(wèn)題。LMH-1產(chǎn)品雖然運(yùn)輸能力較高，有效載荷能達(dá)到21t，但由于需要密度比空氣小得多的氦氣形成浮力，其體積比較龐大，充滿氦氣后其大小有一個(gè)足球場(chǎng)那么大。因此，存放問(wèn)題可能會(huì)成為其商業(yè)應(yīng)用的一個(gè)不利因素，有待給出更好的解決方案，或者客戶愿意接受現(xiàn)有的存放方式。

二是成本問(wèn)題。LMH-1產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效果在一定程度上取決于氦氣制取的成本以及運(yùn)送的貨物價(jià)值。若是高價(jià)值石油、礦產(chǎn)等貨物，則LMH-1應(yīng)用中帶來(lái)的收入能夠大大超過(guò)氦氣成本；但若是用于低價(jià)值貨物，則該產(chǎn)品的商業(yè)應(yīng)用將不可持續(xù)。曾有人提出將氦氣制取成本降下來(lái)，從而提高商業(yè)利潤(rùn)，但據(jù)專業(yè)人士分析，氦氣成本目前已無(wú)法再降低，甚至未來(lái)還會(huì)變得更高。

三是市場(chǎng)需求。雖然洛馬公司通過(guò)20年的研究、試驗(yàn)與行業(yè)分析，但行業(yè)內(nèi)并未對(duì)該領(lǐng)域市場(chǎng)前景形成共識(shí)，甚至有些分析人員認(rèn)為市場(chǎng)需求其實(shí)并不強(qiáng)烈，之前也從未有過(guò)成功的商業(yè)模式，進(jìn)行大量投入很可能會(huì)白白投錢。因此，市場(chǎng)需求問(wèn)題將是LMH-1項(xiàng)目成功與否的第一因素。

四是安全問(wèn)題。高空飛艇雖然概念由來(lái)已久，但從未進(jìn)行過(guò)任何商業(yè)級(jí)應(yīng)用，是一個(gè)全新的產(chǎn)品樣式，之前出現(xiàn)的安全問(wèn)題也值得關(guān)注。1937年，德國(guó)研制的“興登堡”（Hindenburg）飛艇從歐洲大陸跨越大西洋，在美國(guó)的新澤西州降落著陸。當(dāng)時(shí)的飛艇氣囊由氫氣填充，據(jù)不完全分析，由于云層過(guò)厚使氣囊表面積累了過(guò)多的電荷，在繩索觸地瞬間產(chǎn)生強(qiáng)大電流，使整個(gè)氣囊突然爆炸并劇烈燃燒，造成重大人員和財(cái)產(chǎn)損失，但具體原因一直都未能調(diào)查清楚。雖然現(xiàn)在的填充氣體是惰性的氦氣，但安全問(wèn)題仍不容忽視。

5　結(jié)語(yǔ)

洛馬公司此次在高空飛艇領(lǐng)域的商業(yè)化發(fā)展是技術(shù)、系統(tǒng)與商業(yè)模式上的綜合性創(chuàng)新，為航空航天商業(yè)化發(fā)展方向帶來(lái)了重要啟示，未來(lái)若取得成功，有望革命性地改變?nèi)蜻\(yùn)輸行業(yè)格局。

Research Status of Lockheed Martin’s High Altitude Hybrid Airship Project