飞艇

背景

飞艇是一种比空气轻的大型气球，可以使用发动机驱动的螺旋桨进行导航。飞艇分为三种类型：刚性（具有内部金属框架以保持外壳的形状）；半刚性（刚性龙骨贯穿外壳的长度以保持其形状）；和非刚性的（提升气体的内部压力，通常是氦气，保持外壳的形状）。本文重点介绍非刚性飞艇（通常称为飞艇），因为它们是当今普遍使用的主要飞艇类型。

历史

飞艇的历史，就像热气球的历史一样，始于法国。 热气球发明后 1783 年，一位名叫 Meusnier 的法国军官设想了一艘利用热气球设计的飞艇，但能够导航。 1784 年，他设计了一艘飞艇，它具有细长的外壳、螺旋桨和舵，与今天的飞艇没有什么不同。尽管他用大量图纸记录了他的想法，但 Meusnier 的飞艇从未建造过。

1852 年，另一位法国人，一位名叫 Henri Giffard 的工程师，建造了第一艘实用的飞艇。它充满氢气，由重 350 磅（160 公斤）的 3 马力蒸汽机驱动，以 6 英里/小时（9 公里/小时）的速度飞行。尽管吉法德的飞艇确实实现了升空，但无法完全控制。

第一艘成功导航的飞艇， La France， 由另外两个法国人 Renard 和 Krebs 于 1884 年建造。由 9 马力电动螺旋桨推动， La France 完全在其飞行员的控制之下。它以 15 英里/小时（24 公里/小时）的速度飞行。

军用飞艇

1895 年，德国人大卫·施瓦茨 (David Schwarz) 建造了第一艘明显刚性的飞艇。他的设计导致齐柏林飞艇的成功开发，齐柏林飞艇伯爵建造的刚性飞艇。齐柏林飞艇使用两个 15 马力发动机，以 25 英里/小时（42 公里/小时）的速度飞行。他们的发展以及随后制造的 20 艘此类舰艇在第一次世界大战开始时为德国提供了初步的军事优势。

德国成功地将齐柏林飞艇用于军事侦察任务，促使英国皇家海军制造了自己的飞艇。英国没有复制德国刚性飞艇的设计，而是制造了几个小型非刚性气球。这些飞艇被用来成功探测德国潜艇，并被归类为“英国B级”飞艇。很可能这就是 blimp 一词的起源——“B 级”加上柔软或非刚性的。

载客飞艇

在 1920 年代和 1930 年代，英国、德国和美国专注于开发大型刚性载客飞艇。与英国和德国不同，美国主要使用氦气来提升他们的飞艇。在美国的天然气矿床中少量发现，氦气的制造成本相当高；但是，它不像氢气那样易燃。由于其制造成本，美国禁止向其他国家出口氦气，迫使德国和英国依赖更易挥发的氢气。许多使用氢气代替氦气的大型载人飞艇都遭遇了灾难，也因为如此巨大的人员伤亡，大型载人飞艇的鼎盛时期戛然而止。

1898 年，居住在巴黎的巴西公民阿尔贝托·桑托斯·杜蒙 (Alberto Santos Dumount) 发明了第一艘载客非刚性飞艇。在一个内部装有气球或可折叠气囊的香肠形气球下，杜蒙将一个螺旋桨连接到他的摩托车发动机上。他同时使用了空气和氢气，而不是氦气来提升飞艇。

1940 年代和 1950 年代的非刚性飞艇

在 1920 年代和 30 年代的刚性飞艇灾难之后，美国和其他国家重新将注意力集中在非刚性飞艇作为科学/军事工具上。空中监视成为飞艇最常见和最成功的用途。在 1940 年代和 50 年代，飞艇被用作美国东部沿海商船队的预警雷达站。它们也被用于并且仍在用于科学监测和实验。

虽然作为一家不再生产飞艇的公司，固特异是一个与飞艇制造同义的名字。在 20 世纪上半叶，固特异制造了 300 多艘飞艇，比任何其他飞艇制造商都多。固特异飞艇主要被美国陆军和海军用于空中监视。

非刚性飞艇的现代复兴

今天，非刚性飞艇以其营销能力而不是监视能力而闻名。自大约 1965 年以来，飞艇已在美国商业化使用。广告飞艇的尺寸约为 150,000 立方英尺（4,200 立方米）。由于飞艇可以悬停在一个空间上，并且可以在几乎没有噪音干扰的情况下在大范围内观看，因此它们是在大型户外活动中做广告的绝佳媒介。

在飞艇上使用夜间广告牌已成为一种广告时尚。该标志是由永久固定在飞艇外壳两侧的多色白炽灯磨砂，可以通过编程来拼出不同的信息。最初，标志是由机电继电器开发的。现在它们被存储在磁带上，磁带是由地面上的组合设备开发的，这些磁带被送入机载阅读器。录音信息通过计算机播放到灯驱动电路。显示的消息可以远距离看到。在 1980 年代后期，飞艇在广告中的使用激增。它的受欢迎程度似乎并没有减弱。

原材料

信封通常由人造材料组合制成：涤纶、聚酯、聚酯薄膜和/或与 Hytrel 粘合的 Tedlar。高科技、耐候塑料薄膜层压到防撕裂聚酯织物上。信封的织物还可以防止紫外线。通常信封比气囊小，以确保在飞艇完全充气时信封承受负载。气囊由防漏聚氨酯塑料薄膜制成。

气球通常由比信封更轻的织物制成，因为它们只保持气密性，不必承受正常的主信封压力。空气勺将空气引导至气囊。

飞艇从外壳内的比空气轻的气体（最常见的是氦气）中获得大部分升力。

飞艇上使用的大部分金属是铆接的飞机铝。

早期的汽车是用织物覆盖的油管框架。今天的吊船由金属硬壳式设计制成。

鼻锥由金属、木头或塑料板条制成，系在外壳上。

设计

飞艇的主体由内层（气囊）和外层（外壳）组成。膀胱持有 氦气。因为气囊不耐刺穿，所以它受到封套的保护。

外壳内部是悬链帘，通过将飞艇施加的载荷分布到主外壳的织物中来支撑汽车的重量。 Catenery 窗帘都由连接到汽车的电缆系统组成，电缆系统终止于织物窗帘。

外壳的形状是通过调节内部氦气的内部压力来保持的。膀胱内有一个或多个称为气囊的气囊/气球。这些充满空气（与充满氦气的气囊的其余部分相反）并连接到飞艇的侧面或底部。气球膨胀和收缩以补偿由于温度和海拔变化引起的氦气体积变化。飞行员可以通过气阀直接控制气囊。

鼻锥有两个用途。它为桅杆系泊提供了连接点，并增加了机头的刚度（在飞行中遇到最大的动态压力载荷）。在地面上，充气的飞艇固定在称为系泊桅杆的固定杆上。刚性鼻盘连接在系泊桅杆上。固定的飞艇可以随着风的变化在桅杆周围自由移动。有 连接到地勤人员在起飞和着陆期间用来操纵飞艇的鼻盘上的鼻线。

飞艇尾面有三种配置：十字形 (+)、X 形和倒 Y 形。这些尾翼由固定的主表面和后端的可控小表面组成。这些表面每平方英尺仅重 0.9 磅（每平方米 4.4 公斤）。尾鳍控制飞行方向。它们锚定在船的后部，并由导丝支撑。升降舵和方向舵也有助于引导飞艇的运动，并通过铰链安装在鳍的边缘。

飞艇车或缆车类似于传统的飞机结构。贡多拉包含许多铅弹袋，这些铅弹袋会根据船员的分析不断调整。吊篮通过内部负载帘或外部连接到飞艇，通过连接到信封侧面。

在缆车内，有一系列控制装置：顶部控制面板包含通信、燃料和电气系统的控制装置；节流阀调节发动机转速，螺旋桨桨距控制调节螺旋桨叶片“咬合”空气的角度；燃料混合物和热量控制以调节燃料与发动机中空气混合的程度；温度控制以防止结冰；包封压力控制以调节氦气和气球气压；通讯设备；主仪表盘；方向舵踏板控制飞艇的左右方向；升降轮控制飞艇的上下方向；航海仪器；和彩色天气雷达。

制造
过程

信封

• 1 信封由织物面板的图案制成。两层或三层布浸有弹性体。这些层中的一层相对于其他层被放置在偏置方向上。信封的碎片可以通过多种方式组合在一起。它们可以粘合并缝合在一起，或热焊接（热封）。
• 2 信封的外部涂有镀铝漆以防止阳光照射。当充满气体时，封套将具有所需的形状。
• 3 以类似的方式将食堂窗帘固定在主信封上。
• 4 气囊由焊接在一起的条带形成。
• 5 尾部结构主要由覆盖有掺杂织物的轻型金属结构梁组成。它们通过电缆固定在信封上，电缆将负载分配到粘合或热焊接到适当信封上的织物补丁中。它们在制造过程中不直接连接到信封上，而是在飞艇充气时戴上。

缆车

• 6 缆车的框架由类似于尾部结构的材料制成，并覆盖有掺杂织物。

通货膨胀

飞艇的架设只需要很短的时间。 （以下只是通货膨胀的一种方法。这种方法有变化。）

• 7 信封摊开在飞艇机库的地板上，上面放着一张网。这个网被沙袋压住了。气体从罐车送入封闭的罐车，每辆罐车装有 200,000 立方英尺（5,700 立方米）的 99.9% 纯氦，压缩到 2100 psi（14.5 兆帕）。网被允许慢慢上升，信封在它下面。
• 8 个翅​​片、鼻锥、板条、空气阀和氦气阀已连接，而外壳仍靠近地面。连接这些部件后，允许信封上升到足够高以允许在其下方滚动吊篮。吊篮连接好后，网被移除，飞艇被操纵飞行。

运输

• 9 运输时，未充气的织物信封可以折叠、运输和存放在不超过充气体积 1% 的空间内。这一特点使得非刚性飞艇比刚性飞艇更实用。

质量控制

飞艇需要大量人员，尤其是在地面上。飞行员必须在飞机或直升机上获得认证，并接受特殊的轻于空气的飞行员培训。 FAA 需要单独的许可证才能指挥飞艇。到 1995 年为止，世界上只有大约 30 名活跃的飞艇飞行员。许多飞艇需要 24 小时监控。每小时检查一次外壳和镇流器，以确保保持适当的平衡。

未来

通过使用轻型二冲程航空柴油发动机、燃气轮机或太阳能，推进效率将得到提高。将开发新的船首和船首推进器以提高机动性。新的轻质塑料可能会改变船体设计。可能会开发出更轻、更高强度的材料，并不可避免地改进飞艇的整体设计和功能。五角大楼和美国海军重新对开发用于各种防御、导弹监视、雷达监视平台和侦察目的的飞艇产生了兴趣。