Một chiếc khinh khí cầu lai là một máy bay được trang bị một số lực nâng của nó như một chiếc khinh khí cầu nhẹ hơn không khí (LTA) và một số từ lực nâng khí động học như một khí quyển nặng hơn không khí.

A dynastat là một chiếc khinh khí cầu lai có cánh cố định và / hoặc thân nâng và thường dành cho các chuyến bay độ bền dài. Nó đòi hỏi chuyến bay về phía trước để tạo ra thành phần nâng khí động học.

A rotastat là một chiếc khinh khí cầu lai có cánh quay và thường dành cho các ứng dụng nâng hạng nặng. Cánh quay của nó có thể cung cấp lực nâng ngay cả khi bay lượn hoặc cơ động theo chiều dọc, giống như một máy bay trực thăng.

Không có thiết kế sản xuất nào được chế tạo, nhưng một số nguyên mẫu có người lái và không người lái đã bay.

Thuật ngữ "khí cầu lai" cũng đã được sử dụng để mô tả một chiếc khinh khí cầu bao gồm một hỗn hợp xây dựng cứng nhắc, bán cứng nhắc và không cứng nhắc.

Các tính năng [ chỉnh sửa ]

Khí cầu thông thường có chi phí vận hành thấp vì chúng không cần công suất động cơ để duy trì không khí, nhưng bị giới hạn ở một số cách, bao gồm tỷ lệ tải trọng / khối lượng thấp và thấp tốc độ. Ngoài ra, việc xử lý mặt đất của một chiếc khinh khí cầu có thể khó khăn. Bởi vì nó nổi, trong một làn gió nhẹ, nó dễ bị gió thổi.

Mặt khác, máy bay nặng hơn không khí hoặc khí động học, đặc biệt là máy bay cánh quạt, đòi hỏi phải sử dụng năng lượng liên tục để tạo ra lực nâng, và máy bay thông thường cũng cần đường băng.

Khí cầu lai kết hợp lực nâng khí động của khí cầu, từ một loại khí nhẹ hơn không khí như khí heli, với lực nâng động lực của máy bay nặng hơn không khí từ chuyển động trong không khí. Một chiếc máy bay lai như vậy vẫn nặng hơn không khí, điều này khiến nó giống với một số máy bay thông thường. Thang máy động có thể được cung cấp bởi cánh quay giống như máy bay trực thăng ( rotastat ) hoặc hình dạng sản xuất thang máy tương tự như cơ thể nâng kết hợp với lực đẩy ngang ( dynastat ), hoặc một sự kết hợp của cả hai. ^{[1] [2]}

Khí cầu lai được dự định để lấp đầy khoảng giữa giữa chi phí vận hành thấp và tốc độ thấp của khí cầu truyền thống và cao hơn tốc độ nhưng tiêu thụ nhiên liệu cao hơn của máy bay nặng hơn không khí. Bằng cách kết hợp lực nâng và lực nổi, xe hybrid nhằm cung cấp tốc độ bay, cải thiện khả năng tải hàng hóa hàng không và khả năng bay lượn (trong một số loại) so với khí cầu thuần túy, trong khi có độ bền lâu hơn và khả năng nâng lớn hơn so với khí động học thuần túy.

Công nghệ máy bay lai được tuyên bố là cho phép phạm vi tối ưu hóa hiệu suất bay rộng hơn, từ nặng hơn đáng kể so với không khí đến gần nổi. Nhận thức này về phạm vi bay động không phổ biến khi kết hợp với hệ thống hạ cánh phù hợp được tuyên bố là cho phép vận chuyển bằng máy bay siêu nặng và giá cả phải chăng. ^{[ trích dẫn cần thiết ]}

So với một chiếc khinh khí cầu thông thường, hybrid có thể được làm nhỏ hơn và không cần mang dằn để điều khiển độ cao, trong khi so với máy bay nặng hơn không khí, hybrid yêu cầu một rôto nhỏ hơn hoặc đường băng ngắn hơn. ^[2]

dynastat được coi là hứa hẹn hơn trong vai trò vận chuyển hành khách và vận chuyển hàng hóa đường dài, rotastat được dự đoán là phù hợp hơn khi một "cần cẩu bay" có thể nâng các vật nặng bên ngoài cho khoảng cách ngắn hơn. ^[2] [19659002] Một số khí cầu sử dụng vectơ lực đẩy, thường sử dụng động cơ đẩy ống có trục, để cung cấp lực nâng bổ sung khi lực đẩy động cơ không còn cần thiết cho lực đẩy về phía trước. Sau khi đạt được tốc độ bay, máy bay có thể sử dụng lực nâng cơ thể để giúp mang tải trọng lớn hơn khả năng nâng khí dung của mình. ^{[ cần trích dẫn ]} Tuy nhiên, khí cầu như vậy thường không được coi là hybrid .

Dynastats [ chỉnh sửa ]

Dynastat có được lực nâng bổ sung bằng cách bay trong không khí. Các cấu hình được nghiên cứu đã bao gồm sử dụng deltoid (hình tam giác), hình thấu kính (hình tròn) hoặc thân phẳng hoặc thêm một cánh cố định.

Một số khí cầu ban đầu được trang bị máy bay cánh, với mục đích cung cấp lực nâng động bổ sung. ^{[ cần trích dẫn ]} Tuy nhiên, việc nâng thêm máy bay có thể kém hiệu quả hơn đơn giản tăng thể tích khí cầu. Ở tốc độ không khí thấp, từ 60 dặm / giờ (97 km / giờ) trở xuống, việc tăng lực nâng bằng cách sử dụng máy bay trên khinh khí cầu sẽ đòi hỏi sự gia tăng không cân xứng về công suất động cơ và mức tiêu thụ nhiên liệu so với việc tăng kích thước của túi khí ^[3] Ngoài ra, việc gắn các bề mặt bay vào vỏ bọc của khí cầu sẽ đòi hỏi phải tăng cường cấu trúc đáng kể, với sự tăng trọng của tiếp viên. ^[2]

Khí cầu thông thường thường sử dụng thang máy khí động học bằng cách sử dụng thang máy khí động học của họ. để thiết lập một thái độ nâng mũi sao cho thân chính của khinh khí cầu cung cấp một số lực nâng khi nó bay dọc; tuy nhiên, điều này thường được thực hiện để chống lại các tình trạng khó chịu nhỏ, và có khả năng là mũi có thể cần phải được chỉ xuống để giảm lực nâng.

Một số thiết kế Hybrid, chẳng hạn như Lockheed Martin LMZ1M, sử dụng thân tàu dẹt hoặc nhiều thùy để tăng lực nâng khí động học có thể đạt được. Cách tiếp cận khí động học tương tự như máy bay nâng cơ thể, mặc dù tốc độ bay liên quan thấp hơn nhiều. Tỷ lệ nâng động lực kéo có thể đạt được thấp hơn đáng kể so với các cánh cố định hiệu quả, một phần do lực cản tăng lên khi tỷ lệ khung hình giảm. ^[4] Kết quả là lực nâng có hình phạt kéo cao hơn so với khi sử dụng cánh. Mặt khác, so với máy bay trực thăng, dynastat có hiệu suất nhiên liệu tốt hơn trong một phạm vi tốc độ nhất định. ^[2]

Một vấn đề khác phát sinh trong quá trình cất cánh và hạ cánh, khi, trong điều kiện bình tĩnh hơn, tốc độ không khí có thể quá thấp để cung cấp đủ lực nâng khí động học. ^[5] Vì lý do này, dynastat thường được hình thành dưới dạng máy bay STOL thay vì máy bay VTOL, yêu cầu đường băng ngắn hơn máy bay thông thường. ^[2]

Rotastats chỉnh sửa ]

Rotastat có được lực nâng bổ sung từ các cánh quạt được cung cấp năng lượng, tương tự như một máy bay trực thăng. Thiết kế một, hai, và bốn cánh quạt đều đã được nghiên cứu.

Những ví dụ ban đầu trong thời kỳ chiến tranh bao gồm các thiết kế của Oehmichen và Zodiac. Những người này đã sử dụng các cánh quạt chỉ để điều khiển theo chiều dọc, với các cánh quạt được hỗ trợ thêm cho chuyến bay về phía trước, như trong con quay hồi chuyển. ^[2]

Trong thời gian gần đây, Piasecki PA-97 "Helistat" thử nghiệm gắn bốn chiếc. máy bay trực thăng bay đến một sân bay heli, trong khi SkyHook JHL-40 vẫn là một dự án. Thông thường, thang máy khí dung là đủ để hỗ trợ trọng lượng của bản thân tàu, trong khi, khi tải được thực hiện, các cánh quạt cung cấp thêm lực nâng theo yêu cầu.

Lướt dưới trọng lực [ chỉnh sửa ]

Nếu một chiếc khinh khí cầu không có đủ lực nâng, nó sẽ chìm dưới trọng lực. Bằng cách hất mũi xuống, điều này có thể dẫn đến một chuyến bay về phía trước giống như một tàu lượn thông thường. Nếu một chiếc khinh khí cầu có lực nâng quá mức, nó sẽ tăng lên. Bằng cách nâng mũi lên, điều này cũng có thể dẫn đến chuyển động về phía trước. Theo cách này, một chiếc khinh khí cầu định kỳ xen kẽ độ nổi của nó giữa tích cực và tiêu cực, trong khi điều chỉnh thái độ của nó cho phù hợp, có thể có được lực đẩy về phía trước khí động học gần như liên tục. Do đó, chuyến bay tiến hành theo mô hình zig-zag thẳng đứng nhàn nhã. Do không có năng lượng được tiêu thụ trực tiếp trong việc tạo lực đẩy, nên nguyên tắc này cho phép các chuyến bay có thời gian dài, mặc dù ở tốc độ chậm. Hunt GravityPlane được đề xuất là một khinh khí cầu lai được thiết kế để tận dụng tối đa lợi thế của việc trượt trọng lực. ^[6]

Nguyên lý này cũng hoạt động dưới nước, nơi nó được sử dụng hoạt động trong tàu lượn dưới nước.

Lịch sử [ chỉnh sửa ]

Con lai sớm [ chỉnh sửa ]

Lướt dưới thời kỳ trọng lực từ thời kỳ trong và ngay sau thời kỳ dân sự Mỹ Chiến tranh, khi Solomon Andrew chế tạo hai khí cầu như vậy. Đầu tiên trong số này, Aereon đã sử dụng ba quả bóng bay hình điếu xì gà riêng lẻ được gắn với nhau trong một mặt phẳng; lần thứ hai, Aereon # 2 sử dụng một quả bóng bay "hình quả chanh" duy nhất. ^[7] Aereons của Andrew được đẩy bằng cách đưa bóng bay lên trên và thả dằn, sau đó quá trình được đảo ngược với những quả bóng được đặt ở góc xuống dưới và một lượng lớn khí nâng được thông hơi. ^[8]

Năm 1905, Alberto Santos-Dumont đã thực hiện nhiều thí nghiệm với chiếc máy bay đầu tiên của mình, Santos-Dumont 14-bis, trước khi thử bay nó lần đầu tiên Chúng bao gồm treo nó từ một sợi cáp thép và kéo nó, và sau đó treo nó bên dưới phong bì của một chiếc khinh khí cầu được chế tạo trước đó (Số 14) – giống như học cách bơi với "cánh nước". Chiếc máy bay kết hợp không thể sử dụng được và đã bị phá vỡ, được gọi là "con lai quái dị". ^[9] Sau khi những "cuộc diễn tập" này được hoàn thành, Santos-Dumont đã trình diễn công khai lần đầu tiên về một chiếc máy bay nặng hơn không khí ở châu Âu .

Năm 1907, Quân đội Anh số 1 (tên là Nulli Secundus ) lần đầu tiên bay. Nó đã sử dụng các bề mặt khí động học để kiểm soát thái độ trong chuyến bay, và trong chuyến bay đầu tiên của nó cũng được trang bị các cánh lớn. Đôi cánh nhằm mục đích hỗ trợ sự ổn định thay vì cung cấp lực nâng và được gỡ bỏ cho tất cả các chuyến bay tiếp theo. ^[10][11] Việc sử dụng lực nâng động bằng cách đưa mũi khí cầu lên hoặc xuống cũng được công nhận và thực hành trên chiếc khinh khí cầu này. [12]

Vào tháng 6 năm 1907, Alberto Santos Dumont đã xây dựng Số 16 của mình, được mô tả bởi l'Aérophile là một appareil mixte . Cái này có một phong bì 99 m ³ (3.500 cu ft) nhưng quá nặng để bay mà không có lực nâng bổ sung được cung cấp bởi bề mặt cánh 4 m (13 ft). Nó đã được thử nghiệm nhưng không thành công vào ngày 8 tháng 6 năm 1907. ^[13]

Các giống lai hiện đại [ chỉnh sửa ]

Aereon 26 là máy bay thực hiện chuyến bay đầu tiên vào năm 1971. Đây là một chiếc máy bay cỡ nhỏ nguyên mẫu của Airship Aereon Dynairship lai và một phần của dự án "Tiger". Nhưng nó không bao giờ được chế tạo do thiếu thị trường cho một chiếc khinh khí cầu lai. ^[14]

Vào năm 1984, chiếc helistat của AeroLift CycloCrane đã bay nhanh.

Thiết kế thử nghiệm Helasat 1986 của Piasecki PA-97 kết hợp bốn máy bay trực thăng với một nỗ lực để tạo ra một phương tiện nâng hạng nặng cho công việc lâm nghiệp. Nó đã chia tay vào cuối chuyến bay đầu tiên.

Công nghệ xe tăng SkyCat hay "Sky Catamaran" là sự pha trộn máy bay lai; một phiên bản quy mô ở độ cao 12 mét gọi là "SkyKitten", được xây dựng bởi Advanced Technologies Group Ltd, đã bay vào năm 2000. Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến Quốc phòng Hoa Kỳ (DARPA) đã khởi xướng chương trình Walrus Hybrid Ultra Large Airplane vào năm 2005, một sáng kiến ​​phát triển công nghệ tập trung vào các cuộc thám hiểm công nghệ nâng không khí siêu nặng. Chương trình này đã bị chấm dứt vào năm 2007 ^{[ cần trích dẫn ]}

Năm 2006, Lockheed Martin P-791 đã trải qua các cuộc thử nghiệm có người lái. Đó là một ứng cử viên không thành công cho chương trình Xe đa trí thông minh Long Endurance mặc dù nó là chiếc Airship Hybrid thành công duy nhất đã bay cho đến ngày 7 tháng 8 năm 2016. ^{[ cần trích dẫn ]} 19659002] Năm 2008, Boeing tuyên bố hợp tác với SkyHook để phát triển một phương tiện nâng hạng nặng, SkyHook JHL-40 Boeing sau đó đã tạm hoãn dự án. ^[15]

Hybrid Air Phương tiện HAV 304 được chế tạo cho chương trình Xe đa trí thông minh (LEMV) của Quân đội Hoa Kỳ. Nó đã bay thành công trong 90 phút vào tháng 8 năm 2012. ^[16][17][18] Sau khi hủy dự án LEMV, Hybrid Air Phương tiện đã mua lại chiếc xe HAV 304 và đưa nó trở về Vương quốc Anh. Nó đã được tân trang lại và đổi tên thành Airlander 10 . Vào ngày 17 tháng 8 năm 2016, Airlander 10 đã có chuyến bay thử nghiệm thành công đầu tiên bên ngoài Hangington Cardars tại RAF Cardington. Phi công thử nghiệm trưởng Dave Burns nói trong một tuyên bố "Lần đầu tiên được bay Airlander là một đặc ân và nó đã bay một cách tuyệt vời. Tôi thực sự rất phấn khích khi được bay trên không. Nó bay như một giấc mơ." ^[19] Cần hơn 200 giờ bay để được chứng nhận đầy đủ.

Các dự án hiện tại khác [ chỉnh sửa ]

Một công ty có trụ sở tại Úc đang thực hiện dự án phát triển một cần cẩu không khí có tên SkyLifter, một "máy bay nhận và giao hàng dọc" có khả năng nâng tới 150 tấn. ^[20]

Một công ty khởi nghiệp của Canada, Solar Ship Inc, đang phát triển khí cầu lai chạy bằng năng lượng mặt trời có thể chạy bằng năng lượng mặt trời. Ý tưởng là tạo ra một nền tảng khả thi, có thể đi bất cứ nơi nào trên thế giới cung cấp vật tư y tế lạnh và các nhu cầu cần thiết khác đến các địa điểm ở Châu Phi và Bắc Canada mà không cần bất kỳ loại nhiên liệu hoặc cơ sở hạ tầng nào. Hy vọng là sự phát triển công nghệ trong pin mặt trời và diện tích bề mặt lớn được cung cấp bởi khinh khí cầu lai là đủ để chế tạo một máy bay chạy bằng năng lượng mặt trời thực tế. Một số tính năng chính của Solarship là nó có thể bay trên thang máy khí động học một mình mà không cần bất kỳ khí nâng nào, ^{[ không được trích dẫn ]} và pin mặt trời cùng với thể tích lớn của phong bì cho phép khí cầu lai được cấu hình lại thành nơi trú ẩn di động có thể sạc lại pin và các thiết bị khác. ^[21]

The Hunt GravityPlane (không bị nhầm lẫn với Máy bay trọng lực trên mặt đất) là một tàu lượn có trọng lực được đề xuất bởi Hunt Hàng không ở Hoa Kỳ. ^[22] Nó cũng có cánh aerofoil, cải thiện tỷ lệ kéo và làm cho nó hiệu quả hơn. GravityPlane yêu cầu kích thước lớn để có được tỷ lệ khối lượng trên trọng lượng đủ lớn để hỗ trợ cấu trúc cánh này và không có ví dụ nào được chế tạo. ^[6] Không giống như tàu lượn có trợ lực, GravityPlane không tiêu thụ năng lượng trong quá trình leo núi giai đoạn của chuyến bay. Tuy nhiên, nó tiêu thụ năng lượng tại các điểm mà nó thay đổi độ nổi giữa các giá trị dương và âm. Hunt tuyên bố rằng điều này vẫn có thể cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng của tàu, tương tự như hiệu quả năng lượng được cải thiện của tàu lượn dưới nước so với các phương pháp đẩy thông thường. vô thời hạn Cách tiếp cận thông thường cho yêu cầu này là sử dụng các tấm pin mặt trời trong một chiếc máy bay chạy bằng năng lượng mặt trời. Hunt đã đề xuất hai phương pháp thay thế. Một là sử dụng tuabin gió và thu năng lượng từ luồng không khí được tạo ra bởi chuyển động trượt, hai là chu trình nhiệt để lấy năng lượng từ sự chênh lệch nhiệt độ không khí ở các độ cao khác nhau. ^[6]

Danh sách khí cầu lai [ chỉnh sửa ]

Loại	Quốc gia	Lớp	Ngày	Vai trò	Trạng thái	Ghi chú
CycloCrane AeroLift	Hoa Kỳ	Rotastat	1984	Cần cẩu bay	Nguyên mẫu
Andrew Aereon	Hoa Kỳ	Tàu lượn trọng lực		Thử nghiệm	Nguyên mẫu	Đẩy mạnh bằng cách thả xen kẽ và xả khí.
Andrew Aereon 2	Hoa Kỳ	Tàu lượn trọng lực		Thử nghiệm	Nguyên mẫu	Đẩy mạnh bằng cách thả xen kẽ và xả khí.
ATG SkyKitten	Vương quốc Anh	Dynastat	2000	Thử nghiệm	Prototype	Trình diễn quy mô cho SkyCat được đề xuất. [23] GravityPlane	Hoa Kỳ	Tàu lượn trọng lực			Dự án	Đề xuất nhiều phương tiện kiểm soát dằn và thu hoạch năng lượng.
Xe không quân lai HAV-3	Vương quốc Anh	Dynastat	2008	Thử nghiệm	Prototype	Trình diễn công nghệ.
Xe máy bay hỗn hợp HAV 304 / Airlander 10	Vương quốc Anh	Dynastat	2012	Nguyên mẫu đa năng	Nguyên mẫu	Được chế tạo cùng với Northrop Grumman là HAV cho Hoa Kỳ Chương trình LEMV của quân đội. Được xây dựng lại như Airlander 10.
Lockheed Martin P-791	Hoa Kỳ	Dynastat	2006	Thử nghiệm	Nguyên mẫu	Dẫn đến LMZ1M và LMH1 được đề xuất.
Nimbus EosXi	Ý	Dynastat	2006	UAV		lai cánh Delta.
Piasecki PA-97 Helistat	Hoa Kỳ	Rotastat	1986	Cần cẩu bay	Nguyên mẫu
SkyHook JHL-40	Hoa Kỳ	Rotastat		Cần cẩu bay	Dự án	Dự án chung với Boeing.
Thermoplan ALA-40	Nga	Dynastat	1992	Thử nghiệm	Prototype	Lenticular.
Walrus HULA	Hoa Kỳ	Dynastat	2010	Giao thông vận tải	Dự án	Dự án DARPA, đã bị hủy bỏ 2010.

Xem thêm [ chỉnh sửa ]

• Kytoon một chiếc diều / bóng lai bị trói

Tài liệu tham khảo [ chỉnh sửa ] [ chỉnh sửa ]

Tài liệu tham khảo [ chỉnh sửa ] Công nghệ khí cầu Phiên bản 2, CUP (2012), Chương 19.

Hunt, Robert D.; "Chuyến bay được cung cấp bởi một chu kỳ năng lượng khí quyển", Hội nghị về công nghệ, tích hợp và vận hành hàng không lần thứ 5 của AIAA (ATIO) 26 Tiết28 tháng 9 năm 2005 Viện Hàng không và Vũ trụ Hoa Kỳ (2005) [2]. Bản sao miễn phí để tải xuống

Liên kết ngoài [ chỉnh sửa ]

• Báo cáo CRS cho Quốc hội: Sử dụng quân sự tiềm năng cho máy bay và máy bay ]fas.org
• Havill, C. Dewey (1974), NASA TM X-62,373 Một số yếu tố ảnh hưởng đến việc sử dụng nhẹ hơn hệ thống không khí (PDF) Trung tâm nghiên cứu Ames, NASA [1945914] YouTube)
• Laskas, Jeanne Marie. 2016. "Giấc mơ Helium", Người New York, ngày 29 tháng 2 năm 2016.