德国齐柏林飞艇轰炸英国伦敦
来源:网络 11:02 Troy
　　德国齐柏林飞船于1915年1月开始空袭伦敦，但只取得零星的战果。它们的任务是飞临英国大城市和投弹，企图迫使 政府把部队和武器撤离法国，以保卫英国。伦敦在5月31日夜间，遭到林纳茨上尉指挥的LZ&38飞船的第一次轰炸。探照灯不能照到飞很高的飞船。德国炸弹 使七人丧生和三十人受伤，还破坏了一些住宅区和商业区的建筑物。林纳茨证明是一个说到做到的人。在前一次进攻中，他没有能够飞到首都，袭击者丢下了一张纸 片警告说：&你们英国人。我们已经来过，而且还要再来。不投降就是死。德国人。&
　　这个时期被称为&齐柏林大恐慌&。可 是，德国人所指望的这种恐惧，由于和二十五年后同样的原因，在1915年也失败了：英国人这个民族，是不会发生恐慌的。而况齐柏林飞船的施虐能力，被它们 固有的不利条件所抵消：齐柏林飞船只能在最有利的天气飞行。而且，德国最高统帅部认为，他们的比飞机飞得高的齐柏林飞船，是英国战斗机攻击不到的。实际 上，这些&超级武器&完全是没有防御能力的。追击飞机不可能达到硬式飞船的高度，但在巨大的飞船能高飞到安全的高度之前，它们能够轻易地用燃烧弹把它打得 满是窟窿。一点火星碰到了非常易燃的氢气，就会使飞船变成地狱，连铝制框架都要熔化。
　　大飞船还不能在大风中维持稳定。十 一艘齐柏林飞船于10月20日夜间飞往伦敦，有三艘一去不返。强风使它们毁灭了。一艘飞船丢下炸弹未获效果，被吹往法国，在那里被高射兵器的火力打落。另 一艘在皮卡迪利广场丢了一颗炸弹后，也被吹得失去控制，在法国南部摔毁。第三艘被阵风刮过法国森林，切断了前吊舱及其乘员。然后它被吹往高空，最后看到它 在地中海上空失去了控制。
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中国军用飞艇的发展！！！
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军用飞艇的发展及关键技术
　　The Development and Key Technology of the Airship
　　 □94362部队　高云波　兰俊杰摘 要：该文介绍了飞艇的组成及特点，分析了国外飞艇的发展现状和未来趋势，提出了飞艇发展的关键技术。
　　关 键 词：飞艇　发展现状　未来趋势　关键技术飞艇在军事上的应用已有100多年的历史了，在第二次世界大战期间曾被广泛用作防空装备和观察校射所。20世纪40年代后，由于飞机的迅猛发展和飞艇自身缺陷等原因，飞艇逐渐淡出军事领域。近年来，飞艇造价低、飞行时间长、有效载荷大等优点，使其成为较理想的信息平台、武器投放平台和军事运输平台，能在高空预警、战区监视、战区通信、物资运送和投放等方面发挥重要作用。
　　一、飞艇的组成和特点
　　飞艇又称飞船，是带有动力推进装置的、利用轻于空气的气体来提供升力的航空器。飞艇组成主要包括艇身、吊舱、动力装置和艇上设备。艇身气囊内充满氢气或氦气等浮升气体来产生浮力。飞艇的尾部安装有安定面和舵面，用来保持或改变航行方向和俯仰姿态。艇体下方安装有吊舱，由骨架和蒙皮制成，供驾驶员和乘客乘坐，和/或装载货物、仪表、电子设备。飞艇的推进装置包括发动机、减速器和螺旋桨，为飞艇提供推动力。发动机一般对称安装在飞艇吊舱的两侧，但半硬式飞艇动力装置安装在飞艇艇身的骨架上。飞艇飞行高度的升、降控制方法主要有：抛掉压舱物或冷却回收发动机尾气中的水分补充压舱物；放掉或用储气罐补充气体；操纵螺旋桨转向，改变推力矢量的方向产生垂直方向的作用力。
　　同飞机相比，飞艇体积庞大，操纵不便，速度也较慢。但也有其突出的优点：垂直起降，起降场地条件要求低；留空时间长、飞行高度较高；运营成本低，仅为飞机的五分之一，直升机的十分之一；载重能力强；隐身效果好；飞行平稳，安全性能好；耗油量、噪声、污染小，经济性好等。在许多领域，特别是军事领域，飞艇有效地弥补了传统飞行器的不足。
　　二、国外飞艇的发展现状
　　目前许多国家都已经装备了飞艇，主要执行侦察、监视和预警任务。美国的飞艇技术经过多年发展已经走在了世界前列。美军目前拥有体积达70000m3的高空预警飞艇&哨兵（Sentinel）1000&，并致力于发展更大型的&哨兵5000&和&哨兵8500&，其计划是高空预警飞艇与E-2C、E-3A系列预警飞机实现数据信息共享，在北美构成一道空中预警屏障。美陆军在阿富汗和伊拉克部署的&快速初始部署浮空器（RAID）&已达22个。它是一种持久性监视系统，由A-170轻型软式飞艇、塔台系统以及地面控制中心组成。飞艇上携带有光电和红外传感器，能实施昼夜持久监视。美军还发展了&系留小飞艇&，长度15m，可携带一部彩色昼间摄像机、一部红外摄像机和一部带目标方位指示器的激光器，也可携带新研制的网状传感系统，包括360°监视雷达和精确跟踪照射（火控）雷达。该系统在阿富汗和伊拉克的使用收到了较好效果。美国国防部的美国导弹防务局（MDA）计划发展局已开始把预警、通信和信息获取的重点由高空无人机转移到平流层定点飞艇的研制和应用上，2003年同洛克希德·马丁公司签订了&高空飞艇（High Altitude Airship，HAA）&新型反导飞艇研制合同。HAA长152.4m，直径48.7m，体积,有效载荷约2t，可在21000m高空飞行一年，由太阳能电池组提供能量。美国空间站实验室和空间站中心在研项目为&攀登者&V形军用飞艇长53m,宽30m，可在地面指挥所控制下在30000m高空执行任务。
　　其他军事发达国家也非常重视飞艇发展，正投入大量经费开展研究。目前，俄罗斯、德国、英国、以色列等国家已经取得初步成果。俄罗斯正在研制大载荷飞艇，直径58m，长290m，有效载荷200t，巡航速度90km/h，航程15000km。德国浮空货运飞艇制造公司（Cargolifter）研制的CL-160超大型飞艇采用半硬式充氦气气囊，最大飞行速度140km/h，实用升限4000m，航程8000km，最大起飞重量450t，有效载荷160t，艇长260m，直径65m，将是有史以来制造的最大的飞艇。英国航空技术集团（ATG）公司正在开发研制的一种软式飞艇长200m，最大直径48m，可携带2t有效载荷在空中停留5年时间。该艇可在执行长期定点驻空任务时采用自主控制，也可在放飞、回收或故障时通过地面飞行控制系统进行人工控制。以色列飞机工业公司（IAI）正在研制一种巨型侦察飞艇，希望取代价格昂贵的侦察卫星，执行对周边阿拉伯国家的侦察和预警任务，并用于通信。该艇长190m，宽60m，自重仅20t，有效载荷约2t，相当于以色列&阿莫斯&通信卫星的10倍。飞艇采取无人驾驶、远程遥控的操作模式；艇内可装载合成孔径雷达、高分辨率望远镜和电子战设备、通信设备，其图像分辨率可达到厘米量级；可悬停在21000m高空的固定位置，对地侦察覆盖面积可达方圆1000km2；超强的稳定性可在时速74～93km/h的大风中保持悬停和机动飞行。必要时可令其返回地面，以进行维护、修理、升级或有效载荷更换。白天靠太阳能电池供电，夜间靠再生式燃料电池供电。
　　三、国外飞艇发展的未来趋势
　　 1. 多功能一体化
　　在飞艇上搭载不同任务电子设备，建立集预警探测、侦察监视、电子对抗、通信指挥于一体的综合军用侦察和信息系统。许多国家飞艇技术日趋成熟，甚至部分关键技术已经取得突破。随着对飞艇多功能集成应用的需求，发展多功能一体化飞艇已成为外军飞艇应用技术开发领域的一个重要方向。按白俄罗斯军方评估，正在研制的多功能侦察警戒飞艇能替代美国&机载预警和控制系统&或俄罗斯A-50预警机，一艘飞艇可起到5架巡逻机的作用。
　　 2. 功能不断扩充
　　随着飞艇技术的发展，其种类越来越多，功能越来越完备。美国陆军的联合防御对地攻击巡航导弹空中组网传感器系统（JLENS）项目中正在研制艇身长为71m的系留飞艇，主要用于探测巡航导弹。MDA负责开发的用于监视和通信中继的HAA，最初只装载传感器设备，以后将装载导弹之类的武器系统，用作攻击性武器平台。美国国防高级研究计划局（DARPA）计划发展的&海象&巨型飞艇，有望将陆军一个作战单位及其装备从驻防区运送至作战区。
　　 3. 航程和续航时间越来越大
　　由于飞艇空气动力设计的不断改进，太阳能电池与燃料电池组合供电（有日光照射时由太阳能电池供电，夜间和日蚀期间由燃料电池供电），以及离子推进器动力系统等技术的应用，飞艇航程和续航时间不断增大，为完成远程攻击提供了保障。德国的CL-160超大型飞艇航程8000km；俄罗斯正在研制的大载荷飞艇航程可达15000km；美国正在开发的HAA在20000m高空可持续巡航一个月之久，最终的作战任务型高空飞艇可达一年，还有开发中的&哈维&（Harvey）也可以持续巡航一个月以上。
　　 4. 高度向&近太空&领域发展
　　随着飞艇技术的进步，飞艇飞行高度已经开始接近高度在20~100km的&近太空&领域。这是一个既不属于航空范畴，也不属于航天范畴的空域。所以，这一空域对于情报收集、侦察监视、战场损伤评估、通信保障，甚至武器制导、对地作战等都具有很好的发展前景。尤其是借助于&近太空&飞艇实现对所需目标的长时间定点监视或为战斗机提供相关的作战信息，以作为侦察卫星和飞机的补充。目前比较有潜力的开发项目包括美国空军的&近太空机动飞艇&（NSMV），即&攀登者&（ASCENDER,又称V-飞艇），将在2m的近太空空域长期活动；还有HAA（m）和Harvey（1m）。
　　 5. 体积巨型化，载重量不断增大
　　美军十分重视巨型飞艇的发展，计划用10艘巨型高空飞艇组成飞艇群作为美国本土预警屏障，对陆地边缘地区进行长时间地持续不断地监视，并充当预警雷达平台，阻击来袭的巡航导弹。超大型飞艇同时还具有超强的空中运载能力，可以远距离空投部队、装备及各类保障设备，给遥远的空、海军基地和境外驻军运送补给。美专家评估，几艘巨型飞艇可以在一个航程（约两昼夜）内从美国本土向欧洲空运两个摩步师的所有人员和装备。德国CL-160超大型飞艇最大起飞重量450t，有效载荷160t；美计划发展的&海象&大型复合飞艇可运送一个作战单位及装备；英国设想研制 &天猫1000&飞艇载重量可达200～1000t。
　　四、飞艇发展所涉及的关键技术
　　 1. 飞艇气囊制造技术
　　飞艇长期处于低温低压、各类强射线照射的高空工作环境，当在20000m左右高空飞行时，由于臭氧浓度大，臭氧层大量吸收太阳辐射热量而迅速升温，臭氧层顶部温度将达到最大值，同时还伴有超强的紫外线辐射。由于高空中空气密度小，为了满足任务载荷需求必须尽可能减轻飞艇自重。所以飞艇气囊除了应具有高强度的耐日照老化、耐高温、耐严寒、防强紫外线照射的性能外，还应尽可能采用高强度、低密度、密封性能好的蒙皮材料和胶接剂制作，另外由于军事用途的需要还应具备耐冲击性和无线电穿透性。因此，就需要结合新型材料技术和高分子化学技术研制适合飞艇长久使用的蒙皮材料。
　　 2. 高生存能力技术
　　飞艇飞行速度慢，容易遭受炮火攻击，生存能力低。尽管可以采用新型抗打击的蒙皮材料给飞艇披&盔甲&或者将整个气囊分割成许多独立小气袋等方法来减轻损伤，但还是不能避免飞艇遭受地面和空中火力攻击导致的致命损坏。所以必须进一步提高飞艇的空中抗打击能力，即使被击中也可以让飞艇按照预定的方案安全返航进行地面抢修或空中应急自救。
　　 3. 新能源技术
　　高空飞艇的充足能源供给是飞艇可正常工作的基础。飞艇的能源供给关系到其能否长时间滞空、有效载荷大小、能否实现可靠控制，以及返回地面再升空等重要性能的发挥。能源供给方式主要有太阳能电池、燃料电池和化学燃料等。太阳能电池只能在日光照射时供电，燃料电池实际发电效率仅40%～60%，化学燃料是一次性使用能源。能源的成功解决方向主要是利用薄膜太阳能电池和再生式燃料电池组合运用，白昼靠太阳能电池供电，夜间靠再生式燃料电池供电。美国小型企业创新研究（SBIR）正在开发一种可提供数千瓦能量级的轻型闭环氢氧再生式燃料电池。因此高效轻质柔性薄膜太阳能电池、高效轻型燃料电池和能量储存设备的成功研制是飞艇正常工作的关键因素。
　　 4. 动力装置技术
　　飞艇依靠动力装置实现悬停和移动。其动力装置主要有：直流永磁无刷电机，是技术比较成熟的飞艇动力装置；内燃机，由于高空大气浓度非常低，所以直接使用内燃机带动螺旋桨推动飞艇还需要外加空气增压设备；喷气涡轮发动机，对于平流层大型飞艇需要专门设计适合于平流层使用的发动机；离子推进器，比较适合作为平流层等高空飞艇动力装置，但适合飞艇需要推力的离子推进器还有待工程化。动力推进装置好比飞艇的&心脏&，具有举足轻重的地位。
　　 5. 导航定位技术
　　飞艇飞行时间长，通常飞机所使用的惯性导航系统将无法保证飞艇的位置精度要求。不论飞艇用作定位导航基准平台，还是用作情报侦察平台，都要求飞艇具有一定的定位精度。虽然可以使用GPS、俄罗斯全球导航卫星系统（GLONASS）等对飞艇进行导航和定位以达到定位精度要求，但从电子对抗角度看，卫星定位系统也不能保证导航和定位的可靠实现。所以需要采取多系统，多波段的定位技术来实现飞艇的定位导航。
　　 6. 数据传输技术
　　飞艇的数据传输包括飞艇间的数据传输和飞艇与地面站以及其他协同作战平台之间的数据传输。为了满足战略战役任务的需求飞艇可能需要多艘联合或与卫星、预警机协同作战，这就必须保证互相之间通信畅通。
　　 7. 电磁兼容性技术
　　飞艇体积大，工作高度从几千米到几十千米，可高至近太空领域，外部电磁环境复杂。随着信息化作战的需求，飞艇内装载了许多不同用途的电子设备，飞艇平台内所有系统和设备间的电磁兼容以及作为整体的平台系统与外部电磁环境的兼容问题也显得越来越突出。前者解决不好影响飞艇任务系统的工作效果;后者解决不好影响系统工作可靠性和平台出勤率，直接关系到飞艇的自身安全。对于平流层工作的飞艇可以使用47.2～47.5GHz频段进行通信，因为国际电信联盟（ITU）已经同意将这一频段分配给平流层通信系统使用。
　　 8. 隐身技术
　　高空飞艇在执行任务时，其隐身性能是一个非常重要的指标。隐身性能很大程度上代表了飞艇本身的安全性。飞艇 隐身技术主要是解决平台雷达（波）隐身技术、平台红外（线）隐身技术、平台隐身技术优化及综合应用等关键技术。一般可采取优化总体布局设计、新式结构方案、先进蒙皮材料等方法解决。现代飞艇艇身材料都是非金属复合材料，具有较好的隐身效果，主要通过对艇上任务设备的隐身设计来减小雷达和红外跟踪设备的发现概率。
　　 9. 电子设备系统一体化设计技术
　　虽然不同用途飞艇的任务设备不尽相同，但是基本上都是采用数字化技术实现的一体化的装备。集侦察、干扰和指挥控制于一体的综合一体化信息战装备，越来越强调整个系统的一体化设计。所以飞艇载电子装备不论是电子对抗还是情报侦察，从高频信号输入/输出的天转分机控制到数据处理终端，所有信息处理和控制都集中在高速运算的控制计算机中进行处理。从频域、时域及空域对任务电子设备进行系统一体化设计，还可以减小任务设备载荷的重量和功耗。
　　当前，国际上各航空军事大国对飞艇的关注与日俱增，均以强劲的势头研发飞艇。随着科学技术的发展，飞艇系统中各项关键技术都将不断突破，飞艇将成为全球军事发展领域自无人机之后又一个新的亮点。特别是作为信息化装备的有力补充，飞艇的优势会愈来愈突出，尤其表现在高空预警方面。飞艇作为信息化武器装备平台，可以提供远距离、长时间稳定的空中预警和通信，特别是组网形成覆盖重要战略区域的大范围网络系统后，涉及到与各军兵种指挥系统和武器系统的联合作战、协调指挥等问题，这不仅和信息化武器系统使用模式有关，还与信息化武器系统的使用概念有关，发展飞艇作为信息化武器装备平台具有重要的现实意义。
　　参考文献
　　 1　甘晓华，等.飞艇技术概论.北京：国防工业出版社,2005
　　 2　郭允良.飞艇-重新崛起的航空器.航空知识,-19.
　　 3　孙军 译.飞艇的复兴.外国空军军事学术,-58.
　　 4　周如.美国气球和飞艇的军事开发.国际航空,2004（8）：43-45.
　　 5　魏晨曦,马婷婷,汪琦.美国天军武器系统发展展望.外军信息战,-7.
　　 6　魏晨曦.美国近地空间信息对抗装备的发展.国际电子战,-41.
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平流层飞艇总体参数估算
　　Parameters Estimation for Stratosphere Airship
　　 □中国电子科技集团公司第38研究所　赵攀峰　刘传超
　　 摘 要：介绍了飞艇设计中总体参数估算的一般步骤，指出了平流层飞艇设计与常规飞艇设计的主要不同点，描述了在一定条件下飞艇质量、体积、升力气体密度、空气密度间的相互关系，阐述了平流层飞艇部分总体参数的确定和估算过程。
　　关 键 词：平流层飞艇　总体参数　估算以飞艇为代表的浮空器，由于续航时间长、可定点悬停、载荷能力强、生产使用成本低、应用前景广而越来越受到世界各国的关注。特别是能长期定点悬停的平流层无人驾驶飞艇，作为通信、探测等多用途平台与其他飞行器相比具有更为明显的优势。
　　大气层18~25km的区域天气状况良好，风速风向稳定，是平流层飞艇工作的最佳区域。平流层飞艇的设计与一般飞艇的设计有所不同。首先，由于定位高度上的空气密度很小，在保持相同负载能力的前提下，平流层飞艇的尺寸需比常规飞艇大得多；其次，在能源的选择上，如果要求平流层飞艇的续航时间长（往往半年或者一年以上），一般采用太阳能提供能源，或者利用储能设备全电工作，而常规飞艇一般采用全电或者使用燃油发动机来提供动力；此外，由于尺寸上的差异，平流层飞艇与常规飞艇在结构形式和强度设计上也存在较大差异。
　　总之，平流层飞艇的设计是一项复杂的工程，本文将从一般的设计思路出发，对平流层飞艇几个主要总体参数进行估算。
　　一、总体参数估算
　　一般而言，飞艇可以分成软式、硬式和半硬式三类。软式飞艇的外形主要靠内部的升力气体与外部空气的压差来维持；硬式飞艇的外形由骨架和蒙皮组成，升力气体储藏在飞艇内部的气袋中，&齐柏林号&和&兴登堡号&飞艇都是硬式飞艇的典型代表；在软式飞艇中加入龙骨来承担气动力产生的弯矩的飞艇称为半硬式飞艇。
　　典型的飞艇由艇体、吊舱及尾翼三部分组成。通常，参数估算的第一步是确定飞艇的外形。艇体的外形一般呈水滴状，复杂的外形需要借助计算流体力学（CFD）工具从减阻和提高稳定性方面设计。参数估算的第二步是确定飞艇的尺寸。艇体的体积决定了飞艇的负载能力和能到达的最大高度。当飞艇的外形及体积确定以后，需要计算飞艇在指定风速下的阻力，这决定了飞艇推力及能源的需求。
　　在分析飞艇和子系统的结构的时候需同时分析太阳能电池的覆盖面积，以保证所采用的结构配置形式是可行的。然后根据囊体材料的密度、飞艇结构、各子系统的重量以及负载的重量来估算整个飞艇平台的总重量。若总重量小于净浮力则设计可行，若大于净浮力则表示飞艇的尺寸还需加大，从而需要从第一步开始重新计算分析。同时飞艇尺寸的增加可能改变整个设计方案，例如尺寸过大以后，软式或半硬式飞艇已不能满足强度或结构要求，必须采用硬式的结构形式，整个设计方案需做较大调整。
　　 1. 确定囊体外形
　　先假设艇体的外形由两个半椭球体衔接而成，如图1所示，两椭球共短轴b,长轴分别为a，a，k=a2/a1，长细比f=L/D。
　　 2. 囊体尺寸估算
　　飞艇是轻于空气的飞行器，靠空气的浮力升空，根据阿基米德浮力定律，飞艇的所受空气浮力如下： LG=VN·ρA·g （1）
　　其中VN为氦气的体积，ρA为飞艇所在高度处空气密度。飞艇所受空气浮力减去氦气本身的重量即为飞艇的净升力LN：
　　 LN=VN·（ρA-ρH）·g （2）
　　其中ρH为飞艇所在高度处氦气的密度。假定氦气与空气有相同的温度和压力，两种气体的密度只随升空高度的变化而变化，且变化规律一致。尽管两种气体的压力会有微小的差异，但这不影响整体分析。随着飞艇的上升，飞艇内的空气不断排出，氦气不断膨胀，氦气密度也在不断变化。
　　基于氦气密度与空气密度的变化一致的假设，定义气体的密度比：
　　 其中，ρA0为海平面的空气密度，ρH0为地面氦气密度，则 ρH=σρH0　　 ρA＝σρA0 （4）
　　将（4）式代入（2）式有）
　　其中，mH表示飞艇所在高度氦气质量，若不考虑氦气的泄漏，mH与地面氦气的质量一致。式（5）表明飞艇的净升力不依赖于升空高度，随着飞艇的爬升，氦气囊的体积不断扩大，当氦气囊的体积达到囊体的体积时，飞艇达到最大升空高度。因此由飞艇的最大升空高度即可反过来确定艇体的外形尺寸。
　　设飞艇达到最大升空高度时空气密度与地面空气密度之比为σP，则
　　 Vmax=mH /(σp·ρH0)　 V0=mH / ρH0 （6）
　　其中，Vmax为氦气在最大升空高度上的体积，V0为氦气在地面的体积，由式（6）有 V0=σPVmax （7）
　　因为在设计高度上，飞艇囊体内部除了氦气囊还有空气囊、隔帘等其他物体，氦气囊不可能充满整个艇体外形，另外，这里假定在同一高度上温度不变，实际上平流层飞艇所处位置的昼夜温差比较大，温度升高会使氦气体积膨胀，所以通常会保留艇体外形体积的5%左右的空间，来适应温度变化造成的氦气的体积波动以及容纳艇体内部其他物体。因此艇体的外形尺寸按下式确定，令v=（Vhull-Vmax）/Vhull，有
　　 Vhull=Vmax/（1-v） （8）
　　为了保持纵向静平衡，飞艇的净浮力、飞艇自身的重量以及负载重量满足如下平衡关系： LN=（ms+mp）g （9）
　　其中，ms为飞艇结构与所有子系统（包括能源、动力、压力控制系统等）的质量之和，mp为负载的质量。因而，
　　若ms=mf+ml，mf为飞艇外壳囊体材料的质量和，ml为除mf外剩下的系统及结构的质量总合，同时mf=ρf·S，ρf 为囊体材料的密度，S为艇体表面积，设艇体表面积与体积之比为ksv，有）
　　由式（11）可得飞艇结构及系统的有效质量随ρf 的变化关系 ml=Vmax· [σp（ρA0-ρH0）- ρf·ksv/（1-v）]-mp （12）
　　若L=230m，k=2，f=3.75，则算得a1=76.67，a2=153.33，ksv=0.0405，v=5%，可得ml随ρf的变化曲线（如图2所示），显然囊体材料越轻，飞艇的负载能力越强。国产囊体材料的密度约在200g/m2左右，由图2可知，上述参数下的飞艇结构及子系统的有效总质量约为2.5×104kg。
　　 3. 能源需求估算
　　飞艇的外形及体积确定以后，可以用以下公式计算飞艇在指定高度上受到的气动阻力： D=ρAU2ACD （13）
　　其中，A=Vhull为囊体的参考面积。CD为阻力系数，CD是长细比的函数：
　　 CD=0.57f+0..f3+5.f4- 1.f5（14）
　　若取f= 3.75，得CD=0.02758，若取最大风速U=40m/s，A=5898m2，则得飞艇所受最大阻力Dmax=9.74kN。若其他参数不变，在标准风速下飞行，U=20m/s，飞艇阻力仅为D=2.44kn。飞艇大部分时间处于标准风速下飞行，因此在估算总能耗的时候要计算飞艇在各种风速下飞行的时间权数。若能耗估计过高，则会增加系统的重量造成材料设备等资源的浪费；若估算过少，则达不到指标要求。
　　　　飞艇的动力主要由推进系统产生，设推进器的推力为T，则推进器的功率 （15）
　　其中，ηp为推进器的效率。根据平衡原理，推进器的推力T=D，因而推进器的需用功率
　　因为平流层飞艇的能源采用太阳能，若忽略不同方向太阳光对太阳能电池的效率的影响，太阳能电池产生的功率
　　 Pgen(t)=SRIsol(t)ηsc （17）
　　其中，Isol(t)是太阳的辐射通量密度，ηsc是太阳能电池的效率，R太阳能电池的覆盖面积与囊体表面积之比。要保持飞艇全天工作，结合式（15），那么飞艇工作一天所需要的总能量
　　其中为平均速度，P0为负载消耗的功率，tall_day是一天的总时间，单位为秒。飞艇一天的总耗能还可以由式（17）对日升至日落间的时间进行积分得到，设日出时刻为tsr，日落时刻为tss，太阳的辐射通量近似为0°～180°间的正弦函数，因而有：
　　 （19）
　　令fsun=(tss-tsr)/tall_day，由式（18）（19）得到太阳能电池覆盖面积与囊体表面积的比： 若取， Emax=500W/m2，P0=5kW，令fsun=0.5，U=25m/s，采用图1所示囊体外形，得到随推进器效率的变化曲线，如图3所示。
　　显然，R的值不能超过0.5，因为只有囊体的上表面才能接受阳光，一般的取值小于0.33。从图3看出，太阳能电池和推进器的效率越高，越利于安放太阳能电池。若电阳能电池的效率为0.6，推进器的效率为0.5，那么太阳能电池的覆盖面积比约为0.35。
　　二、结论
　　平流层飞艇设计中总体参数的估算非常重要。确定了飞艇囊体的外形形式后，建立空气静力规律下飞艇质量、体积、气体密度之间的关系，就可对飞艇囊体的尺寸进行估计，从而可以确定飞艇的载重能力和最大升空高度。结合囊体材料密度、飞艇结构及子系统质量、负载重量等参数反过来验证总体尺寸的可行性，如此反复，直到确定为止。既满足了指标要求，又尽可能使飞艇的结构形式简单，使用材料少，动力能源配置合理。
　　参考文献
　　 1　Khoury, G.A., and J.D. Gillett, Airship Technology, Cambridge Aerospace Series:10, 1999
　　 2　Anderson, J.D., Introduction to Flight, 5th edition, McGraw Hill, 2004
　　 3　Jones, S.P., and J.D. DeLaurier, &Aerodynamic Estimation Techniques for Aerostats and Airships&, presented at the AIAA Lighter-than-Air Systems Conference, Annapolis, MD, 1981
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