佩带“蜘蛛”的“巨兽”:洛马运输飞艇与无人维修机器人

2017-03-06 19:27:31 航空世界 2016年11期

刘劲华+朱丽娅+陈宇

LMH-1重燃大型飞艇之梦

洛克希德-马丁公司的LMH-1大型混合动力运输飞艇(MEGABLIMP)是一款现代软式运输飞艇,第一艘验证艇P-791由洛克希德-马丁的“臭鼬工厂”分部生产,两名机组人员负责驾驶和操控,能够运载23吨货物和19名乘客,以108千米/时的巡航速度飞行2520千米以上,使航线与航空基础设施还不匹配偏远地区的货运成本更低。

LMH-1混合动力飞艇80%的浮力来源于壳体内氦气的浮力,另外20%的浮力来源于三叶形飞行器产生的气动升力和4台螺旋桨发动机的矢量推力。在填充的氦气中间,还有一种充了空气的小气囊,用来调节浮力。另外壳体上还设计有进出孔,在发生重大泄漏时可以用空气小气囊堵住,从而密封住飞艇里的氦气。据悉,洛克希德-马丁曾经邀请记者到壳体的气囊内参观,以便向外界更好地推广这种新飞行器。

LMH-1混合动力飞艇P-791原型验证艇专门设计了先进的“气垫着陆系统”(ACLS),艇身下面有4个气垫,能够抓牢地面或水面,因此在降落之后不需要额外的固定措施,可在任何地方降落着陆,适于在偏远地区的矿山、油气田使用,能够替代一部分直升机的运输任务,比如目前英国北海油气公司向海上钻井平台运送人员和物资时使用的直升机,而且LMH-1还能提高大型设备的长途运输能力。未来,LMH-1飞艇的气垫着陆系统将比P-791的更加先进,整合成尾部2个主气垫和前方1个更小的“鼻腿”气垫的三角形布局。飞艇着陆时与飞机相似,首先是尾部2个主气垫着陆,随后是“鼻腿”位置的气垫着陆,能够适应水面、雪地、冰面、沙漠、泥沼等多种地形环境,使自然环境对空运的影响降至最低,从而减少对航空运输基础设施的建设需求。据悉,这种飞艇甚至有克服水雷的能力,使其军用前景更为广阔。

LMH-1的起飞和着陆系统源于为F-35B短距起飞/垂直降落战斗机开发的技术。在20节(1节=1.85千米/时)以下,驾驶舱通过控制输入使飞艇以垂直方式运行。在25节以上速度时,能够转化为常规飞行模式。20~25节时速之间是用于缓冲的混合区域,从向前飞行向降落模式过渡,反之亦然。当速度下降到15节以下时,系统自动触发侧杆控制器,调整垂直翼的偏转角度,螺旋桨上会有反向旋转,飞艇进入制动模式。

结构设计满足客运货运需求

LMH-1混合动力飞艇的货舱位于中部壳体下方,舱长46米、宽3米、高3米,在卡车车箱高度的位置设有舱门,便于利用自动装置装载和卸载货物。货物艇能够装载约20米长的物体,对更长的货物,货舱门在飞行中可以保持开启。货物舱设计了系紧和加强夹板,以便运输重型工程车辆和推土机这类大型装备。据洛克希德-马丁公司介绍,LMH-1的货物运输单位成本将是直升机的1/10,未来的应用前景非常广阔。

货舱前面是乘客和驾驶舱,也就是位于前部气垫的上方位置。驾驶舱前方安装了向内倾斜的玻璃挡风,以减小反射眩光。LMH-1飞艇将采用遥控自动驾驶仪技术、座舱模拟图面技术和矢量推力技术,更好地提高飞艇的机动性能,驾驶舱设有电传飞行控制系统(FBW),可以控制矢量推力、尾翼控制表面的动作。艇身下方安装有气象预报与路径规划系统,更好地提升了飞艇的全天候飞行和自治飞行能力。

乘客舱安装了19个座椅,还设有厨房区域,机舱内部很宽敞,保证了乘坐的舒适性。据洛马公司介绍,这是在不配备乘务员的情况下目前最大的载客数量,但是这已经是20世纪60年代L-1011“三星”(TriStar)以来,洛克希德建造的能够容纳最多数量乘客的飞艇。公司对于客货舱比例设计是出于这样的考虑:与直升机或固定翼飞行平台相比,LMH-1混合动力飞艇的飞行时间更长,更适于运营商运送建筑、采油工人以及设备,而不是将它作为专用的人员运输工具。

LMH-1混合动力飞艇还设计了设备舱,位于驾驶舱/客舱与货物舱之间,里面放置各种中央设备,以及柴油机发动机所需的燃料。燃料舱容量5000 加仑,用来保证2520千米的最大航程。

2016年5月,洛克希德-马丁公司宣布混合动力飞艇已经获得美国联邦航空委员会(FAA)的运输资格认证,将在2017年中期首飞LMH-1混合动力飞艇,在2018年前后服役投入运营,届时,公司20年的商用混合动力飞艇的梦想将变为现实。根据目前的评估,飞艇的建议售价约4000万美元,目前正在寻求更多的潜在商业客户。随后,公司还将推出放大比例的验证艇,进一步提升飞艇的运载能力。初步方案是按比例将艇身长度扩大到243米左右,尺寸扩大到1个足球场大小之后,就有望实现500吨的运载能力。

“蜘蛛”專门负责修补漏洞

洛克希德-马丁公司在研发LMH-1混合动力飞艇的同时,还在2016年7月为飞艇本身配备了一个专属机器人“蜘蛛”(Spider),用来在飞艇壳体表面查找、修补微小的漏洞和裂缝。洛克希德-马丁公司飞艇项目负责人比尔·博伊斯介绍,飞艇工业面临的最大问题是如何探测壳体上的微小漏洞,保证飞行安全性。如果壳体发生泄漏,通常需要花费大量人工和时间拿着手电一处处寻找,然后再手工费力地修补;“蜘蛛”机器人的功能,就是查找这些漏洞并负责自动修补。

“蜘蛛”是一种自主行走机器人,专业功能是“壳体损伤评估与修复器”,主要由两大部分组成,分别在充过气的壳体内表面和外表面工作,通过磁力吸附相连,有些像人们生活中用到的擦玻璃机器人的原理。工作时,机器人的艇外部分的LED灯发出亮光,依靠自身动力在壳体表面“行走”,同时自动扫描壳体表面,亮光通过漏洞进入较暗的壳体内部会非常明显,壳体内部的部分利用接收装置捕捉这些亮光,从而寻找到极其微小的漏洞。毫无疑问,机器捕捉微光的能力远胜于人眼,因此具有更高的查找成功率。如果“蜘蛛”发现漏洞,机器人会使用内置式修补系统,利用现成的补丁在壳体内部进行修补。

目前,“蜘蛛”机器人已经在加利福尼亚州帕姆代尔臭鼬工厂的一处秘密设施,对P-791原型飞艇进行了测试。测试中“蜘蛛”使用的微型补丁是由多层向量纤维材料制成,运用倍压器以及控制表面、ACLS衬垫技术完成修补过程,修补完毕后,“蜘蛛”会在通过内置照相机拍摄修补前后的照片(无法修补的漏洞也会拍摄),从而对修补点进行标记,并以无线方式发送到中央监控计算机通知机组人员,以便进行人工监控和检验。一部飞艇在检修维护时可以使用多个“蜘蛛”机器人同时进行扫描,以一种冗余式的设计,保证整个飞艇都被扫描到位。如果一个“蜘蛛”任务失败没有扫描到漏洞,那么其他“蜘蛛”的查找路径也能再次通过泄漏点,弥补上一次扫描的遗漏。

洛克希德-马丁公司表示,飞艇技术应用至今已经有150年的历史,虽然现在不如臭鼬工厂标志性产品SR-71“黑鸟”战略侦察机那么炫酷,但是目前的实用价值正在慢慢回升,货运、客运、气象数据收集、侦察监视等任务都在呼唤安全可靠的飞艇。一个“蜘蛛”机器人就像一个勤劳的杂技演员,每天的扫描总长度高达3200米,这项实用技术的出现极大地减少了飞艇维护修理中的人力和时间需求,有效提升了飞艇的飞行适航性、安全性和运营效率,是大型运输飞艇商用乃至军用的重要支持装备。