飞艇在应急救援系统中的应用
摘要：分析目前国内在航空应急救援载体上存在的弊端，结合飞艇具有高效、低耗、安全可靠和无需机场起飞等一系列优势。提出了将飞艇运用于航空应急救援载体的应急手段，具有一定的可行性和实用性。
关键词：飞艇  应急救援  中继通信
Application of the Airship in the emergency rescue system
PENG Ping  CHEN Yun
China Special Vehicle Research Institute，Jingmen，448035，China
Abstract：Analysis of the drawbacks of the current domestic aviation emergency rescue vector， combined with the airship has a high efficiency， low consumption， safe， reliable and without airport a number of adv- antages. Airship used in aviation emergency rescue carrier emergency means of feasibility and practicality.
Key words：Unmanned airship  Emergency rescue  Relay communications
1、引言
近年来，发生的洪灾、泥石流等一系列灾害严重威胁到人民众的生命安全，一旦灾情发生，运输装备和救援系统将成为最严重的“瓶颈”问题，阻碍救援的进展。汶川地震、雪灾、玉树地震和舟曲泥石流等灾情，同样也是由于装备运输的问题，给救灾带来了极大的困难，使大量的救灾人员和救灾物资滞留途中。灾害证明，交通运输过于依赖传统的公路、铁路和机场等基础设施，缺乏应急机动能力，受自然条件的影响较大，一旦传统基础设施被毁，将使救灾陷入一种艰难的境地。
随着氦气提纯技术的成熟，先进的高强超轻囊体材料的出现以及航空电子技术的发展， 飞艇[1]以它特有的优点，如能长时间悬停、续航时间长、垂直起降、载重能力强、噪声低、耗油量小、安全性能好、雷达反射截面小等，越来越受到人们的关注和重视。在许多领域，特别是军事领域，已成为固定翼飞机和旋翼飞机所不能替代的航空武器平台[2]。
2、飞艇平台
飞艇是一种配置有推进装置、利用气囊中封闭的轻质气体产生的浮力原理升空、可控制飞行轨迹的一种轻于空气的飞行器，其与系留气球的主要区别在于飞艇具有推进装置并能控制航行方向。
飞艇主要由主气囊、副气囊、吊舱、推进器、燃料箱、调压系统、飞行控制系统、电源系统和涵道转向机构等组成（参见图1）。其气囊内充漂浮气体（出于安全考虑，通常为安全的惰性气体——氦气）。由于气囊是飞艇的主体结构，因此根据其结构不同，飞艇可分为软式、半硬式和硬式三种类型[3]。软式飞艇由韧性纤维物制成，其囊体形状主要由充入气囊内的漂浮气体与外界空气的压差获得；硬式飞艇由刚性骨架外罩织物蒙皮构成，其气囊形状主要靠刚性骨架支撑；而半硬式飞艇介于这二者之间，艇体下部增设钢性骨架，织物囊体形状是靠充入气囊的漂浮气体与外界空气的压差获得。由于飞艇主气囊采用的气体为氦气，因氦气比空气轻而产生浮力，飞艇停留在空中时，只需很少的动力就可以使其在空中飞行[4]。
飞艇被广泛地应用，在民用上，飞艇可以用来进行飞行空中广告，空中交通巡逻和指挥，后勤支持，飞行特技表演，现场直播中继，航空考古，航空测量，航空矿，森林防火，
旅游观光，环境监测研究等。随着材料科学与技术的发展为飞艇提供了强度高、氦气渗透率低的新型蒙皮和气囊材料，使得飞艇具有质量轻、强度大、气密性好、尺寸稳定等特点；同时，计算机和自动控制技术的进步，使得飞艇的结构设计更为合理，进一步提高了其可靠性，飞行控制也更加准确灵活，使得飞艇开创了更广阔的应用领域，应用于应急救援正是其中之一（见图1）。
3、目前应急救援系统存在的问题
我国是世界上因自然灾害损失最严重的国家之一，在一般年份，全国受灾人员达到2亿人次，因灾死亡人数达到数千人，农作物受灾面积达几千公顷，直接经济损失严重。在2008年汶川地震中更为严重。而我国有近70%的大城市，50%以上的人口，75%以上的工农业产值分布在气象，海洋，洪水、地震等灾害严重的地区。近年来，灾害事件呈现出日益加重的趋势，已成为影响经济社会持续发展的主要障碍之一[5]。
长期以来，我国航空应急救援发展缓慢，救援飞行力量捉襟见肘，救援载体主要以直升机为主。然而国内专业的救援直升机也仅仅只有几十架，远远不能满足大规模的救援需求，特别是大中型直升机主要还是依靠少量国外进口。同时，航空应急救援工作除了需要相当
数量的航空器外，还需要地面保障设施和各类专业人员队伍的共同发展作为基础。而由于管理理念，体制机制、经济水平等各方面的影响，导致应急救援基础不牢，持续发展后劲不足。在汶川大地震中，由于交通和通信全部中断，数以万计的灾民望眼欲穿，并受气象、地形、设备、机场等因素的限制，虽调集大量直升机，但其使用频率极低，极大影响救援速度和效果。
4、飞艇优势分析
随着飞艇自主飞行控制技术、囊体材料、航空电子及氦气等科技的不断高速发展，飞艇在各国军用、民用的呼声不断，特别是美国、以列、德国、日本和英国，在军、民用飞艇方面不断加大研发力度，急欲打造出适应信息化形势的新利器[6]。
4.1 高效低耗，经济效益显著
首先，现代各类飞艇均采用氦气囊和新型吊舱形式，克服了以往氢气易燃易爆的问题，并在结构设计上采用高强度轻型合金材料与复合蒙皮材料，其强度得到进一步加强，气囊渗氦率得到显著的降低。一艘飞艇的造价仅为同型飞机的1/10，且使用费用低。系统开设时，
其运行费用一般比飞机低75%～80%。其次，由于飞艇表面积较大，可在飞艇表面积上安装太阳能电池组，配合可靠的蓄电池组成供电系统，用于飞艇的设备用电，可大量节约燃料的消耗，减少对空气的污染和飞艇使用成本，并可在夜间作为灾区上空的大型照明设备，对重点区域的抢救工作起到非常好的效果。4.2 安全性高，生存能力强
飞艇设计的压力调节系统，其主要根据艇载控制系统内的压力控制率对飞艇副气囊进行充放气控制，使囊体保持一定的外形刚度。当飞艇处于常压状态时，气囊内外压差很小，并且飞艇飞行速度较慢，即使出现氦气泄漏，其他完好的隔舱中的气囊所产生的静升力可继续维持飞艇的飞行，使地面人员或飞行人员有充分的救援时间，甚至有些损坏可以在飞行中进行修复，不会造成灾难性的后果。
4.3 低空飞行性能优越
飞艇可在离地面50米左右的低空中长时间安全飞行，并可以在空中长时间悬停。其低空性能是任何类型的飞机都不能比拟的。飞艇在进行飞行时，可在许多野外环境下垂直起降。
5、飞艇在应急救援系统中的应用
相对其他应急救援系统空中平台，飞艇可长时间驻空、准静止、可承载一定规模有效载荷等特点，其拥有显著的性能、价格及机动灵活等优势。
5.1 遥感遥测指挥中心
一旦灾情发生，灾区随时可能发生泥石流和塌方等一系列等情况，加上不良的气候环境，飞机不能超低空飞行、无法获取清晰的遥感图像，救援人员不能正确判断灾区的实际情况，给救援带了不便。 而飞艇可以在低空长时间巡航，如果给飞艇装上高分辨率的照相机和遥感设备，可以全天候24小时巡视监控受灾地区，并快速得出遥感图像[7]，同时将所监测到的图像直接传到救援指挥部，为救灾提供连续的、系统全面的第一手灾区监控资料，为救灾决策服务。同时，飞艇所采集到的清晰照片可快速形成电子地图，为灾区重建提供精确的国土资源数据[8]。
5.2 环境气象监控、保障
飞艇飞抵灾区上空，利用自身配置的气象雷达与气象监测设备，实现对灾区数万平方公里气象环境条件进行应急机动监测，随时为救援时采取的空运、空投和空降提供及时的气象
保障信息，大幅度提高了救灾空运、空投和空降的快捷性，保证了救灾人员和设备的安全。
5.3 通信中继
2008年汶川大地震中，通信大面积中断，道路、机场被毁，车载机动应急通信无法进入灾区，难以恢复通信，导致灾区与外界救援长时间失去联系。如果在飞艇上配置通信中继设备，可以快速建立一个通信机动，通信覆盖面积大，通信频带宽，效能高等优点的空中通信[9]。飞艇可在灾情发生的第一时间到达灾区上空，立即构建灾区与外界的通信联络，保证受灾地区与外界的联系和沟通，对救灾的顺利实施起到巨大的作用。
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5.4 空中救援平台
汶川大地震中，我国出动了100多架直升机进行灾区救援，但由于直升机的运送能力较小，受气象条件的影响较大，对装载、着陆点的条件要求高，油料消耗也很大，只能运送轻型的救援设备和重伤病员。相比直升机来说，飞艇的有效载荷很大，一艘大型飞艇的运载能力直接可以取代将近百架的直升机，并且其飞行稳定，效率高，不受地理条件的约束，只
要在允许飞行的风力范围内，飞艇可以直接到达灾区上空的任何地域，并能够悬停在离地面很近的地方。因此，飞艇可以绕开被毁的道路和机场，及时向各个受灾点运送救援人员、医疗药品以及救援所需的工程机械等大型救灾设备。及时撤出受灾众，从而减少更多的伤亡和损失。
6、发展与展望
目前，我国研制的飞艇主要以中小型飞艇为主，大型飞艇的研制目前还处于研制起步阶段，国内尚无成熟技术和经验。这是一个众多学科结合的产物，涉及空气动力学、推进器、能源、材料以及自动测控等多方面的问题，面临着许多挑战，然而，其与众不同的性能和优势散发着巨大的魅力，吸引众多国家纷纷投人巨资对其进行研究开发，其中美国和日本走在了前列。我国起步较晚，对该领域的研究还有许多空白，这更促使我们去探索和研究。飞艇不仅仅在抢险救灾、应急通信中发挥着巨大的作用，而且在我们生活的各个领域都发挥着积极作用。我们应在原有中小型飞艇研制经验的基础上，大力开展技术创新，大胆采用新概念、新技术，加大对大型飞艇的研究、设计、制造和试验，努力发展具有我国知识产权的大型飞艇。
参考文献
[1]甘晓华，郭颖.飞艇技利既论[M].北京：国防工业出版社，2005.
[2]张科施，宋笔峰，安伟刚.大载重浮式运输飞机研究进展[C].2007年中国浮空器大会论文集.北京：航空工业出版社，2007.
[3]吉勤勒（英）.飞艇技术[M].北京：科学出版社，2008.
[4]蒋谱成，武坦然，张宇涵. 近地空间飞艇发展现状与趋势[J].空间电子技术，2008（3）：5-10.

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