飞艇调研报告

飞艇调研报告

飞机(airplane)和飞艇(airship)都是空中飞行器，但二者的运行原理不同。飞机是比空气重的飞行器(theheavier-than-air craft)，飞艇是比空气轻的飞行器(thelighter-than-air craft)。

目录

一、 飞艇工作原理及进化历程

(一) 工作原理

1. 浮力定律

2. 飞艇具有推进和控制飞行状态的装置

(二) 飞艇发展历史

1. 公元前400年鸟状飞行器

2. 1670年最早的飞行器设计图

3. 1783年飞向天空的飞行器

4. 1852年第一艘有人可操纵飞艇

5. 1852-1940年：飞艇诞生，经历辉煌

6. 1941-1980年：陷入低潮，几近停滞

7. 1981-至今：迎来复苏，理性发展

(三) 飞艇分类

1. 按升空高度分类，飞艇分为对流层飞艇和平流层飞艇；

2. 按操纵特点分类，飞艇分为有人驾驶飞艇和无人驾驶飞艇；

3. 按结构形式分类，飞艇分为软式飞艇、半硬式飞艇和硬式飞艇。

4. 混合飞艇

二、 核心技术

(一) 材料技术

1. 碳纤维：聚丙烯腈基碳纤维（PAN-CF）、中间相沥青基碳纤维

2. 航天科工六院46所——F-12芳纶纤维

3. 碳纤维增强树脂（CFRP）

4. 有机高性能纤维：芳酰胺纤维、聚噁二唑纤维（P0DZF）、聚对亚苯基苯并双噁唑纤维（PB0F）、液晶聚芳酯纤维（LCPF）、人造蜘蛛丝（MSS）、纤维素纳米纤维（CNF）

5. 复合材料

6. PBO纤维（聚对苯撑苯并二恶唑）

7. 临近空间飞艇的蒙皮

8. 我国目前没有针对这方面建立起成熟、标准的试验分析和表征方法，对于材料耐受紫外线、温差、水蒸气等条件后的性能变化机制搞不清楚，对于如何材料如何阻止氦气泄露的机制也不清楚。

(二) 结构设计

1. 飞艇布局

2. 结构形式

3. 高动升力外形优化设计

4. 组合艇囊内部保形与应力分散技术

5. 飞艇起降装置

(三) 能源技术

1. 目前飞艇常用的能源形式

2. 现代重载飞艇常用能源

3. 柔性太阳电池

4. 发电系统、储能系统以及电源管理及分配系统

5. 镍氢电池(可以反复充放电超过5万次)

6. 氢氧燃料电池

7. 核电技术

8. “放射性同位素热电发电机”(RTG)

9. “斯特林放射性同位素发电机”(SRG)

(四) 控制技术

1. 飞行控制

2. 飞行控制策略

3. 升力控制技术

4. 静态重量控制技术（COSH）

5. 气垫着陆器（Air Cushion Landing System，ACLS）

6. 压力控制

三、 应用场景

(一) 预警探测

(二) 侦察监视

(三) 通信中继

(四) 重载运输

(五) 航测航拍

(六) 旅游观光

(七) 环境监测

(八) 空中广告

(九) 亚马逊把仓库搬上飞艇（假想）

四、 竞争格局（头部企业）

(一) 国外生产商

1. 英国先进技术集团公司（Advanced Technologies Group，ATG）

2. 美国洛克希德·马丁公司

3. 美国全球航空公司

4. Flying Whales飞鲸公司

5. 瑞典公司OceanSky Cruises

6. 其他：Lockheed Martin、Zeppelin Luftschifftechnik、Lindstrand Technologies、Vantage Airship、Airborne Industries、Gefa-Flug

(二) 国内生产商

1. 珠海企业中航通用飞机有限责任公司

2. 中国航天科工集团公司

3. 北京临近空间飞艇技术开发有限公司

4. 航空工业特飞所

5. 青岛飞宇航空科技有限公司

6. 上海达天飞艇制造有限公司

7. 国内近60家飞艇研发制造及周边企业概况

五、 飞艇推进建议

(一) 目前调研内容主要为纸上谈兵，还需要寻求更专业的人员和实地补充调研方可推进下一步计划。

1. 确定最具市场前景的应用领域对应的飞艇类型

2. 评估类型飞艇市场参与主体、技术水平、投入预算

3. 评估自身实力：资金、技术、人才、场地、供应链能力

(二) 确定发展策略

1. 自主研发 VS联合研发

2. 重后端应用 VS 重前瑞重研发

3. 自有资金 VS 产业资本

(三) 做好打持久战的心理准备及合理确定阶段性任务

古希腊科学家阿基米德（Archimedes）于公元前245年发现了浮力定律，这一定律是所有飞艇和气球设计最基本的理论依据。虽然浮力定律早在公元前就已被发现，而且气体受热上升的现象自人类首次使用火以后就每天都可以观察到，但直到18世纪欧洲工业革命的到来，才为人类探索自然提供了良好的条件，加快了人类飞行探索的步伐，人们开始认真构思并制作飞行器。

飞艇的工作原理是根据气体的体积来改变大气对它所受的浮力，f=pgv排，所以在p与g是定值，所以根据v排，气体体积大小来升降，所以充装氦气（密度小于空气）浮力变大，气罐来充装气艇的气球，从而改变排开的体积，所以气艇的原理与热气球原理不同的。

飞艇是一种轻于空气的航空器，它与热气球最大的区别在于具有推进和控制飞行状态的装置。飞艇由巨大的流线型艇体、位于艇体下面的吊舱、起稳定控制作用的尾面和推进装置组成。艇体的气囊内充以密度比空气小的浮升气体（有氢气或氦气）借以产生浮力使飞艇升空，同时利用动力推进系统、艇载功能系统和飞行控制系统等实现升空、下降、空中悬停或机动飞行等。吊舱供人员乘坐和装载货物。尾面用来控制和保持航向、俯仰的稳定。

据说在公元前400年左右，古希腊人阿尔库塔斯(Archytas)就设计和制造了第一个飞行器，这个飞行器形状像鸟，可能是由蒸汽驱动，飞行了200来米。有人怀疑这个飞行器是用绳子悬在空中的。

1670年，有一位名叫特尔齐的意大利数学家，因为单纯地向往天空，所以设计了这样一张飞行器图纸。

最早的飞行器设计图

1783年，在第一艘飞艇图纸被画出的113年后，法国造纸商孟戈菲兄弟，将热气球放飞到空中，人类第一次制造出了能飞向天空的飞行器。

热气球飞向天空

仅仅十天后，另外一只更为“争气”的气球，在天空足足飞行了两个多小时之久。因为它使用了一种特殊的气体，氢气。

氢气球

可此时的气球存在着一个巨大的缺陷——没办法控制方向。为了解决这个问题，罗伯特兄弟给气球安上了船桨。然而，在试飞过程中，它们还是没起到什么作用。

带有船桨的飞艇

1852年世界上第一艘有人可操纵飞艇研制成功，在之后160多年的发展历程中，全世界共制造了近200艘硬式飞艇、100多艘半硬式飞艇和250多艘大中型软式飞艇。

18世纪欧洲掀起了研制载人气球的热潮，并在此基础上进一步发展推进装置，以流线型气囊提供浮力克服重量，从而诞生一种新型的轻于空气的航空器——飞艇。

1852年，法国人亨利·吉法尔成功研制世界上第一艘接近实用的有人可操纵软式飞艇，但由于受到气囊织物强度和刚度等限制，软式飞艇在续航时间和运载能力方面提升缓慢，严重阻碍了飞艇技术实用性发展。

1892年，犹太商人大卫·舒瓦兹与德国企业家卡尔·贝尔格合作，尝试用当时新兴的金属铝来制造飞艇，硬式飞艇技术现世。1897年德国制造了世界上第一艘硬式飞艇，1900年7月德国齐柏林LZ-1号硬式飞艇起飞，标志着飞艇“金色时代”到来。

LZ1飞艇

齐柏林飞艇公司

1909年，齐柏林创办世界上第一家民用航空公司——德意志飞艇运输公司，并于1910年6月开通第一条定向商用航线进行载客运输，开启了商用运输领域的“飞艇时代”。

第一次世界大战期间，飞艇在军事上的发展更为显著，据统计共有115艘飞艇投入战争。德国生产齐柏林系列硬式飞艇达88艘，且在战争需求和地面防空火力不断提升的双重压力下，硬式飞艇的飞行速度、高度、气囊容积、噪声、定位等诸多性能迅速得到提升。同时，英国皇家海军在沿海水域使用小型软式飞艇对抗潜艇威胁。

第一次世界大战结束后，齐柏林硬式飞艇逐步成为飞艇技术发展的主流。除德国外，英法美等国纷纷利用战争中缴获的齐柏林飞艇发展民用飞艇事业，主要是航空运输，特别是跨洋来往于欧美亚洲之间，行程长达数千千米。1929年8月，“齐柏林伯爵号”飞艇完成环球航行，谱写飞艇历史上最辉煌的篇章。1931年，“齐柏林伯爵号”飞艇成功进行北极科学考察，之后多次往返北极。直到1937年退役，“齐柏林伯爵号”飞艇飞行650余次，载客18000人，且无一次事故发生。据统计，1926-1930期间各国飞艇无事故飞行时间超过1万小时，而飞机同期仅有7000小时。

“齐柏林伯爵号”飞艇

1937年5月，德国“兴登堡”号飞艇在美国莱克赫斯特基地着陆时，不慎撞击建筑物而引起气囊内部易燃的氢气爆炸起火，导致包括一名地面人员在内的36人遇难，社会各界震动很大，也对飞艇发展造成致命的打击，德国民航禁止飞艇使用氢气作为浮升气体。1940年4月，德国政府下令拆下剩余两艘硬式飞艇的铝材和钢材用于飞机制造，由此开始飞艇的发展陷入低潮期。

“兴登堡”号飞艇爆炸起火

与此同时，飞机迎来跨越式发展。第二次世界大战期间，战斗机和轰炸机随着涡轮喷气发动机的出现而得到快速发展，这些成果转化为民用后创造了民航运输飞机的喷气时代，实现快速、远程及舒适的航空旅行。在与飞机的竞争中，飞艇逐渐失去原有市场，发展几近停滞。

20世纪80年代以后，随着氦气大量生产以及航空技术不断进步，飞艇重新引起人们关注，世界各国飞艇也迎来了复苏和理性发展期。英国飞艇工业有限公司研制了世界上第一种拥有容许载客型号合格证的Skyship-600载人飞艇；德国成立新齐柏林飞艇公司，主要研制新型半硬式飞艇；美国海军为侦察海上毒品走私活动，与威斯丁豪斯公司、英国飞艇公司共同投资研制YEZ-2A预警飞艇系统；在我国，中国特种飞行器研究所研制出国内第一艘大型载人充氦飞艇FK4型，并在亚运会期间长途飞行转场至北京进行飞行表演，填补了我国在载人飞艇领域的技术空白。

Skyship-600载人飞艇

从20世纪90年代开始，在高空预警、通信中继、对地观测等军民需求牵引下，世界各国掀起了平流层飞艇的发展热潮。从总体方案、系统原理、能源、材料、推进装置等方面关键技术研究，再到系统集成和技术演示验证，平流层飞艇已作为主要发达国家发展的战略产品，如美国“高空哨兵”-80飞艇、HALE-D飞艇、中国PFK300飞艇、日本SPF飞艇等。

HALE-D飞艇

近十年来，国内外重载飞艇产业得到快速发展。2000年6月，英国ATG公司完成Skycat-20重载飞艇低空验证飞行。2010年10月，美国Aeros公司发布Aeroscraft系列重载飞艇项目，并于2013年1月完成Pelican缩比演示验证艇首次系留飞行测试，同年9月完成首次室外飞行试验。2015年7月，中航工业通用飞机有限责任公司与法国飞鲸控股公司签订LCA-60T重载飞艇合作协议。目前，中小型低空软式飞艇、大型运输飞艇和平流层飞艇已成为世界飞艇发展的三大主流。

Pelican飞艇

硬式飞艇是由其内部骨架（金属或木材等制成）保持形状和刚性的飞艇，外表覆盖着蒙皮，骨架内部则装有许多为飞艇提供升力的充满气体的独立气囊。半硬式飞艇要保持其形状主要是通过气囊中的气体压力，另外部分也要依靠刚性骨架。

混合式飞艇结合了传统飞艇和飞机的特点，将传统飞艇的静升力与飞机的动升力两类优点结合起来，既依靠艇囊气体产生静升力，又通过囊体和翼面等产生动升力，具有飞行速度快、运载能力强等性能优势，主要包括流线型艇体、推进系统、操纵系统、控制系统和吊舱等，吊舱通常安装在艇体下方，用于搭载人员和装载货物进行运输。新概念飞艇则以其独特的使用模式或设计理论，满足一些特定的功能，从另外角度解决大型运输飞艇设计使用关键技术。

重载飞艇结合了传统飞艇技术和固定翼、旋翼飞机技术以及气垫船技术，具有载荷能力强、续航时间长、操控简单可靠、对地面基础设施依赖小等突出优点，目前已有多个国家开展了重载飞艇的研究与技术验证。主要依靠轻于空气的浮升气体产生静升力，同时利用高气动升力外形和矢量推进器等多种升力源提供动升力，以静升力为主、动升力为辅，具备可控飞行能力和升力控制能力的新型运输类浮空飞行器。由于结合了传统飞艇技术和固定翼、旋翼飞机技术，现代重载飞艇的操纵特性和稳定特性得到了极大地提升。

混合动力

大型运输飞艇指载重量在数吨、甚至百吨以上的飞艇。飞艇飞行速度比飞机低，但远高于一般车辆和船舶，而且可随处起降和空中悬停，具有其他运载工具无法比拟的独特优点。因其载重量大、续航时间长、飞行平稳、研制成本低、部署灵活、无需专用机场等独特优势，能在执行海洋（特别是南海）维权巡查、环境保护监察、人员与货物运输、特种货物转运等方面发挥较大的作用。在国防建设和经济发展的同时具备持续有力的支援保障能力和复杂多样的非战争任务能力，是我国未来重点发展的战略产品。世界各国目前在研的大型运输飞艇以混合式飞艇为主。

F-12芳纶纤维具有强度高、密度低、柔韧抗冲击、阻燃、绝缘、耐高低温、透波、尺寸稳定性好、耐化学品腐蚀等优良理化性能，已广泛应用于航空、航天、船舶、飞艇、橡胶、个体防护、电子通讯等领域。主要规格有23、44、63、100、130、200、400tex，根据用户需求可定制开发其它规格纤维。同时，46所已开发生产多种规格的芳纶机织物、仿形织物、立体编织物、芳碳混编织物、高强导电织物、绳索、织带、套管、飞艇囊体复合材料等制品。

碳纤维增强树脂（CFRP）具有优异的综合性能，其在导弹、空间平台和运载火箭，航空器，先进舰船，轨道交通车辆，电动汽车，卡车，风电叶片，燃料电池，电力电缆，压力容器，铀浓缩超高速离心机，特种管筒，公共基础设施，医疗和工业设备，体育休闲产品，以及时尚生活用具等十六个领域。

能将PBO做成纤维、并工业化生产的，全世界范围内只有日本。

必须使用多层复合设计才能同时满足耐紫外线照射和大温差、防止氦气渗漏等多种要求；而承力层的材料，就必须采用重量极轻的高强度纤维来纺织布料。

主要以常规单囊体形式为主，部分采用浮升一体化形式（即由多个单囊体混合而成，也称混合布局形式），极少数采用飞碟式、艇翼式、组合式等布局形式。单囊体形式是一种成熟的飞艇布局，成型容易，设计生产技术已相当完善，应用也最为广泛；浮升一体化式布局能有效利用气动升力与浮力，在相同任务载重和使用情况下，理论上可减小囊体体积，目前主要应用于大型飞艇，如美国LEMV飞艇。

LEMV飞艇

中小型飞艇以软式结构为主，大型飞艇则主要采用硬式或半硬式结构形式。

软式飞艇主要依靠艇体内浮升气体与大气之间的压力差来维持外形，飞艇内部设置有主气囊（浮升气体气室）和副气囊（也称空气囊），当浮升气体温度或飞艇高度发生变化时，可通过对副气囊进行充/放气操作以保持一个稳定的气囊内部压力。硬式飞艇依靠一个完整的金属或复合材料骨架结构来维持外形和刚度，骨架结构外部覆以蒙皮，内部设有多个相互隔开的浮升气体独立小气室，即使内部浮升气体失去压力，飞艇仍能维持其自身的外形。半硬式飞艇介于硬式飞艇和软式飞艇之间，既与软式飞艇一样主要依靠气囊内部压力来保持外形，也具有与硬式飞艇相似的刚性龙骨，沿着底部曲面从头锥一直延伸到尾翼，承受主要的吊挂载荷，并分散传递给整个飞艇。现代飞艇大量采用复合材料骨架结构，如国外较为成熟的齐柏林NT飞艇。

对于软式和半硬式飞艇而言，其完全依靠内部的气体压力保持自身气动外形，并具备一定的刚度。但由于外界环境（海拔高度、大气压力及温度等）变化，飞艇内部压力不可避免会受到影响而出现一定的波动，此时必须通过压力控制系统将气体压力维持在一定范围内，从而保证飞艇安全。目前通常采取的方法是在飞艇内设置一个或多个空气囊，通过对空气囊进行充放气操作控制内部气体压力；当飞艇内部空气完全排空而压力持续上升时，通过氦气阀进行放氦操作；同时利用压力传感器监测气囊内部压力变化，作为压力控制的依据。

需要兼顾气动升阻特性、形状保持能力和成型工艺性，以达到提高飞艇性能的目的。

常用的内部保形手段主要有隔膜和拉绳，其主要有两方面作用[23]。一是承受囊体向外扩张产生的应力，保持飞艇外形。隔膜或拉绳通常在艇囊间相贯位置处上下相连，通过自身微小变形承受艇囊扩张产生的应力。内部保形的另一个作用是传递载荷，使飞艇均匀受力，飞艇吊舱通常安装在艇囊下部，由于重量较大，会对艇囊下部材料产生较大的拉应力，此时隔膜和拉绳将成为载荷的传递路径，将吊舱等结构件的重量传递至整个艇体，减小艇囊下部的局部应力。组合艇囊交汇处是重载飞艇保形的重要部位，其应力水平要远远高于艇囊其他部位，设计时应通过一定技术手段将其应力分散，防止出现局部应力集中破坏艇囊结构。目前较为可行的应力分散手段是在交汇处艇囊材料内部加入刚性拉丝等构件，依靠其较大的刚度承受囊体变形产生的应力。另外，根据艇囊满充时单个囊体的的变形曲线，可以在囊*汇处使用具有一定初始弧度的材料，以减小材料变形应力。组合艇囊内部空间有限，以较低的重量成本设计出具有足够强度和刚度的内部保形结构，是需要重点解决的问题，囊*汇处应力分散结构的设计与实际使用的效果，是需要探索和反复尝试的工艺。

主要功能包括：降落时承受和吸收飞艇动能和最大净重势能产生的冲击力；锚泊时使飞艇绕锚泊装置旋转运动；防止吊舱、推进装置及尾翼与地面直接撞击；辅助飞艇随牵引装置移动和入库等。目前常用的飞艇起降装置布局形式有单点式、两点式和三点式，其中两点式又可分为前后式和并列式。单点式主要应用于中小型飞艇，即在飞艇吊舱下方布置一个起降装置，这就要求保证重心在浮心和接地点之间，从而使飞艇基本保持平衡，同时为了避免尾翼擦地，在下尾翼安定面后缘下方可安装一个辅助性防撞装置；前后两点式主要应用于长度比较大的中型飞艇，将两个起降装置沿纵向中心轴前后布置，能较好地改善飞艇的俯仰稳定性，但接地时两点处的滚动摩擦力会使航向偏转适应性变差，横向稳定性也较差；并列两点式主要应用于长细比不大的中型飞艇，在吊舱两侧分别布置一个起降装置，飞艇重心在浮心与机轮轴心线之间，相比单点式在一定程度上提高了滚转稳定性，可以有效保护吊舱两侧的推进装置免于撞击，同时也通常需要在飞艇后部布置一个辅助性防撞尾轮；三点式主要应用于硬式飞艇或大型飞艇，将两个主起降装置布置在吊舱下部，另一个起降装置布置在吊舱或艇体下部适当位置，可以有效减小飞艇着陆过程受到的冲击，并在锚泊及地面移动时使飞艇的姿态更加稳定。近年来，随着飞艇产业与技术的不断发展，飞艇体积大型化、囊体结构多样化、使用环境复杂化的趋势愈加明显，传统的起降装置形式已无法满足飞艇在某些条件下（如水面、沼泽）的起降要求，由此引出新型的气垫式起降装置设计理念，即在艇体下方用软式或半硬式气垫满足飞艇起降、停放及滑跑等要求，如美国P-791飞艇。

能源是提供飞艇飞行、控制、信号测量、信息传输以及操作等各种动作的能量，通常具有重量轻，效率高，稳定可靠等特点。

主要有燃油发动机形式、纯电形式和油电混合形式。燃油发动机具有较高的质量比功率，但其消耗后会导致飞艇的浮重平衡被破坏；纯电形式通常采用储能电池，或太阳电池 储能电池的循环能源形式，使用中具有较高的效率并且不会带来重量变化；油电混合形式往往用于单种能源不能满足任务需求的情况，结构复杂度较高，但用燃油供应动力，用储能电池供应飞艇设备电源却是一种适用于长航时飞行的优选方案。对于现代重载运输飞艇，首先应考虑引入循环能源以弥补艇上能源的消耗，在艇囊较为平坦的上表面铺设柔性薄膜太阳能电池是一种较优的选择。其次应采用油电混合能源形式，以应对飞行中多种不同工况，比如应急抗风、高速飞行时采用燃油作为动力，而低速巡航时使用电池能源作为动力。对于采用油电混合能源形式的飞艇，由于电能是可以补充的，而燃油无法补充，因此飞行中应以电能为主、燃油为辅。氢燃料因具有高质量比能量，各国正在研究开发氢燃料活塞动力发动机，将优先应用于飞机，如美国正在针对全球观测者（Global Observer）和鬼眼（Phanton Eye）研制液氢燃料发动机，如果液氢发动机得以应用，将使飞艇的载重量和飞行时间进一步提高。

2. 现代重载飞艇通常使用柴油或汽油作为飞艇推进器的能量来源，为了实现长航时飞行，燃料占比通常较大。随着飞行航时的不断增加，燃料的消耗使飞艇总重逐渐降低，若总升力无法与之匹配，飞艇极易净轻失控，因此必须采取一定措施对飞艇的升力进行控制。

柔性太阳电池具有重量轻、可弯曲、便于携带和运输等优点，可应用在卫星、飞艇、无人机、单兵装备等国防军工领域。目前，已经商业化的薄膜太阳电池有硅薄膜太阳电池、碲化镉太阳电池和铜铟镓硒太阳电池，这三种商业化的薄膜太阳电池均以玻璃为衬底。

主要是通过驾驶员操纵或其他信号源发送的指令进行与飞行相关的控制，一般包括飞艇航迹、姿态、速度、飞行品质等。飞艇的飞行控制可分为人工控制、电传控制和光传控制。人工控制主要通过机械连杆或钢索等形式实现驾驶员操纵装置与气动舵面之间的联系，从而完成给定控制；电传控制是将驾驶员的控制指令以电信号方式传递，并应用反馈控制原理使飞艇的运动成为被控参量；光传控制主要利用光纤技术实现信号传递，可有效防御电磁干扰。由于飞艇具有体积大、柔性结构以及主要靠浮力提供升力等特点，使得传统的机械操纵形式存在灵敏度低、布置困难、自重大等诸多缺点，现代飞艇基本上都采用了电传控制系统，如新一代Goodyear飞艇。

飞艇全包络飞行通常包括起飞、爬升、巡航和下降着陆等过程，远距离长航时飞行任务中，巡航过程占据绝大部分飞行时间。定高度平飞时，飞艇所携带燃料的消耗速率是推进器功率的函数，当推进器功率最小时，飞艇耗油量最低，此时对应的飞行速度即为最小燃料消耗速度，为了节约能源成本并增加飞行时长，重载飞艇平飞时应以最小燃料消耗速度飞行为佳。随着飞艇续航时间的不断累积，燃料的消耗使得飞艇的净重不断变化，导致最小燃料消耗速度也在不断变化着。实际飞行时，应定时间间隔监测最小燃料消耗速度的变化情况，实时调整飞艇的飞行速度，以确保飞艇始终运行在最小燃料消耗速度下，所选择的时间间隔应足够小，有研究表明，当时间间隔取为36 s时，即可满足监测精度要求。飞行策略的优化主要围绕飞艇不同阶段的飞行轨迹优化设计展开，研究飞艇在某个高度内从一个地点飞到另一个地点的最优轨迹。研究在不同性能指标下，如时间最短、能量最少或者综合最优等，得出的最优飞行策略对提升飞艇的续航时间具有非常重要的意义。目前，国内外对重载飞艇长航时飞行策略的研究主要集中在结合风场环境、利用大气风能调节飞行轨迹方面，这是一种几乎不需要消耗能源的方法，是飞艇飞行策略优化研究的一个重要研究方向。除此之外，飞行策略优化还受到众多热力学因素的影响，不远的将来，利用环境协同控制理念，降低飞艇对能源的需求，是延长重载飞艇续航时间的一种切实可行的方法。

升力控制的目标是使飞艇在受控状态下实现爬升和下降。飞艇的升力来源主要有3个方面：一是飞艇气囊中浮升气体产生的浮力，二是动升力体外形在飞行中产生的气动升力，三是螺旋桨或涵道风扇提供的矢量推力。

静态重量控制技术（COSH）静态重量控制技术（COSH）是硬式可变浮力飞艇的精髓所在，通过压缩机将飞艇硬式蒙皮内部的氦气压入飞艇内部预先设置的压力气囊中，减小氦气体积，进而减小飞艇浮力，这一原理与潜水艇控制浮力实现浮潜的原理十分相似。这就解决了传统飞艇因长时间飞行燃料消耗带来的重量减轻问题，是一项具有创新性和革命性的先进技术。通过调节飞艇的浮力，还可以实现垂直起降和不加压舱物装卸载荷等任务，该系统的浮力调节范围在1.4~1.8 t之间。

作为现代重载运输飞艇的重要组成部分，气垫着陆器（Air Cushion Landing System，ACLS）的研究具有十分重要的意义。对于传统构形飞艇，地面操作是一个很大的难题，一般都需要一个很庞大的地面维护队伍，起降时要有压舱物装卸，安装调试以及存放时需要巨大的艇库。现代重载运输飞艇应用了气垫着陆器，既可以停在平整的跑道上，也可以停在任何开放的空地上，着陆后飞艇被吸附于地面，可无需系留而安全地停在基地地面，独特的外形设计减小了飞艇的高度，降低了艇库的建造难度，再加上装备大功率的动力系统以及矢量控制技术的应用，使得现代重载飞艇的地面操纵特性从根本上得以改善。目前常用的气垫着陆器主要有Sky Cat飞艇应用的双体船式、AirLander 10应用的管道式、LMH-1飞艇应用的三点盘式以及P-791飞艇应用的四点盘式有4种。

对于软式和半硬式飞艇而言，其完全依靠内部的气体压力保持自身气动外形，并具备一定的刚度。但由于外界环境（海拔高度、大气压力及温度等）变化，飞艇内部压力不可避免会受到影响而出现一定的波动，此时必须通过压力控制系统将气体压力维持在一定范围内，从而保证飞艇安全。目前通常采取的方法是在飞艇内设置一个或多个空气囊，通过对空气囊进行充放气操作控制内部气体压力；当飞艇内部空气完全排空而压力持续上升时，通过氦气阀进行放氦操作；同时利用压力传感器监测气囊内部压力变化，作为压力控制的依据。

飞艇具有长航时、高度广、载重大、噪声低、空中定点、低速飞行、安全性高等优点，无疑是一个拥有广泛应用前景的空中载运平台。

广泛应用于军事侦查、探测，航空摄影摄像、航空测绘测量、电力架线、飞艇广告服务，以及动力伞、热气球等综合性空中表演项目等市场。

由于新的、更先进的材料和技术，未来的飞艇将是非常节能型的，尤其在长途货运方面。至少，飞艇在偏远地区的人道主义救援、旅游观光、气候和环境监控、无线通讯等方面有着独特的优势。

飞艇装载预警雷达设备可扩展雷达视距，提高雷达覆盖范围和对低空、超低空目标的探测能力，与其他空、天、地、海平台共同构建一体化预警探测指挥网络。

飞艇装载侦察监视设备可长时间持续对现场目标进行大范围的扫描监控，并获得实时情报，提高应对突发事件的快速反应能力。

飞艇装载通信设备可不受地形限制为地面、海面、低空对象提供大范围、大容量、高带宽的通信中继能力，有效维持或快速恢复通信联络。

重载飞艇运输舱体积大，对起降场地要求低，具有垂直起降和空中悬停能力，可实现人员和物资点到点的运输。

大型运输飞艇具有清晰的主市场，大尺寸货物、特殊环境、特种设备运输优势明显，煤矿业、近海石油和天然气、军队、应急救援等领域应用前景美好。在一些孤岛或经济欠发达的地区，由于道路设施和维护成本太高或机场设施缺乏，传统运输系统无法实现，大型运输飞艇在偏远地区可垂直起降，这就可以吸引一批新的客户群，深入更广阔的新兴市场。

飞艇携带航测航拍人员与设备或只搭载航测航拍设备，直接或遥控从空中对地面进行拍摄测绘，获取高分辨率遥感影像。

载人飞艇开展观光旅游，运营成本低、使用维护方便、安全舒适性高，迎合旅游与生态和谐发展的需求，对建设可持续发展的旅游产业起到积极作用。

由于火箭只是从平流层一穿而过，卫星与地球表面的距离也较远，而飞艇则可以在平流层滞留较长时间，因此也是对地科技观测的理想平台。飞艇搭载环境监测设备在城市、海洋、突发事故以及科学试验等环境上空获取大气与污染源信息，构建天空地一体化环境监测体系。

飞艇广告的出现带来了充满活力的全新概念，它不受日益拥挤的地理位置限制，以无可比拟的独有形式让广告形象由静至动、由平面至立体、由地面到天空、由让人生嫌到受人追捧，迅速有效地成为公众瞩目的焦点，深得各大企业的青睐。

军用飞艇主要用于对地监视与侦察、导弹预警、导航定位等，一些发达国家甚至用飞艇做"间谍"，进入其他国家领空。科学家可以通过各类飞艇荷载设备，观测平流层的大气活动状况，为了解和研究平流层环境积累一手资料。而民用飞艇则用途较广，大型飞艇可以成为"绿色"货物搬运飞行平台，还可以装载无线通讯系 统，替代地面上的一些无线通讯装置等。

随着电商的发展壮大，我们能发现快递的速度也变得越来越快，购买的物品等上一两天，就能被运送到自己家中，但对于某些贵重产品，我们还是希望运送速度能更快一些，如果所有快递物品存于空中，由无人机送达，速度是不是会快上好几个档次呢？网上就曾出现过一个视频，视频中显示亚马逊启用一艘空中飞艇，飞艇附近遍布有小型无人机，每部无人机都携带着物品，像是将投放点转移到了天空，通过无人机迅速将包裹送到买家手中，这种运送方式如果真能实现，送货效率比快递员不知道要高多少倍，而且只需要几个工作人员在飞艇中给无人机进行电池更换，就能一直不停送货，快递小哥都得面临失业的危险。不过经核实这视频是日本的一个艺术家通过电脑软件剪辑制作的，在愚人节当天发布，由于视频制作得过于逼真，很多人都信以为真，这也代表了我们对于未来快递送货的憧憬。

2019年全球飞艇市场总值达到了6.5亿元，预计2026年可以增长到11亿元，年复合增长率(CAGR)为7.4%。

从地区来看，2018年北美市场份额较大，占31.82％，未来几年将保持稳定增长。欧洲和亚太地区分别占有22.73％，13.64％的市场份额，这两个地区未来仍将发挥不可忽视的重要作用。而中南美洲，中东和非洲的任何变化都可能影响飞艇的发展趋势。

英国先进技术集团公司（Advanced Technologies Group，ATG）成立于1998年3月21日，其创始人Roger Munk是现代重载飞艇设计思路的创始人，他也是最早将飞艇技术、固定翼、旋翼飞机技术和气垫船技术相结合的飞艇设计者。在Sky Cat系列重载飞艇技术的引领下，ATG先后在美国和德国成立了两家SkyCat Technologies子公司，主要面向美国军方和欧洲本土开拓重载运输飞艇的市场，这也是后来英国Hybrid Air Vehicles公司的前身。尽管Sky Cat飞艇计划最终流产，但Sky Cat系列重载飞艇对世界范围内的飞艇设计者却产生了深远的影响。

英国先进技术集团的SkyCat飞艇是最早的设计，揭开了重载飞艇研制的序幕；Sky Cat系列重载飞艇采用基于光纤技术的双信道光学信号飞行控制系统和艇首推进器，后者在低速飞行时能精确控制艇首方向，飞艇下部安装气垫着陆系统，使飞艇能够平稳地降落在平地、草地、沼泽或水面上，该系列飞艇有望被应用于执行空中运输、预警、反水面战、地雷探测等任务，其概念设计如图9所示。Sky Cat系列飞艇包括SkyCat-20、Sky Cat-200和Sky Cat-1000三种型号，预期Sky Cat-200型号可实现200吨级货物的中远距离运输。

Sky Cat重载飞艇概念图

Sky Cat重载飞艇的技术验证艇Skykitten 1于2000年7月23日进行了首次飞行，飞艇具有短距离起降和垂直起降的能力，气动特性十分平稳，并且在无任何外界辅助的情况下完成了在陆地及水面上的起降。

Skykitten 1技术验证飞艇

英国HybridAir Vehicles （HAV）飞艇公司发布了72座和90座的座舱布局及内饰设计概念，以及城市空中交通（UAM）应用规划，表示最多可布置100座，2025年前可以采用混动电驱，相比重于空气的飞行器，碳排放可减少90%，2030年后可以采用全电动驱动。

HAV公司表示，该飞艇很适合城市间空中交通应用，相比重于空气的飞行器的优势是更加安静、视野优越、舱内空间巨大，从而为乘客提供独特的飞行体验，适合追求舒适性和独特体验，而非仅是赶时间的用户群。

Airlander 10飞艇前身是为美军研制的长航时浮空飞行器，原型机2012年首飞，2013年美军取消了该浮空飞行器项目，该飞艇项目由英国HAV公司接手继续研制，AirLander 10由4台350马力Lt V8直喷发动机驱动，现在的原型机2016年7月首飞，商载10吨，最大起飞重量33吨，滞空时间5天，巡航速度150公里/小时，升限6100米。

Airlander 10飞艇

Airlander 10混合飞艇，除氦气产生的浮力外，艇身可产生升力

90座布局及内饰设计

90座布局及内饰设计

90座布局及内饰设计

72座布局及内饰设计

城市间空中交通应用举例：利物浦到贝尔法斯特

城市间空中交通应用举例：西雅图到温哥华

今年4月，德国RED 飞机公司宣布，将为Airlander10飞艇提供动力。每艘Airlander 10飞艇将使用四台REDA03重油发动机。RED A03航发2014年获得EASA适航证，2016年获得FAA适航证，最大功率500马力，V12全铝结构，干重357公斤，可同时使用重油和航空汽油，FADEC控制。

美国洛克希德·马丁公司的P-791飞艇成功试飞，开拓了重载飞艇的市场；在洛克希德·马丁公司的发展规划中，将重载飞艇的研制周期分为4个阶段：第1阶段是技术验证阶段，验证重载飞艇发展中涉及的关键技术；第2阶段是研制持续ISR监视能力、远距离长航时的20吨级小型重载飞艇；第3阶段是研制用于舰队补给、灾难营救的50 t以上级中型重载飞艇；最后一个阶段，是实现500 t以上运载能力，全球可达的大型重载飞艇。

美国全球航空公司的Aeroscraft飞艇引入众多新技术，丰富了重载飞艇的设计；Aeroscraft硬式可变浮力重载飞艇是美国全球航空公司为美国国防部研制的战略运输飞艇，是服务于美军“维稳与重建”战略的重要工具，主要面向不易抵达的地区，如阿富汗、部分非洲地区和具有重要战略地位的亚洲地区，用于实现战略设施、资源和物资的重置与分配。全球航空公司将Aeroscraft重载飞艇定位于一种能够改变当今货物运输大格局的飞艇（Game-changingAirship）。它的主要用途是实现超大型、重型货物的点对点运输，战时可以将超大型武器快速转场运输，战略意义重大。

飞鲸公司总裁塞巴斯蒂安·布根（Sébastien Bougon）在巴黎对CBC新闻说，加拿大人很快就会看到当地的招聘、与加拿大公司的合作以及在魁北克建立装配线，需要一条长约250米、高约60米的装配线。飞鲸公司表示，它的飞艇将是世界上最大的飞行器——长200米，高50米。这些坚固的浮空器能举起60吨货物。该公司总裁说，第一个原型将于2023年完成。但其他承诺类似飞行器的公司也未能按期交付。

法国飞鲸制造商和中国航空工业通用飞机公司（China AviationIndustry General Aircraft Co）在2019年宣布，他们计划到2022年在荆门开始生产一系列飞艇。

瑞典公司OceanSkyCruises已经开始推销Airlander 10飞艇的北极之旅。这是一艘由英国混合动力航空公司（HAV）开发的混合动力飞艇，价值3289万美元。这艘飞艇长92米，巡航速度为每小时92英里，可以在空中飞行5天，最大飞行高度是20000英尺(6km)。Airlander 10的玻璃底部可以看到下面的风景。

中航通飞重载飞艇研制计划：2015年7月2日，珠海企业中航通用飞机有限责任公司与法国飞鲸控股公司在法国图卢兹签署了战略合作协议，拟共同投资成立合资公司，开展重载飞艇项目合作，计划研制生产60吨级的重载飞艇。法国飞鲸公司在2014年承担了一项法国“未来工业”项目，为法国国家林业局（ONF）研制承载60t级的重载飞艇，型号为LCA-60T，，该艇采用了硬式结构设计，其最大飞行速度为100 km/h，可载60吨货物运行4500km。

中国航天科工集团公司068基地重载飞艇：2015年9月21日，中国航天科工集团公司068基地远望科技有限公司与中国科学院电子技术研究所合作，完成了首阶段的航空物探飞行试验。此次飞行试验利用068基地自行研制的双椭球体自控飞艇搭载重535 kg航空瞬变电磁系统进行飞行，最大飞行高度为海拔843 m。本次试验历时24天，顺利完成了异常环测试、定点测线、背景噪声测试及一致性测试等全部飞行试验科目。此次试验的成功为该型飞艇向航空物探等新领域拓展奠定了坚实基础，同时也意味着中国在重载飞艇研究领域迈出了重要一步。

北京临近空间飞艇技术开发有限公司（简称飞艇公司）隶属于中国航天科工集团湖南航天有限责任公司，地处前沿科技汇集的北京市丰台区科技园，是中关村高新技术企业。主要从事飞艇系统及其应用系统的总体设计、开发、研制、生产、试验和集成制造等业务，并在构建平流层飞艇产业、数字化产业、信息安全工程无人装备产业的新型产业布局。飞艇公司履行强军首责，聚焦国家重大专项，以国家“十四五”发展战略为指引，以改革创新为根本动力，以市场需求为导向、以构建飞艇技术产品体系为支撑、以打造完备产业链为目标，已经发展成为中国航天科工集团有限公司平流层飞艇的总体研发单位。飞艇公司拥有一支985、211知名高校毕业，硕、博士学历为主的科研团队，秉持“科技强军、航天报国”的历史使命，先后成功完成多项平流层飞艇研制和飞行试验、十三五期间顺利完成大尺寸浮力囊体小批量生产等众多高精尖项目，现已具备为军民用户提供各种空域飞艇平台应用整体解决方案及覆盖全空域的体系化飞艇产品总体研制的能力。

由航空工业特飞所自主研制的民用载人飞艇AS700，预计于2021年下半年实现首飞。AS700载人飞艇采用单驾驶体系，最大可载乘客9人。常规单囊体布局，流线型气囊外形，“X”型布局硬式尾翼，不可收放单点式起落架。最大航程700公里，最大航时10小时。bAS700载人飞艇的成功研发和投入使用，将有效缩短我国与国外先进的载人飞艇设计和制造技术的差距，提升我国在国际浮空飞行器领域的核心竞争力。同时，可有效带动上下游产业的发展和相关科学技术的进步，逐步建立我国载人飞艇的设计、制造、运营和适航技术体系，推动我国浮空飞行器事业不断向前发展。

AS700载人飞艇采用单驾驶体系，最大可载乘客9人，常规单囊体布局，流线型气囊外形，“X”型布局硬式尾翼，不可收放单点式起落架。最大航程700千米，最大航时10小时。

更安全

AS700飞艇

采用轻质高分子囊体材料和高可靠防撕裂结构设计，配备氦气安全阀防止气囊过压，双发或操纵系统失效情况下具备安全着陆能力，确保了飞艇使用安全性。

更舒适

AS700飞艇

采用轻质低成本复合材料艇舱。艇舱前部为乘员舱，后部为动力燃油舱。乘员舱按单排单座座椅设计，同时设计大观景侧窗，提升了游客的乘坐观光体验。同时可加装橱柜、洗漱间等生活设备，改装为舒适型和豪华型，满足多种市场需求。艇舱底部预设任务挂架接口，可加装光电吊舱、高清摄像设备等执行航测航拍等多种任务。

更先进

AS700飞艇

采用先进综合航电和电传侧杆操纵系统，提升了飞艇驾驶操纵便捷性和操作感；采用可倾转高效涵道螺旋桨矢量推力控制，具备垂直/短距起降能力，降低了起降场地建设需求，提升了飞艇使用经济性和起降环境适应性。

AS700飞艇

http://www.fyft.com/cases.shtml

青岛飞宇航空科技有限公司位于山东青岛，集浮空器及浮空器周边设备的研发设计、生产销售于一体，是一家资质完善、成长迅速、拥有强大创新能力的专业浮空器研发生产公司。2005年创立至今，从筚路蓝缕的草图勾绘的初创时代成长到今天，已经拥有多项专利和丰富的设计生产经验，成为了国内同行中的领先者。截止2015年7月，公司拥有“浮空器气囊自动充放气气压调节”和“气囊充气阀和膜结构”发明专利2项、实用新型专利7项（另有八项发明专利正在申批中）。飞宇航空可以制造5-60米的各种遥控、自动驾驶飞艇，载人飞艇和系留气球，我们采用国内独一无二的新型飞艇架构，利用先进的计算机软件设计系统，在艇囊外形设计、尾翼设计等方面进行科学优化，使飞艇在飞行时的动作和控制更加顺畅、稳定；使用自主生产的新型材料制造的飞艇艇囊，较国内同类产品，具有更强的抗撞击能力、能适应更加复杂的飞行环境。飞宇飞艇飞行时间可长达8小时，最大抗风7级，飞行速度为0-100千米/小时，飞行高度可达3000米以上，有效控制半径1.5-100公里；系留气球连续滞空时间可达数十天，系留高度可达4000米以上。

同其他航空器一样，浮空器在使用过程中本身具有一定的危险；作为经常搭载昂贵设备的平台，浮空器在使用过程中必须坚固、稳定。因此，浮空器的安全性研究也至关重要。飞宇航空有雄厚的技术开发能力和丰富的实战经验，可以为你提供完整的整体解决方案。我们已开发出整套完善的浮空器安全系统，包括气囊压力自动调节系统、失控保护装置、主副气囊压力监视、气体泄漏报警、自动排缆卷扬设备、超低空超高空报警应急设备等等，这些装置的使用极大的提高了飞宇产品的安全性和稳定性，让飞宇航空有信心、也有能力去承担国家级、军工级重大项目。

　　飞宇航空以“飞宇”为品牌，设计生产了一系列不同用途的飞艇和系留气球，广泛应用于军事、科研、工程、民用不同领域，都达到了客户的高标准、严要求，且广泛获取好评！从2006年承接北京空军司令部军演航拍监控飞艇开始，飞宇航空为国家航天局航天遥感论证中心、中科院遥感所、三峡生态高光谱遥感中心等国家级重点遥感实验单位设计制造过遥感监测飞艇，为中科院自动化研究院南极科考队和国家海洋局北极科考队设计制造过科考系留气球，还为武警总队、青岛海军某部、德州公安、国家电网、国防科技大学、北京师范大学、厦门大学等单位设计制造了用于预警、电子对抗、技术侦察与监视、超长波通信、信息中继、自动追踪等不同用途的飞艇和系留气球。其中2014年，为国家科技部863计划“卫星导航与对地观测”领域的重点项目组——“分布式可重构卫星系统技术”项目组，设计制造的“集成浮空演示验证”平台的成功，夯实了飞宇航空在自动驾驶无人飞艇领域的技术领先地位。该项目组由中国空间技术研究院（航天五院）牵头，钱学森空间技术实验室首席研究员李勇部长担任项目首席，成员单位包括北京控制工程研究所、清华大学、北京航空航天大学、西安无线电技术研究所、山东航天电子技术研究所等。飞宇航空为该项目设计制造了两架GPS自主导航无人驾驶飞艇：一架24米、载荷140kg（最大可达180kg），一架20米载荷80kg（最大可达110kg）。这两架飞艇搭载项目组研制的激光无线能量传输系统、模块智能体、智能自适应空间网络、GNSS/INS紧耦合接收机、二次稳定平台等高技术样机，实现了千米高空中高精度自动驾驶，成功完成了项目验证。

青岛飞宇航空科技有限公司经过多年的探索、完善，通过丰富的案例奠基了自己在民企同行中的领先地位！我们竭诚欢迎您的来电来访——相同的成本，我们能做出更好的性能；相同的性能，我们拥有更高的效费比！

　　多年以来，在中国的飞艇行业中，[飞宇飞艇]已经成为优质浮空平台产品的代名词，中国军方、广大空中广告厂商以及诸多国家工程建设单位对我们生产的飞宇牌飞艇的安全性、稳定性给予了最高的评价，是国内难得的生产工艺如此先进、设计水平如此高端的企业。飞宇牌遥控飞艇产品在诸多性能参数上都要优于其他一线厂家。

科研、探测飞艇(SR系列)

搭载科研设备，实现科学试验目的。

航拍、航摄飞艇(S系列)

空中拍照、摄像，大型电视节目拍摄，电影特技拍摄，工程测量拍摄，空中视频监控。

军用飞艇(M系列)

军事任务侦察飞艇，军事演习监控。

警用巡逻、监控、追踪飞艇(P系列)

公共治安空中巡逻、监控、追踪。

系留飞艇(c系列)

超高高度系留，科学系留试验。

载人商务飞艇、客运运输飞艇、旅游观光飞艇(B系列)

商务载人、客运运输、旅游观光、私家飞艇等。

电力放线飞艇、工程飞艇(E系列)

野外恶劣环境下飞艇放线，工程施工建设，跨江抛索等应用。

广告飞艇(A系列)

自主开发的大功率函道驱动装置，可以确保垂直升降、空中悬停、倒飞运转灵活，不会出现卡死现。

定制飞艇(CD系列)

按照您的需要为你定制空中浮空平台。

• 科研航拍系列
• 军警飞艇系列
• 系留飞艇系列
• 载人气球系列
• 载人飞艇系列
• 工程放线系列
• 广告飞艇系列

上海达天飞艇制造有限公司是经中国民航总局批准，从事设计、制造、维修氦气载人飞艇的专业公司，属民用航空器生产企业。公司于 2000年5月在上海市注册，注册资金1,000万元人民币。

上海达天飞艇制造有限公司的主要技术力量自1987年接触飞艇项目，1991年开始论证和筹备，1994年从美国引进第一架A-60 型飞艇，在1999年8月制造出CA-50型氦气载人飞艇的样艇并试飞成功。公司2000年研制的CA-80型飞艇，是中国人完全拥有自主知识产权的软式氦气载人飞艇，主要采用了国际上的新技术、新设备、新材料、新工艺，于2001年9月试飞成功。该型飞艇主要可用于广告宣传、科学实验、空中监测、飞艇航拍等，被上海市评定为高新技术转化A级项目（20000186）,填补了国内空白。经过民航局适航部门审查，CA-80型飞艇已获得型号设计批准书(TDA)和适航证,并且连续七年(2003 - 2009)刊载在《Jane's国际航空年鉴》上。

注本文大量素材来源于网络，基础资料搜集过程中阅读的公众号包括：航空工业、电动航空报道、发现德国、临近空间的奥秘、深圳卫视深视新闻、小熊军工汇、中翼网、飞行邦、四川通航飞行服务中心、奇创旅游集团、全球光伏、中国特种飞行器研发中心、复材应用技术、中科院物理所、TechXAcademy，一并表示感谢。