互动科普

发明齐伯林飞艇的公司通过开发新的空气动力学计算机模型以及利用现代材料又使飞艇飞上欧洲的蓝天。

真爱的历程的确从来就不是一帆风顺的。这种莎士比亚式的感受无疑适用于20世纪最浪漫的运输形式之一一一齐伯林飞艇。在1908年8月5日这一天，德国城市埃希特丁根庆祝了齐伯林飞艇的第一次着陆。这种优雅的、飘浮的飞艇看起来似乎正是一个新时代的希望的体现。然而灾难几乎立刻接踵而至，仿佛预示着齐伯林飞艇的前途就要葬送。就在那个处女航的傍晚，一阵狂风突然把停在库中的这架飞艇撕裂了。齐伯林飞艇充满氢气的气囊受到猛烈袭击突然起火，这架飞艇完全毁坏了。

其名字用作地名的Ferdinand von Zeppelin勇敢无畏地继续建造他的飞艇，直到它们中的100多架被证明适航时为止。但是兴登堡号1937年在新泽西州莱克赫斯特的灾难性爆炸，第二次世界大战的来临与喷气客机旅行的兴起使齐伯林飞艇成了一个旧时代的象征。人们仍然可以看到偶尔出现的软式飞艇，以它简单膨胀的身躯，在运动场上空巡查比赛项目。但是其充满气体的气囊内具有刚性内部结构的更为复杂的齐伯林飞艇则不复存在了。直到1998年8月8日以前情况大约似乎就是这样。

埃希特丁根事故几乎过了90年整，这个城市的天空又一次迎来了一架齐伯林飞艇。虽然这一架，飞艇总的外观像它的早就寿终正寝的祖先一样；但其它方面完全是新创造。称为LZN07的飞艇把老飞艇的雅致和形态与现代化的航空技术和电予技术结合在一起，它不是原来的齐伯林飞艇。

回到绘图板上

到20世纪80年代末期，由Ferdinand von Zepplin创立的齐伯林飞艇公司，已从事其它技术开发(如制造雷达天线与建筑设备)50年代左右。在那个时候，公司的董事Max Mugler与Heinz Kollman得出结论：现代飞艇在当今世界中可以占据一席之地。特别是他们认为，高技术的齐伯林飞艇能够在广告、旅游以及环境保护(作为监测环境敏感地区的稳定平台)中发挥作用，其它部门的一些工程师与研究人员被挑选出来在一种洛克希德臭鼬项目式的环境中工作，这种环境就是一个小型的科研小组，他们分别居住，完全不受外界影响，共同为一个目的工作。我被委派领导这个小组，进行研究以检查制造现代齐伯林飞艇的可行性与确定它们的市场潜力。

通过查阅齐伯林飞艇公司的包罗万象的档案馆，该小组形成了关于设计的决定。当然，最重要的是安全性问题。这种顾虑导致这一明显不过的结论：不易燃烧的氦应是首选气体。此外，这种飞艇即使在气囊压力可以折衷解决的场合下，也会需要某种程度的飞行可行性。另一个安全问题是不需要向飞艇外投掷的压载。返回基地时，一个抛下压载后变得比较轻的软式飞艇可以更容易被风随随便便地翻来翻去。所以，这种飞艇需要有恒定而较大的重量。我们也希望减少辅助人员。软式飞艇需要15个或15个以上的地勤人员来完全捉住这个飘浮的庞然大物，并且把它拉到地上。这项工作是很费力的，有时很危险，在软式飞艇的操作中，包括运输在内的大量地勤人员的维护所花去的费用可能是主要的。我们希望新的齐伯林飞艇只需要3至4个辅助人员就能够操作。为了吸引顾客，新的齐伯林飞艇在性能上也需要有明显超过软式飞艇的优点：较快的速度，在较恶劣天气下飞行的能力，座舱中较小的噪声与振动，飞艇驾驶员较易操作。

在1990年，臭鼬研究小组完成了一项设计。经管理部门批准，我们于是开始建造一个证明概念的模型。当这个10米(33英尺)长的微型齐伯林飞艇在1991年春季通过了简单的飞行试验时，我们开始设法解决设计一个实际尺寸为原型的实际问题。这一努力涉及到一些检测工作与新技术的发明。

对我们来说，最大的挑战之一是进行一些飞机设计工业中司空见惯的计算——对各种设计选择方案的空气动力学、应力与电子功能的估计。通过目前的计算机技术，我们知道了存在着对古典的齐伯林飞艇作大量改进的可能性，但是对飞艇的开发在1940年基本上结束了，从那以后再没有取得理论上的或科学上的进展。我们在世界上到处寻找能够计算各种空气动力学运动的负荷与运动的计算机程序，可是什么也没找到。我们将不得不创造我们自己的齐伯林飞艇设计理论并付诸实践。

我们小组的两个数学工程师从现有的文献中一点一点地搜集所有似乎有用的东西。他们与斯图加特大学空气动力学与气体动力学研究所的成员一起，接着从头开始开发计算机程序来计算齐伯林飞艇的功能。这项任务是复杂的，因为典型的全尺寸雪茄形齐伯林飞艇并非只是较小试验型飞艇的扩大，试验型要进行初步风洞试验，以获取数据。庞大的形状结构被转化成一个较大尺寸的不同特性的阵列。例如，在旋转期间飞艇上的气流仍然是难于计算的，即使在风洞试验后也是这样。飞机模拟实际上比较简单，用较小的风洞型式就能够对较大的飞机提出一个合理的近似值。所以全尺寸LZN107是我们开始编制程序与计算二者的结果，并且现在已经有400个飞行小时记录在案，它是一个产生这种可靠的世界性数据的试验飞艇，这些数据有助于改进我们的计算机模型。

在1993年9月，建立了一个名为齐伯林飞艇技术公司的独立的公司，来按照我们的设计建造齐伯林飞艇，并且寻求与保护为数众多的能使新式飞艇飞行的发明专利。(未来的齐伯林飞艇群的所有成员都冠以通用名称“Zeppelin NT”，NT是表示新技术的意思，各种飞艇都有一个“种类”名称，如像LZN07在这里07指的是它原来的7000立方米(247000立方英尺)的气体容积，虽然我们后来将这一设计扩大到能容纳8200立方米。

新机体

使一个飞艇成为齐伯林飞艇而不是软式飞艇的刚性内部结构是实现我们的许多要求的中心问题。例如，引擎可以固定在比用软式飞艇可以利用的更适合的位置上，在软式飞艇中，它们局限于安装在吊在下面的吊舱内。这样的设置限制了机动性并增大了噪声。新的齐伯林飞艇的引擎似乎被连到气囊的外部，但是实际上则被连接到刚好隐藏在机壳下的内部框架上。

传说般的古老飞艇，如像“兴登堡”号与“格拉芙齐伯林”号，都有需要支撑它们庞大体躯的复杂的内部结构；各延伸245米长，直径4l米，容积20万立方米。称为大梁的36根长梁从机头扩展到机尾，每5米设一根“环形支肋”则起加强肋的作用。我们希望把这种构造制成全流线型的，但是这种结构对于我们正构思中的75米长的飞艇来说是太重了，也太花钱了。而且，小型内部结构在高低不平的地面上着陆损坏的可能性比较小。

所以在LZN07中，祖先飞艇的精致骨架被一个简单的三角形框架所取代，这种框架由3根铝合金的大梁与l2套轻而强硬的碳一纤维复合桁架组成。这种布置使该飞艇具有传统的齐伯林飞艇的刚性，但是仅仅沿着它的长度才有这种刚性。径向刚性则由内部气压所保持。所有内部组件——引擎，吊舱与如像水平舵与方向舵这样的控制器表面——都被连接到框架上。

一种多层压制件的气囊接连不断地与3根长梁相连，并且包围着氦气与小气球，小气球是装有空气的可调节容积的隔室。这些小气球能够从飞艇外吸入空气或放出空气，以便在上升或下降时保持艇壳内的压力。小气球的前后配置也使其可能进行飞行姿态的调整——将空气从后面的小气球泵送到前面的小气球，例如，推动机头朝下，使机头低于机尾。

整个氦气系统也在气囊内保持恒定的轻微“过压力”，大约比外部气压高4％。就像在软式飞艇中一样，保持低的“过压力”是一个安全的办法。如果气囊内的过压力显著高于外部压力，一个细小的穿孔都会导致灾难性的结局，就像一颗针使气球爆炸时一样。有了低的过气压，一个类似的穿孔只会导致内部气体缓慢泄漏；驾驶员有充裕的时间使飞艇着陆。在LZN07飞艇中，框架与气囊是相互支承的，气囊在任何框架破裂的情况下都有它自己的完整性，如果气囊失去压力，框架仍能提供支承与一定适航性。

对于空前未有的机动性的希望导致使用3个引擎的决定。两个引擎安装在壳体的左右两侧，刚好在浮心的前面。这些引擎驱动能够在整个120度范围内产生驱动力的螺旋桨。第3个引擎向具有90度活动范围的尾部螺旋桨提供动力，它能够从笔直向下到直接向后的任何地方提供驱动力。后面的装置也包含一个小的侧向螺旋桨，它能够横向推动飞艇的后部——这种齐伯林飞艇能够使它以机首为中心作圆运动。所有4个螺旋桨的叶片都可以用液压方法改变为朝前或朝后，从而有效地给予各个推进器装置以转变成逆向运动的能力。

所有引擎，螺旋桨单元的碳素纤维外壳有助于抑制噪声。同样有助于使飞行安静的是一个齿轮传动系统，它使引擎从每分钟2750转减少到对螺旋而言较缓慢的每分钟1250转。引擎在较高的速度下是最有效的，但是螺旋桨的较长的叶片则在其较低的与较安静的速度下产生足够大的驱动力。

新齐伯林飞艇的可灵活操纵性与实际上是垂直起飞与着陆的能力使们寻求有限地勤人员的要求成为可能。带有套管杆的货车高度达到12米，用它系住飞艇。地勤人员的头儿拉住从飞艇艇首引出来的一根线并迅速将其放进连到套管杆的绞车系统内的一个地方。不需要与线有其它的实际接触。绞车把飞艇拉向套管杆，然后使其落到地平面上。地勤人员的头儿，货车司机与绞车操作员构成了整个地勤小组。

从桥上观看

新飞艇的成就之一是驾驶舱。如果让本世纪30年代的老式齐伯林飞艇的驾驶员去驾驶新飞艇，会因为使用基本手柄控制方法而可能会感到轻松自在(虽然计算机屏首先会分散注意力)。回溯到齐伯林时代，那时驾驶员要操纵驾驶杆或驾驶盘，以推动或拉动直接连到方向舵、提升机上的缆索从而增加或减少引擎动力。现代飞行控制系统看起来与它相似，但是感觉有点不同。虽然新飞艇的驾驶杆执行同类功能，但是老驾驶员可能会对驾驶杆平滑的运动感到意外。操纵的方便自如可以通过检查控制系统的内部结构——缆索已被电子装置所取代——而得到解释。例如，驾驶杆的运动产生对方向舵到旋转轴承发生影响的数字信号。驾驶员不用把力用在沉重的缆索上，他操纵驾驶杆的动作可能是逼真的视频游戏(齐伯林飞艇驾驶员1．0)的一部分。

融入视频游戏的感受是命令中心的现代化特征。液晶显示器揭示了所有艇功能的状态，例如每一个方向舵和提升的位置以及每一个螺旋桨叶片的桨距。驾驶间还包括一个天气雷达屏，一个全球定位系统与一个电子飞行信息系统；电子飞行信息系统包含一个能够迅速列举驾驶员感兴趣的主要项目的小的面板，其中包括航向，速度，垂直速度，海拔高度，桨距，偏舵角与颠簸的情况。驾驶员坐在吊舱的前面，吊舱可以容纳多达12个旅客，他们可以享受速度高达每小时130公里的游览过程。

新齐伯林飞艇的第一次飞行发生在1997年9月18日，正是在Graf Zeppelin飞行后的69年。LZN07的47分钟的处女航开始在它的建造棚——腓特烈港市展览厅附近的一个露天停车场进行。该市所有的人似乎都聚集在一起来目睹这一历史事件。这种场面使得为了让这一天成为现实而付出8年心血的研究小组更为紧张。这一飞艇可以用远比土星V引擎指令少得多的Sturm and Drang指令离开地面，而我们却很可能就像月球旅行的飞行控制成员在成功着陆后一样喜悦。

这艘飞艇很快将有它的姐妹艇。客户已经订购了5艘齐伯林飞艇，4艘用于广告宣传与旅游，一艘用于科学测量。这一事业的成功使我们能够期待再一次用新的技术建造更大的齐伯林飞艇。虽然将首先建造中等大小的飞艇，但是建造能够乘坐50个旅客的LZN20是可能的。在不久的将来，有数千个人将可以坐在21世纪齐伯林飞艇的座舱里平稳地滑翔在风景优美的景点上空，享受他们一生中最轻松愉快的时刻。