1.6　新的尝试，内燃机与电动机在飞艇上的表现如何？

尽管吉法德的蒸汽飞艇并没有达到实用级别，但是从它的身上人们再次看到了浮空器的巨大潜力。于是在他之后，越来越多的技术人才开始加入航空领域，其中就有法国著名的战舰设计师亨利·杜普伊·德·洛梅（Henri Dupuy de Lôme，1816—1885）。

1842年，刚刚大学毕业的杜普伊·德·洛梅去英国考察学习，在那里他目睹了一艘新式远洋船的建造，这就是布鲁内尔的“大不列颠号”。此后，他便开始钻研铁甲蒸汽船技术，并笃定风帆战舰气数已尽，海军战舰的未来在于铁甲与蒸汽。1847年，杜普伊·德·洛梅受法国海军委托主持建造装备90门火炮的战列舰“拿破仑号”。3年后，“拿破仑号”成功下水成为世界上第一艘铁甲蒸汽战舰，宣告了铁甲舰时代的到来，而杜普伊·德·洛梅也成为一代造舰大师。

20年后，杜普伊·德·洛梅又将自己的目光移向了天空。1872年，他造出了一艘以自己名字命名的飞艇“杜普伊·德·洛梅号”（见图1-23）。这艘飞艇长为36米，最宽处直径为15米，容积为3450立方米，吊舱可以容纳14名乘客，与吉法德的第二艘飞艇体量相当。

不过令人奇怪的是，在动力方面，精通蒸汽机的杜普伊·德·洛梅却为飞艇配置了8个人力！在最好的情况下，8个人力产生的动力也仅能和吉法德飞艇上的蒸汽机（3马力）打成平手，因此可以预料杜普伊·德·洛梅飞艇的时速不会快。实测结果的确如此，8个人力使出全身力气也只能使螺旋桨达到每分钟20转的转速，此时“杜普伊·德·洛梅号”每小时仅行进10千米，与吉法德飞艇的8千米半斤八两。

由于在动力方面的“倒车”，造舰大师杜普伊·德·洛梅并未给浮空器带来实质性的改进。

不过与此同时，另一名德国工程师保罗·亨莱因（Paul Haenlein，1835—1905）却走在了前进的道路上。1872年，仅仅在内燃机诞生12年后，亨莱因就将新动力引入了航空领域。

亨莱因的发动机是一台勒诺瓦式燃气机，它有4个气缸，气缸水平放置，发动机总重为233千克。对于这台发动机的输出功率有两种说法，一种说法是3马力，另一种说法是6马力。如果是后者的话，那么它的功重比就是19瓦/千克，比吉法德的蒸汽机（14瓦/千克）有所提高。发动机直接驱动一支直径为4.5米的螺旋桨，其转速是每分钟40转。

亨莱因飞艇长为50米，最宽处直径为9.1米，容积为2400立方米，与吉法德的第一艘飞艇相近。不过亨莱因飞艇的气囊是不对称的，它的中部是圆柱体，前端较尖而后端较钝（见图1-24）。

在飞艇的结构上，亨莱因也使用了同吉法德相同的做法，那就是设置了一根“龙骨”。但不同的是，亨莱因的“龙骨”以及吊舱设置更加贴近气囊，这种紧凑的结构有利于保持气囊形状，并且使得螺旋桨产生的推力能更有效地传递给气囊。

值得注意的是，亨莱因为飞艇气囊充入的并不是氢气，而是水煤气。水煤气是用水蒸气通过灼热的煤炭制成的，它是一种混合气体，主要成分是氢气和一氧化碳，还有少量二氧化碳。水煤气造价低廉，但密度比纯净的氢气大很多，因此亨莱因的飞艇浮力不足，升不到高空，仅能贴地飞行。

由于发动机是内燃机，亨莱因飞艇获得了一个额外的好处：不用单独携带燃料，因为它的燃料就来自上方的气囊。但在飞行中持续消耗气囊中的气体会导致气囊亏气变形，这时缪尼埃的内置气囊就派上了用场——可通过鼓风机给空气囊充气来保持主气囊形状。不过这台内燃机的耗气量并不大，每小时约7立方米，与上千立方米的气囊容积相比，亏气问题并不严重。

在测试中，亨莱因飞艇的最高时速达到了约16千米，与吉法德和杜普伊·德·洛梅的飞艇相比时速确实有显著的提高。可惜的是，由于经费不足，亨莱因的飞艇实验被迫终止了。

除了内燃机，另一种新动力——电力也没有缺席飞艇的制造。将电动机引入航空领域的荣誉又回到了法国人手中，他们是蒂桑迪耶兄弟。哥哥阿尔伯特·蒂桑迪耶（Albert Tissandier，1839—1906）是一名建筑师，弟弟加斯顿·蒂桑迪耶（Gaston Tissandier，1843—1899）是一名化学家。在普法战争巴黎被围困期间（1870年），哥哥曾带着2个人用一只气球逃离封锁，而他所携带的400千克邮件也让这只气球成为第一只邮政气球。

1881年，受到巴黎电力博览会的启发，兄弟两人制作了一个飞艇模型来验证电力驱动的可行性。2年后，他们将模型变为了实物。这艘飞艇长为28米，最宽处直径为9.2米，气囊容积为1060立方米，大小仅为吉法德飞艇的一半不到。由于气囊太小浮力有限，因此所有结构和负载也必须精简，这艘飞艇的吊舱被用竹子做成一个笼子的形状（见图1-25和图1-26）。

吊舱的后部是一支双叶螺旋桨，直径2.85米，驱动它的是一台西门子电动机，1.5马力，由24块重铬酸盐电池供电。不过由于动力羸弱，蒂桑迪耶兄弟飞艇的时速没能超过10千米。

写到这里不禁会有一个疑问浮出水面，为什么我们那么看重飞艇的速度？

如果我们延续之前与帆船的对比就会发现上面的问题是很有意思的。大型航海帆船的船速很少超过10节（约18.5千米/时），大多数民用帆船平均也就是跑个5～6节（9～11千米/时），运河上的船甚至会更慢一些，但这丝毫没有妨碍帆船成为最实用的交通运输工具之一。

为什么到了飞艇这里，10千米的时速就不可接受呢？

原因是风。前面已经简单分析过，与帆船相比，飞艇欠缺一项至关重要的能力，那就是逆风航行。这项能力的欠缺并非飞艇设计的问题，而是两者所处的环境有本质不同。帆船处于水和空气两种流体的界面上，这让它有了可以利用的物理机制。而飞艇完全处于空气这一种流体中，因此它要逆风甚至与风向呈大角度飞行都必须具备强大的动力或者很小的阻力，这就相当于在无风时能飞出很高的速度。

空中的风几乎是无时无刻不在的，如果动力不足，那么“可操控性”就无从谈起。而当时证明一个飞艇具有可操控性需要完成这样一个测试：升空行驶一段距离然后返回原地降落。就是这么一个简单的测试，浮空器诞生的100多年中竟无人能完成，之前我们介绍的所有飞艇毫无例外全都失败了。

不具备这个能力，飞艇就会面临只能顺风出发却无法逆风返航的尴尬，甚至它都到达不了指定的停泊地点，这会大大限制飞艇的实用性。

而在风力等级上，3级微风对应的风速是6.5～10.5千米/时，而4级和风则是到了10.6～15.4千米/时的水平。可见，要想在3、4级风中自由且可靠地控制航向，飞艇在无风时的航速不能低于16千米/时。这可以说是飞艇实用标准的速度门槛。

出乎人们意料的是，仅仅在蒂桑迪耶兄弟的电力飞艇成功的一年之后，另外两个法国人就让飞艇迈过了速度门槛，并且完成了可操控性测试，而他们依靠的依然是电力。

1870年，当造舰大师杜普伊·德·洛梅进入航空领域时，一位年轻的法国军事工程师查尔斯·雷纳德（Charles Renard，1847—1905）也开始接触飞艇的设计。14年后，在另一位优秀工程师亚瑟·康斯坦丁·克雷布斯（Arthur Constantin Krebs，1850—1935）的帮助下，“法国号”飞艇终于诞生了（见图1-27和图1-28）。

这艘飞艇的气囊前粗后细，具有流线型的外观，它长为50.4米，最宽处直径为8.4米，容积为1864立方米。为了控制重量，吊舱用竹子制作并用丝绸包裹。吊舱长为33米，宽为1.4米，高为1.8米。

特别值得注意的是这艘飞艇的螺旋桨。这支木制螺旋桨的直径达到了7米，并且设置在了吊舱的前部，因此它的使用方式是靠吸力“拉”着飞艇前进，而不是像之前介绍的其他飞艇后置螺旋桨方案那样“推”着飞艇飞行。与这支巨大螺旋桨搭配的是一台大马力的电动机，它的输出功率跃升到了8.5马力，是蒂桑蒂耶飞艇的5倍以上。

而为了让飞艇更加可靠稳定，雷纳德和克雷布斯还做了两项创新。第一项创新是给吊舱设置了滑动配重块，这样当人员或者设备移动时，反向推动配重块就能让整个飞艇重心保持恒定。

第二项创新是使用了“稳绳”（Guide Rope）来实现降落时的高度自动控制。稳绳就是一根很重的绳子，长60～90米。它的原理是：当快降落到地面时抛出绳子，如果下落快，那么绳子着地的速度也快，相当于压舱物减少得快，这样飞艇自重减轻下落速度就会放缓。而如果风把飞艇托起，那么绳子着地的部分就会变少，相当于飞艇变重，这样飞艇就会继续下落。这根绳子还有一个作用，就是通过绳子拖地可以测量出飞艇的速度。

1884年8月9日，“法国号”升空。升空后雷纳德开启了电动机，此时他明显感觉到了飞艇开始加速。在微风状态下，雷纳德轻松地实现了从南到西的转向。接着在飞出4千米后，他又成功让飞艇掉头返航并顺利降落在出发点。这趟飞行总共持续了23分钟，飞行距离约8千米，平均速度达到了21千米/时。

“法国号”能取得这样的成绩绝非运气。在一年多的时间中，它一共飞行了7次，其中有5次都顺利返回了终点。

“法国号”的确没有辜负它的名字，继孟格菲兄弟和查尔斯之后，它再次让法兰西民族站在了航空领域的制高点。 akQoOX6sG1E2m/ghGqsH4H+hk2/M5dn1//XPo4he2o/GXT64ndLkNDr4VmzugWe8