科幻大片既视感：马格努斯效应浮空器

  LTA 20-1浮空器，外形酷似外星人，在设计时采用了一种不同于其他浮空器的推进方式，其设计目的是在几乎任何地方都可运输重物。从各方面来说，这种浮空器都很独特。

  马格努斯航空航天公司(Magnus Aerospace Corporation)的 LTA20-1具有20世纪80年代太空时代未来主义的所有特征。它的设计看起来非常与众不同，就像《星际迷航:下一代》(Star Trek: The Next Generation)中的外星飞船一样。这种浮空器有一种很独特的推进方式，它的球形囊体一旦充满氦气，就会旋转起来，把浮空器带到空中，并通过所谓的“马格努斯效应”将浮空器送往目的地。“虽然这一个项目现在已经不复存在了，但这是过去40年里轻于空气飞行器的代表，它的历史非常吸引人，也说明人们对轻于空气飞行器的兴趣越来越浓厚。”

  LTA 20-1的故事始于20世纪80年代初，当时加拿大发明家兼企业家弗雷德里克·d·弗格森对浮空器的开发和研究产生了浓厚的兴趣。弗格森碰巧是发明家萨缪尔·摩尔斯的玄孙。最有必要注意一下的是，摩尔斯在19世纪中期发明了单线电报系统，并与他人共同开发了摩尔斯电码。

  弗格森最初是在范杜森发展公司(Van Dusen Development Corporation)的领导下开发LTA 20-1的，该企业成立于1980年10月。不到一年后，他于1981年9月成立了一家新公司，即马格努斯航空航天公司，并担任公司董事。虽然范杜森公司似乎在1988年正式合并到马格努斯航空航天公司，但在整个1980年代早期至中期，他们的公司在LTA 20-1项目中交替出现。

  作为项目启动和运行初期阶段的一部分，弗格森在1981年底为这种浮空器申请了一项专利，名为“浮力气球飞行器”，这项专利随后在1983年初取得授权。该专利的摘要中提到，这种精巧的装置将以一个大的球形气球为特征，充气时具有固定的尺寸，充满比空气轻的气体，如氦气。

  根据专利文件，使用像氦气这样的浮升气体“在足够高的压力下，气球的形状和大小基本上不受大气压力和温度的正常变化的影响”，这将允许浮空器在恶劣的天气条件下停泊，并搭载货物。

  该专利解释说，球形气球将“可旋转地安装在一个水平轴上，两端从气球的两侧伸出。”在主球体内部和连接在轴上的一个囊体，将通过提供飞行调节和空气压舱来改变飞行器的浮力。

  此外，外形奇特、高度流线型的“刚性负载支撑轭”，包括从“中心负载接合装置”(如吊舱)向上延伸的两个机械臂，将悬挂在水平轴上。如下图所示，机械臂将携带燃气涡轮发动机，驱动可旋转的管道吊舱中的可变螺距螺旋桨。发动机被设计用于协助垂直起飞，并提供向前推进/空中转向。在吊舱的前端，为船员设置了一个面向前方的船舱。机舱将被加压，以允许飞行器能够在高达15,000英尺的高空运行。

  为了起飞，该飞行器结合了三种升力来源：球提内气体的空气静力升力，矢量推力发动机的动力升力，以及前文提到的马格努斯效应的升力，这与旋转的圆柱或球形物体产生的力有关。这种现象在1852年由德国物理学家和化学家H.G.马格努斯首次描述，当时他正在研究炮弹在空中飞行时为何会弯曲。

  马格努斯效应通常被解释为足球运动员如何绕过防守者的墙踢球，或者网球运动员如何在击球时使用上旋球。当一个旋转的物体运动时，它会对空气施加一个合力，根据牛顿第三运动定律，这个合力会对运动的物体施加一个大小相等、方向相反的力。这改变了物体的轨迹，因为空气会随着运动方向被拖拽。

  根据牛顿第三定律，顶部旋转的圆筒“拉动”气流向上，而空气反过来又把圆筒向下拉。

  作为他专利的一部分，弗格森为两个独立的浮空器制定了设计规范，一种有一个较小的直径72英尺的气球(命名为72P)，另一种有一个直径160英尺的气球(命名为160P)。这两种型号都能达到每小时70英里的相同空速，尽管两种型号的马格努斯最大升力(以磅计)相差很大——较大的气球为3万磅，较小的气球为6000磅。然而，正如弗格森进一步规定的那样，关于这两种变体的马格努斯升力数据“有待进行大规模实验”。

  大约在弗格森申请这项设计专利的同时，马格努斯航空航天公司推出了LTA20-1的缩放测试版。引用弗格森提供的细节，1981年11月30日《航空周刊与空间技术》上的一篇文章报道称，原型机的验证测试表明，这一概念如预期那样得以实现。

  文章称，LTA 20-1测试版的长20英尺，高23英尺，耗资250万美元。这笔钱是美元还是加元尚不清楚，按美元计算，1981年的250万美元相当于今天的近880万美元。虽然它的气球是由聚氨酯涂层尼龙织物制作而成，但《航空周刊》的文章指出，全尺寸设计可能会使用凯夫拉尔。此外，它还表明，相比原型机使用的“双导管涡轮风扇”，全尺寸版本将采用劳斯莱斯Tyne R Ty. 20 Mk. 801涡轮螺旋桨发动机。在进行了原型验证试验(具体细节尚不清楚)之后，马格努斯航空航天公司于1982年开展了一个正在进行的研究项目，以开发该飞行器的空气动力学和结构设计。弗格森与加拿大多所大学签订了合同，开始测试 LTA 20-1的其他次比例模型。多伦多大学航空航天研究所(UTIAS)的亚音速空气动力学小组从1983年开始在他们的风洞中测试了100多种 LTA 20-1的模型配置。他们还制造并测试了一些小型的自由飞行测试件。

  弗格森还与渥太华卡尔顿大学的一个团队签订了合同，建造并试飞了一个直径19英尺的浮空器模型，这个模型后来出现在该公司的许多宣传照片中。1984年11月20日，美国海军学院也展示了马格努斯浮空器的比例模型，不过具体哪个版本还不清楚。

  作为LTA 20-1的最终规格，在其结构设计建立之后，全尺寸的浮空器将具有比弗格森早期专利中详述的160P 更大的发展。与160P的160英尺直径的球体相比，最终的全尺寸版本将以60.96米(200英尺)的球体为特色。LTA 20-1的其他性能指标，包括其54.4吨(约109,00磅)的有效载荷能力，以及804公里(500英里)的满载航程和80公里(50英里)的巡航速度，可以在马格努斯航空航天公司宣传册上看到。

  至于 LTA 20-1打算用于什么，1984年的另一份宣传手册将其描述为专门设计用于以类似直升机的方式运作，但具有携带更大有效载荷的能力。马格努斯航空航天公司还强调，LTA 20-1将可提供“有效运输到难以到达的地方”， “大幅度的降低每单位飞行成本”。

  宣传册指出，就商业能力而言，LTA 20-1的重型起降和垂直起降能力的结合将使其在各种情况下发挥作用，包括重型建筑设备的运输(如管道建设)、应急响应(运送救援物资或重物)以及偏远地区的资源开发(石油、天然气和采矿业)。

  马格努斯航空航天公司还强调，该飞行器能够适用于军事环境中运输重型设备和物资，但除了这些，就没有提供其他具体细节。

  该公司瞄准的一个特定行业是伐木业。一个特殊的“伐木版本”的浮空器，其特征是一个直径28米(约92英尺)的气球，据说可以在零燃料的情况下携带16000公斤(约35000磅)的有效载荷。该公司声称，在一次典型的堆场作业中，这种浮空器能够正常的使用大约2.5小时。

  “在伐木业中，陡峭的地形、高昂的道路开发成本以及短暂的作业季节几乎消除了在富饶的森林地区采伐的可行性和盈利能力，”宣传册上写道。“使用 LTA 20-1[伐木版本] ，整个作业的灵活性大幅度的提升。随着大量的空中采伐，需要的道路慢慢的变少。通过将业务目标锁定在有需求的特定品种或等级的木材上，企业能快速应对一直在变化的市场。”为了强调这一点，该公司还制作了 LTA 20-1运输木材的未来主义艺术品。

  1986年，马格努斯航空航天公司计划在加拿大发行股票，以扩大该项目的规模，并与一家航空制造商建立联营公司。尽管一些外国公司，特别是伊藤公司(C. Itoh & C..)和日本的岩井日正(Nissho Iwai)有兴趣在环太平洋地区代表马格努斯航空航天公司，但该公司从未制造出 LTA 20-1的全尺寸版本。该公司后来在2002年完全解散。然而，公司的倒闭并没有阻止弗格森尝试以马格努斯效应为中心的设计。例如，在2010年的这个剪辑中，能够正常的看到弗格森专门为发电而设计的马格努斯效应浮空器原型。最近，他将注意力转向了其他清洁能源领域的创新。在过去几年里，弗格森担任首席执行官的加拿大水轮机能源技术公司设计并开发了一种垂直双转子水轮机装置，用于从洋流、河流和运河中发电。该公司希望这种设计能够在未来几年利用全球缓慢流动的水流产生清洁能源。

  虽然 LTA 20-1从未进行过全面测试，更不用说生产了，但近年来人们对轻于空气的飞行器的兴趣重新燃起，对可用于通信中继、遥感、大气探测浮空器的兴趣也日益增加。这些项目通常作为高空平台，旨在进行长距离和长时间的飞行。