分享本文至 E-mail 信箱
學術引用格式
MLA
APA
EndNote(.enw)

利用陽光當動力—無人飛機很環保

2012/08/29 | | 標籤:

文∕羅智華

在航空科技日新月異的發展下,要讓飛機升上青天、穿越雲霄已不再是難事,但隨著環保意識抬頭、也讓節能減碳重要性日益提高,許多學者專家除了在技術上精益求精外,更努力想方設法降低飛機飛行的碳足跡。像是來自淡江大學的一群師生團隊,就花了三年時間集思廣益研發出台灣第一架運用太陽能作為動力來源的無人飛機「鸑鷟」號,寫下打造太陽能無人載具的歷史新頁。

其實,國內研發無人飛行載具(UAV)的歷史不算短,帶領學生長期投入無人飛機研究的淡江大學航空太空工程學系副教授馬德明表示,比起需要由飛行員駕駛的飛機,無人飛機具有生產成本低、機體結構相對簡單、好維護等優點,因此近十年來蔚為一股潮流,不少學術機構、國防軍事部門、民間企業都紛紛投入無人載具的研發。

但現行的無人飛機大多以內燃機作為動力來源,不但重量較重也不環保,有鑑於此,他們決定幫無人飛機來場「創新小革命」,在大家腦力激盪下,團隊將太陽能運用在無人載具上,嘗試用低汙染的太陽能電池做為UAV的動力來源,並很有巧思地將團隊心血結晶取名為「鸑鷟」號。馬德明表示,其名稱來自鳳凰的古名,帶有鳳凰展翅的翱翔之意。

將太陽能與無人載具相結合的構想看起來不難,但實際去做卻不容易,馬德明解釋,比起一般飛行載具,太陽能動力飛機需運用更複雜的空氣動力原理,同時還得思考太陽能動力與機翼面積間的關係,而相關設計更牽動著飛行速度、升力、阻力等參數,只要改變其中一個參數,其他參數就會跟著改變,可說是「牽一髮動全身」。

為了讓太陽能動力無人載具可以擁有最佳的性能設計,研究團隊研發出一套飛行性能參數方程式,從中計算出機翼面積與飛行速度兩者間的最佳關係設計,讓無人載具在運用太陽能作為動力來源時,可以兼顧良好的飛行速度,避免顧此失彼。

馬德明表示,要讓研發太陽能無人飛機的夢想可以成真,最重要的設計核心在於如何規畫出性能穩定的「太陽能電源管理系統」,以藉此透過太陽能電池來獲得最大功率,提供足夠的飛機飛行與電腦系統電力所需。他表示,這套電源管理系統涵蓋「太陽能電池」與「最大功率追蹤系統」、「電池管理與電力轉換裝置」等三大主軸。每個主軸各司其職,像是太陽能電池與最大功率追蹤就是用來收集太陽能,並持續追蹤太陽能板的最大功率點;而電力轉換裝置則是把供電電壓轉換成無人飛機載具系統所需要的電壓。透過彼此的分工與合作,讓無人飛機可以順利從太陽能取得動力,為環保助上一臂之力。

無人駕駛成本低 勘災觀測有一套

馬德明說,「鸑鷟」號身長2公尺、展翼3.7公尺、最佳飛行時速可達34公里,飛行速度比一般摩托車的時速略慢些,重量則將近9公斤。經過團隊的改良與測試,正式誕生的「鸑鷟」號已於日前在戶外試飛成功,不但令師生雀躍不已,也意味著無人飛行載具研發歷程的一大突破。

而隨著航太技術突破與運用,無人飛機的用途也愈來愈多元,不再像一開始只是運用在國防軍事領域中,而是可以取代載人機具從事許多危險任務,為飛航安全提升不少。馬德明表示,無人飛機的應用廣泛,除了可以進行軍事情資偵查、目標搜尋定位外,還能運用在地形地貌的攝影監控、觀測農業漁業發展等情況,尤其每年七、八月都是颱風頻繁報到的季節,對於災情勘察如地形景觀的破壞程度、森林火災的蔓延情況等,無人飛機也都能發揮很好的觀測功能,可作為公部門與民間用來觀測與目標偵測的利器。

不過受限於成本與能源轉換效率考量,目前鸑鷟號仍需仰賴鋰電來產生動能,推動機體起飛升空,儘管如此,鸑鷟號已為太陽能動力無人飛機的研發邁出一大步,團隊表示未來將採取具有高能源轉換效率的太陽能板做為全程飛行的動力裝置,希望藉此讓無人飛機運作可以更具節能減碳成效。

深度閱讀

 書名:航空器概論
作者:毛嘉聖
出版社:台科大
出版日期:2011年09月15日


 書名:飛機的構造與飛行原理
作者:中村寬治
譯者:簡佩珊
出版社:晨星
出版日期:2011年03月30日


原文發表於人間福報

「空虛寂寞覺得冷會傳染嗎?」「為什麼人看到可愛的東西就想捏?」「為什麼蚊子喜歡叮穿深色衣服的人?」

科學從不只是冷冰冰的文字,而是存在世界各個角落熱騰騰的知識!不論是天馬行空的想像或日常生活的疑問,都可能從科學的角度來解釋。

本月的泛科選書 《不腦殘科學2》是泛科學作者編輯團隊嘔心瀝血的超級鉅獻!不只能滿足大人與小孩的好奇心,更將拓展你的視野,帶領大家發現一個嶄新的世界!

泛科限時優惠79折(含運),現在就帶一本回家

關於作者

人間福報每周五與你一起《遇見科學》