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新一代可變形機翼,減少噪音及燃料消耗

afore
・2015/05/06 ・820字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 541 ・八年級

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在NASA、空軍研究實驗室(Air Force Research Laboratory)、及密西根州富萊克斯公司(FlexSys Inc.)的合作之下,新一代可變形的機翼誕生了!新一代變形機翼能替航空業每年的燃料費省下幾百萬美金、還可以減輕機身的重量、減少飛機在起飛和降落時所發出的噪音。

這項計畫稱為「自適性柔性機翼後緣」(Adaptive Compliant Trailing Edge),研究員以可變換形狀的裝置取代傳統的鋁製襟翼,並設計成沒有接縫、可彎曲、變形的表面。過去六個月以來,位於加州阿姆斯壯飛行研究中心的測試小組已試飛了二十二航次。

打從1998年,空軍研究實驗室就開始與富萊克斯公司合作。他們在2006年為不同構造的飛機設計了先進的機翼及後緣,並進行風洞試驗。在2009年,空軍研究實驗室更與NASA的「環境責任航空工程」(Environmentally Responsible Aviation)合作,在第三代的灣流(Gulfstream)噴射機上裝置由富萊克斯公司設計與製作的自適性柔性機翼後緣,也讓其專利技術得以合併。

這項新技術可以用於現有飛機的機翼改造上,甚至可以與新型的機身合為一體。如此一來,工程師就可以減少機翼的重量、也可以依據航空動力學來調整機翼,一方面減少飛機的耗油、提升運作效率,另一方面也減少飛機在飛行時對環境所造成的危害及所發出的噪音。

NASA環境責任航空工程的專案經理Fay Collier說「這項飛行試驗的成功代表NASA的環境責任航空工程又向前躍進了一大步」,他也表示:環境責任航空工程將在今年完成八項大型的技術整合示範計畫,以減少航空業對環境所造成的影響,而自適性柔性機翼後緣計畫是這八個計劃中的第一個。

飛行試驗是檢驗這個概念適不適合運用在實際飛行時的關鍵。在實驗的監控下,試飛飛機襟翼表面的角度由-2度上升至30度。儘管自適性柔性機翼後緣有辦法在飛行的全程中彎曲變形,測試小組仍在每次的飛行試驗中保留一項不變的項目,以在最安全的狀況下收集增量數據。

這些飛行試驗的結果將被運用於NASA位於維吉尼亞的朗格里研究中心的權衡研究項目中,以協助未來大型運輸機的設計。

資料來源:NASA successfully tests shape-changing wing for next generation aviation. Phys.org [Apr 29, 2015]

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泛科學特約編譯作者。一個很容易臉紅的女生,最想去的國家是印度。

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・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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每年有一千萬公頃的森林消失!把樹種回去,就可以解決問題了嗎?──《牛津通識課|再生能源:尋找未來新動能》
日出出版
・2022/07/19 ・1997字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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碳捕捉:把電廠排出來的二氧化碳再抓回去!

一九九〇年代,尚未開發出風能和太陽能,當時對氣候變遷的擔憂日益增加,因此有人建議捕捉和儲存那些從化石燃料發電廠排放出來的二氧化碳,如此就可將其轉變成一種低碳電力。

碳捕捉主要是透過化學反應將煙道氣(flue gas)中的二氧化碳分離出來,然後再將其壓縮液化,泵入地下洞穴,例如含水層或是廢棄的油氣田。

同時要針對傳統的發電機開收排放二氧化碳的費用。這將鼓勵電廠採用碳捕捉技術,不過前提是碳價要夠高,超過捕捉和封存二氧化碳的成本。

然而,即使在龐大的歐盟市場,碳的價格也從未高到足以讓碳捕捉在電力生產中具有競爭力,而且真正在運作的碳捕捉工廠很少。

碳捕捉將煙道氣(flue gas)中的二氧化碳分離出來,然後再加工處理。圖/Envato

即使如此,捕捉二氧化碳排放依舊可望成為一種脫碳方法,在未來某些產能製程中合乎成本效益。一個例子是將天然氣轉化為氫氣,這還能用於加熱和製造燃料電池,或用於生產水泥以及甲醇和氨等重要工業化學品。

碳捕捉的各種可行性:直接從空氣抓?多種一點樹?

也有人認真思考過直接從空氣中捕捉二氧化碳的可行性,因為目前我們所面對的現實非常危險,即二氧化碳排放量下降的速度恐怕來不及讓上升溫度控制在攝氏 1.5 度內。

種植更多的樹木可能是最簡單也最便宜的方法,但首先必須遏止每年大量的伐林問題。

每年約有一千萬公頃的森林遭到砍伐,用於種植大豆、棕櫚油和其他作物,以及放牧牲畜。這樣的伐林導致全球每年約 10% 的二氧化碳排放量和生物多樣性的重大損失。

目前二氧化碳排放量下降的速度沒辦法使上升的溫度控制在 1.5°C 內,再加上樹木被大量的砍伐,導致全球每年約 10% 的二氧化碳排放量和生物多樣性的重大損失。圖/Envato

此外,封存大量二氧化碳所需的樹林面積也相當大──約要美國國土面積的四分之一,需要超過六年,甚至幾十年的時間才能讓樹木長到成熟,每年只能吸收平均全球燃燒化石燃料的 10% 排放量。

而在成長期過後,還需要更換樹木,因為在建築中也會使用到木材。有人建議,可以燃燒林業的廢棄物來產生能量(熱或電),並捕捉和封存排放出來的二氧化碳。

這種生質能源的碳捕捉尚有爭議,必須要確保改變土地利用的這項變動最後的結果是產生淨負排放,而不是增加碳的排放量。此外,這種方法尚在開發中,可能會與其他對可耕地和淡水的需求產生競爭關係。

多種樹,真的可以救地球嗎?事情可沒有我們想的那麼簡單!圖/Pixabay

不過,可以使用化學吸收器直接從空氣中捕捉二氧化碳,這種方法比生質能源更緻密、更可靠, 只是目前的價格較為昂貴。

奧利金能源公司(Origen Power)正在開發將碳捕捉與具有商業價值的石灰生產相結合,這樣的製程可望降低成本。

吸碳新創公司「Carbon Engineering」也在開發另一種方法,是使用與二氧化碳接觸會形成碳酸鈣的氫氧化鉀。整個過程以石灰來合成氫氧化鉀,形成碳酸鈣,然後將其加熱,釋放出二氧化碳,進行壓縮和封存──這時便會再度合成石灰。他們預估,以這種方式捕捉二氧化碳的成本可望降低至每噸 100 美元。

碳捕捉的展望與未來

為了增加產值,可以將捕捉來的二氧化碳與氫結合(比方說以再生電力來電解水,製造出氫氣),這可用來合成低碳燃料,取代汽油、柴油或航空燃料,這樣一來,其總排放量會遠低於某些生質燃料。

若是要捕捉和封存燃煤發電廠排放的二氧化碳,電力成本會增加約 60%,而使用再生能源來發電,成本則低得多。

然而,隨著空氣碳捕捉的研發和大量投資,再加上在某些工業製程中捕捉二氧化碳,以及重新造林,預估到二〇五〇年時,碳捕捉可能會吸收掉全球年排放量的 10%。

到二〇五〇年,再生能源和核能的總發電量可能接近當前全球需求量的 90%,透過碳捕捉,全世界可能會達到二氧化碳淨零排放。但要處理大量再生電力,電網在輸送和分配上需要適應風場和太陽光電場輸出量的種種變數,因此發展儲能設備非常重要。

——本文摘自《牛津通識課|再生能源:尋找未來新動能》,2022 年 6 月,日出出版,未經同意請勿轉載。

日出出版
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航空器簽派員:陪著你從起飛到降落的地上飛行員
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・2022/06/08 ・4354字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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本文由 我的青航時代-2022航發會×暑期航空營 委託,泛科學企劃執行。

當你乘坐飛機,不只有機師、空服員等機組成員在守護與服務你的旅途;陪你從出發地起飛到達目的地後降落,完成一趟「安全、準時、舒適」旅程的背後,還有「航空器簽派員」這個至關重要的角色。

搭乘飛機時不只有機師、空服員在守護與服務,一趟安全、準時、舒適旅程的背後,還有「航空器簽派員」這個至關重要的角色。圖/Pexels

被稱為「地上的飛行員」的航空器簽派員,在做哪些工作呢?這次泛科學特別訪問到華航的簽派督導陳韋如,不只了解這航空公司裡神秘又重要的工作,也要好好了解一下一位優秀的簽派員是如何養成的。

當簽派員沒在工作,才會發現他們的重要

有民航局執照的「Airman」有六大類(航空器駕駛員、飛航工程師、航空器維修工程師、維修員、飛航管制員以及航空器簽派員),其中航空器簽派員的工作是高度專業的職位。他們是航空公司的中樞神經,24小時全年無休,做出的決定牽動著整個航空公司運作;那為何我們好像很少聽到簽派員的工作呢?

Nobody knows what I do, until I don’t do it.」這句話形容簽派員的工作內容再適合不過了。

簽派員主要的工作有:飛行計畫的製作航機簽放航情守望異常狀況處理。他們有許多工作是在幕後、和居中協調許多事情,因此機師所知道的事簽派員也都要很了解,所有的飛行手冊、飛機操作手冊和各國飛航相關法規都必須要如數家珍。

簽派員工作是在幕後、和居中協調許多事情,因此機師所知道的事也必須要如數家珍。圖/Pexels

飛機起飛前——飛行計畫的製作

製作飛行計畫的過程非常繁複,簽派督導用了你我都很熟悉的旅行計劃來舉例:當你要出門的時候,會注意氣象、交通狀況,要檢查並維修交通工具,需要加油、和準備行程中需要的各種文件,當然也要準備可執行的 Plan B。

把旅行計劃的格局放大再放大,就是飛行計畫,要考量包含氣象資料飛航公告航機狀態酬載預估飛越許可航線選擇等因素,才能匯集成一份可以執行的飛行計畫。這其中有哪些「know how 」呢?

出門一定會先看天氣適不適合出遊,飛行也是一樣,簽派員氣象觀測席會收集起降機場、備降機場和沿途航路的天氣報告和預報,確認天氣是否適合飛行、各機場的能見度是否影響航機起降,都會由專業的氣象博士提供資訊讓簽派員參考。天氣的資料包含機場能見度及雲幕高度、溫度、氣壓值、風速、沿途是否有顯著天氣,甚至是火山、颱風影響航線等等,因此才能確認飛機能不能起飛降落或是其他需要特別避讓的地區。

針對起降站及航線做重點氣象監測,內容含各項狀況。圖/Pixabay

還有,你在旅行的時候,也會注意沿途經過的城市是否有道路維修、塞車、下雨等等的狀況,例如國道有一段路正在維修,就會需要避開正在維修的道路走省道。簽派員也會特別注意飛航公告,確認起降機場及沿途的空域是否有臨時運作規定、限制、程序調整或其他注意事項。例如近期烏俄戰爭爆發,航路導航席也要特別確認有沒有會影響飛航的相關資訊,提前列出航路備案以便簽派員製作飛行計畫。另外,經過各個國家的領空時需要的飛越許可,也是由簽派員協助申請的。

再來就是航機狀態酬載預估了,對航空公司來說「在安全的情況下經濟效益是很重要的考量」,因此了解航機適不適合飛行,預估需要多少燃料、能載運多少乘客和行李,也是非常重要的工作。簽派員要準確地預估旅客及其行李和需載貨物的重量後,再計算所需的燃料總量,也需要計算備案可能需要的燃料量,確保飛機從起飛到降落都在規定的安全限重內。

經過上述各種因素的種種考量評估後,需要進行航線選擇,從數條航路[註1]中選擇「安全、準時、舒適」的飛航路徑並做出一份飛行計劃,並且和駕駛員共同在飛行計畫上簽名以示同意本次的航班,而每個簽名的背後都代表著簽派員的專業以及責任。

簽派員經過考量評估各種因素後,製作出「安全、準時、舒適」的飛航計劃。圖/Pexels

飛機起飛後的航情守望與異常狀況處理

不是飛行計畫之後簽派員的工作就結束了:將飛行計畫交給駕駛員後就會進入航機監控的飛航管制作業,其中包含了航班動態氣象監控。

航班動態是指透過 4D/15 服務(4D/15 Service),每隔 15 分鐘確認一次航班的 4D(經度、緯度、高度和時間),簽派員要精準的知道航班的動態。航情守望席便是專門在追蹤航班的動態及油量,確保航班沒有偏離計畫航路,必要時會和駕駛員聯繫確認狀況。

氣象監控則是針對起降站以及航線沿途區域做重點監測,監測內容包含結冰、雷雨、降雪、陣風、風切、亂流、颱風及火山活動等氣象狀況。例如目的地機場跑道臨時關閉,就會提前告知駕駛員。

一趟航班可能會遇到一些突發狀況,例如乘客身體不適需要立即就醫、航線上臨時火山爆發或是遇上鳥擊等異常狀況,簽派員就必須在有限的時間內以符合作業規定安全的前提下採取最適合的處理方式。

若遇上突發狀況需要飛機轉降或是班表調整,為維持班機時間表能夠正常運作而做出適度的調整異動。因為每次的突發狀況都是無法提前預知,簽派員們在遇上事件時需要冷靜且快速的處理及應變,也需要和各單位聯繫協調。

在飛行中還會碰到哪些情況呢?簽派督導舉了火山爆發的例子。由石塊和岩漿的礦物粒子組成的火山灰帶來的威脅,除了可能讓機身受到損傷、部分系統失靈更可能導致引擎熄火無法繼續飛行。

火山爆發帶來的火山灰可能讓機身受到損傷、部分系統失靈,導致引擎熄火無法飛行。圖/Pexels

曾經發生過日本的火山爆發,火山灰蔓延的非常廣,導致當地機場關閉數天,影響了數萬名旅客。一趟航班如果在中途遇上突發狀況——航線附近有火山爆發了!時刻監控著狀況的簽派員會怎麼做呢?

  1. 根據數據判斷火山灰擴散的範圍。
  2. 規劃一條安全優先的避讓航線。
  3. 確認航機上的剩餘燃料量能夠負擔變更後的航線。
  4. 和機師確認變更航線。

這些事情都需要在時限內解決,考驗著簽派員細心及果決的能力,他們就像是一群 24 小時的飛行管家,從起飛前的飛行計畫準備、起飛後的航機監控,一直到落地後的班表調度,簽派員隨時守護著班機。

要如何成為簽派員呢?哪些能力與特質很重要?

臺灣目前並沒有簽派員的相關科系,以華航為例,簽派員是通過航空公司的招考後,先成為航務員熟悉機場的運作方式後再經過 200 小時的簽派員培訓課程,及 90 天的線上訓練,並考取民航局航空器簽派員執照後,才能簽放航機成為一名真正的簽派員。

剛考取執照後簽派員會先簽派六小時內的短程線累積實戰經驗,每年也會參加航路觀摩,會進入駕駛艙觀摩駕駛員執行自己規劃出來的飛行計畫,來增進自己的能力。等到經驗累積足夠後才會簽派飛行時數較長的航線,進入航情守望席、航路導航席。

因為簽派員需要製作一份完整的飛行計畫,所以駕駛員需要的基本知識簽派員也需要懂,一種飛機需要閱讀的手冊至少有 幾十本,一間公司肯定不止一種機型,再加上各國的飛行法規,每一位簽派員需要熟知的手冊就有數十本!這些專業背後都是十分努力的成果。

每一位專業的簽派員需要熟知各種機型、各國的飛行法規等。圖/Pexels

或許你會問:「我不是飛航相關科系,能夠成為簽派員嗎?」其實簽派員並沒有科系的限制,只要你有想成為簽派員的熱誠,都可以來挑戰看看!簽派員的工作會帶給你滿滿的成就感,因為每年都有上萬趟航班需要簽放,服務數萬名旅客平安落地。

想成為簽派員需要具備的能力有:

  1. 良好的英語能力:因為許多手冊及法規大多以英文撰寫,和駕駛員溝通時也會需要用英文溝通。
  2. 獨立思考的能力:面對各種狀況時需要思緒清晰不能慌亂,才能找到好的解決方案。
  3. 溝通協調的能力與團隊合作的精神:居中協調時會需要能夠讓雙方保持良好的溝通。
  4. 健康的身心:面對高壓的工作需要照顧及調適自身的狀況。

簽派員的工作便是解決眼前的事情、見招拆招,每天都會面對不一樣的問題十分具有挑戰性,如果你喜歡變化性及挑戰性都很高的工作,可以嘗試這份工作。也因為每一次的簽名都是在為每趟航班上的生命負責,因此需要高抗壓性的人格特質,才能確保在工作時能夠穩定的面對所有狀況,守護每一趟飛行。

每位簽派員之所以能夠從容的面對各種突發狀況,是他們用專業知識和長期累積下來的經驗在支持他們看起來毫不費力的原因。

註解

  1. 航路是根據地面導航設施建立的走廊式保護空域,供飛機作航線飛行之用。各國對於航路都有自有的規定,包含該行路是單向道還是雙向道。

延伸閱讀

參考資料

  1. A320全座艙飛機駕駛艙都搬來了! 航發會講座還有這2場| 生活新聞
  2. 2018「飛航解密 暢遊天際」系列講座 長榮航空簽派員Emily精彩演講內容
  3. 航空公司全天候的飛安管家-科學人雜誌
  4. 2021飛航講座–長榮航空資深簽派員林俊宇:從起飛到降落全方位的飛行管家
  5. 民航通告 – 交通部民用航空局

本文由 我的青航時代-2022航發會×暑期航空營 委託,泛科學企劃執行。

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