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盘点:航空史上七大人力/太阳能动力飞机

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盘点:航空史上七大人力/太阳能动力飞机

据美国《连线》杂志报道,瑞士人埃里克·雷蒙德(Eric Raymond)计划驾驶一架靠太阳能电池提供动力的飞机穿越欧洲,并希望依此证明“太阳能飞机”并不是一个矛盾修饰法,而是一种可行的空中旅行方式。 绝对超乎人们想象 雷蒙德的太阳能飞机名为“追日者II号”,将于6日上演飞越欧洲8个国家的旅程,驾驶载人太阳能飞机穿越欧洲在历史上还是第一次。据悉,这架环境友好型飞机由Solar Flight公司研制,旨在挖掘电动飞机在空中旅行方面的潜力,其设计效率也可能让使用化石燃料的飞机受益。 这支瑞士小组成员之一埃里克·莱特兹-戈蒂亚(EricLentz-Gauthier)在接受《连线》杂志网站采访时说:“如果能够促使人们重新审视运输和旅行方式——帮助他们设想更为清洁、破坏性更低同时又能带来愉悦体验的运输方式——我们就等于打开了成功的大门。” “追日者II号”主打科学、进步与绿色牌,在空中飞行时,它能够做到“安静”二字吗?用莱特兹-戈蒂亚的话说,“追日者II号”的表现绝对超乎人们想象。他说:“在安静地起飞并爬升到几千英尺的高度后,飞行趋于稳定并开始减速。借助于身后的太阳,你的注意力只需集中在电压表上,眼中看到的数字只有上升而不是下降。此时此刻,一切尽在你的掌握之中。这是与飞机间玩得一场全新游戏,它将改变一切。” 永远也不会有人说,你不过是坐在一块747运动型电池和光电池上。虽然电池重量和规模仍旧是几乎所有小型飞机的限制因素,但电动飞机已经在来的路上。类似Pipistrel和Electric Aircraft这样的创业公司都已研制出具有可行性的电动飞机;波音也在实验氢燃料电池供能的飞机;一家名为“阳光动力”(SolarImpulse)的合资公司计划于2009年晚些时候测试一架太阳能飞机。 两种速度可供选择 Solar Flight员工表示,他们研制的“追日者II号”以及类似飞机能够为如何实现效率最大化和重量最小化带来一些启示,这些启示将让化石燃料飞机变得更清洁、更绿色。除此之外,它们还能促使人们考虑新的推进方式。 “追日者II号”重量只有292磅——全负荷下的重量为506磅——大约相当于一辆普通摩托车。它的机身长23英尺,翼展17英尺。机翼装有4个锂聚合物电池,起飞和爬升时负责为一个8马力发动机提供能量。一旦达到大约3000英尺的巡航高度,“追日者II号”便利用太阳能维持飞行高度。虽然电池储存电量在短短15分钟内便消耗殆尽,但雷蒙德表示,电池充电时间只需30至45分钟。 “追日者II号”借助于太阳能的时速可达到40英里(约合每小时64公里),借助于锂聚合物电池的时速可提高一倍,这一速度足以让驾驶者感受到飞行乐趣。与传统飞机相比,这一速度较为缓慢,因此允许驾驶者打开座舱盖。雷蒙德说:“你一定会喜欢打开座舱盖的感觉。此时此刻,没有需要看穿的塑料,你能感觉到风在耳边吹过。” 航空展上成焦点 自2002年首次试飞以来,“追日者II号”已经上演了60多次飞行时间达到一小时以上的空中之旅。SolarFlight公司表示,这一成绩超过其它任何太阳能飞机。“追日者II号”是“追日者I号”的改进版,后者由雷蒙德一手设计,于1989年首次与蓝天亲密接触。1990年,雷蒙德驾驶“追日者I号”达到1.6万英尺的飞行高度。据悉,此次穿越美国的空中之旅共分21站,飞行时间达到121个小时。 雷蒙德说:“‘追日者I号’动力系统非常具有局限性,你必须善于寻找和利用上升气流。在大部分飞行时间里,它不过是一个超轻型滑翔机,也就是说关闭发动机和推进器。”相比之下,驾驶“追日者II号”则是一个完全不同的经历——这架飞机在上周于德国举行的腓德烈斯哈芬通用航空展上成为焦点。“追日者II号”将于6日开始飞越欧洲之旅,期间将在德国、瑞士、奥地利、匈牙利、斯洛文尼亚、意大利、法国和西班牙停靠。如果一切按计划进行,这将是Solar Flight公司继1990年“追日者I号”穿越美国的21站旅行以来行程最长的空中之旅。 很多方面得到改进 与“追日者I号”相比,“追日者II号”在很多方面得到改进,其中包括效率更高的尾部设计、一套完整的导航与滑翔互补设备以及用锂聚合物电池取代镍镉电池。更大的机翼意味着太阳能电池拥有更大表面区域。这一次,太阳能电池安装在机翼内而不是顶端,其产生的结果是:在天气状况良好时,飞机可一直借助太阳能飞行。此外,“追日者II号”的发动机体积也要超过“追日者I号”,马力从2.5提升到8。 雷蒙德说:“我更喜欢利用锂电池爬升到高空,比如1万英尺,随后利用太阳能保持水平飞行,经常是在云层之上。在空气温度足够低的高度,电子设备和发动机处于良好冷却状态。此时的阳光非常充足明亮,空气也较为平稳,我只需进行巡航。‘追日者II号’的整个动力系统更加强劲,我可以在整个飞行过程中放心使用,就像是开一架普通飞机一样。” 吸取前辈经验提高飞机效率 雷蒙德的大部分工作均从已故冈瑟尔·罗彻特(Gunther Rochelt)获取灵感,后者设计并制造了脚踏飞机Musculair1,并于1984年打破人力飞机速度纪录,当时的时速达到22英里(约合每小时35公里)。罗彻特的Musculair1在速度和效率方面的表现给雷蒙德留下深刻印象,在这位前辈的指引下,他决心采取一切可能措施提高飞机效率——所有经验均融入“追日者II号”。 雷蒙德说:“这架飞机的每一个组成部分都能让自己负责的东西实现最优化,也就是在结构和空气动力学方面。”雷蒙德和莱特兹-戈蒂亚承认,电动飞机器的普及还有相当长的一段路要走,但他们坚信这扇大门已经打开。莱特兹-戈蒂亚说:“当前,市场上已经出现几款纯粹的电动自行起飞滑翔机。我相信未来将有更多类似产品下线。”

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3月9日,阳光动力2号启程踏上环球之旅。Flightglobal盘点了七架为这一次里程碑式的飞行打下基础的人力或太阳能动力的飞机。

1、游丝信天翁号

世界上首架获得成功的人力飞机是美国人保罗·麦卡克莱迪和他创办的AeroVironment公司的游丝神鹰号。神鹰号于1977年赢得了皇家航空学会的克雷默奖,现陈列在华盛顿特区的史密森尼博物院国家航空航天博物馆。1979年,游丝信天翁号成为了世界上第一架飞越英吉利海峡的人力飞机,为公司获得了第二个克雷默奖。信天翁号和神鹰号重量约为32千克。

由于人力飞机特殊的“驾驶”方式,神鹰号和信天翁号的驾驶者是一位有悬挂式滑翔机经验的自行车运动员。

游丝神鹰号和信天翁号为日后太阳能动力飞机、乃至整个航空制造业的发展打下了重要的基础。

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2、代达罗斯

麻省理工学院和NASA合作的人力飞机以希腊神话人物代达罗斯来命名。1988年,正是一位希腊的自行车比赛冠军驾驶这架飞机从希腊克里特岛到了圣托里尼岛,全程将近200千米,用时近4小时。这项人力飞机飞行长度和飞行时间的纪录一直保持到今天。

由于这个项目,极光飞行科学公司(Aurora Flight Sciences)得以成立,继续与NASA合作研发。

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3、游丝企鹅号

游丝企鹅号是保罗·麦卡克莱迪又一个作品。最初,他将信天翁号缩小后,用电动机代替了人力踏板。后来,他又将这架飞机的动力换成541瓦特的太阳能板。1980年,企鹅号公开演示了载人飞行,飞行距离为3.14千米。企鹅号首次向世界展示了太阳能作为飞机动力的可能性。

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4、阳光挑战者

在游丝企鹅号的基础上,保罗·麦卡克莱迪制造出了阳光挑战者。1981年,这架飞机飞行5小时23分钟、260千米从巴黎北部到了英国东海岸的曼斯顿皇家空军基地。这次飞行创下了太阳能飞机飞行高度、距离和长度的纪录。阳光挑战者使用了先进的复合结构材料,其机身和太阳能推进系统仅重93千克。

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5、太阳神

1981年起,NASA和AeroVironment公司合作先后研发出了翼展30米的Pathfinder、36.7米的Pathfinder Plus、63米的Centurion、75.3米的太阳神,均取得了成功。太阳神75.3米的翼展甚至长于波音747-8I的68.5米。期间,项目组提出了飞机在平流层无止尽飞行的大胆设想。

6165com澳门老金沙,2001年,一架太阳神创下了持续飞行时间的纪录。然而,2006年,另一架太阳神在飞行中受到气流影响坠入大海。

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图5:Pathfinder在夏威夷上空飞行

6、阳光动力

在瑞士人伯特兰·皮卡德和安德烈·波尔施博格(André Borschberg)的阳光动力上可以明显地看到游丝信天翁号和代达罗斯的基因。

阳光动力2号是目前世界上最大的载人太阳能飞机,单座,翼展72米。由于机身使用了碳纤维蜂窝夹层材料,整架飞机重量仅为2.3吨,相当于一辆小型货车。飞机上安装了约17000块太阳能电池板,为飞机提供65千瓦的峰值功率。

3月9日,阳光动力2号从阿布扎比出发,开始了仅靠太阳能为动力的环球飞行。这次飞行将历时5个月,行程约三万五千公里。伯特兰·皮卡德和安德烈·波尔施博格表示,这次飞行其实并不是为了创造一项纪录,而是为了探索能源利用效率的可能性。同时,他们也希望向人们证明,利用现有的技术也能够完成如此壮举。

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7、太阳追寻者

6165金沙总站,《连线》杂志称美国人埃里克·克雷蒙德设计的太阳追寻者是一架“以电池为辅助的半太阳能滑翔机”,因为这架飞机使用太阳能电池为一个小电池组充电。1990年,太阳追寻者做了首次以太阳能为动力横穿美国的飞行。2009年,新的太阳追寻者在欧洲穿越了阿尔卑斯山。埃里克·克雷蒙德创办的Solar Flight公司正在研发这架飞机的两座版本。

埃里克·克雷蒙德曾与保罗·麦卡克莱迪共事,也曾在2006至2009年服务于阳光动力项目。此外,他表示德国的Musculair人力飞机是他的灵感。

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图7:太阳追寻者2号

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