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昂海松:未来太阳能飞机可以连续飞行几年?

日期:2015-04-27    来源:科普中国

国际新能源网

2015
04/27
10:05
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关键词: 太阳能飞机 阳光动力公司

4月26日,世界上最大、最先进的太阳能飞机—瑞士“阳光动力2号”已光临我国重庆、南京,这是一次清洁能源与绿色环保先进理念的薪火传递,是一次航空创新科技全面展示,是一次人类冒险飞行挑战自我的伟大创举。

南京航空航天大学的博士生导师,航空工程国家级实验教学中心的主任,微型飞行机研究中心主任昂海松表示,大家知道我们现在坐的,比方说波音747,每一小时排放的汽油就是11吨,如果从哈尔滨到广州5个小时的耗油要50吨。太阳能飞机可以不耗一吨油完成飞行。能源本身不需要补偿。还有一个就是长航时,我们现在飞机最长只能连续飞行十几个小时,我们太阳能飞机可以飞行5天,太阳能无人机已经能连续飞行十几天,未来太阳能飞机可以连续飞行几年。

以下为发言实录:

昂海松:我想从这五个方面向大家做汇报,包括现状,简单的关键技术和展望!大家知道我们现在坐的,比方说波音747,每一小时排放的汽油就是11吨,如果从哈尔滨到广州5个小时的耗油要50吨。太阳能飞机可以不耗一吨油完成飞行。能源本身不需要补偿。还有一个就是长航时,我们现在飞机最长只能连续飞行十几个小时,我们太阳能飞机可以飞行5天,太阳能无人机已经能连续飞行十几天,未来太阳能飞机可以连续飞行几年。

第二方面我介绍一下太阳能飞行器的现状。其实我们在人造卫星上面早就用了,人造卫星电池板就是太阳能的,你们看看,这是我国的嫦娥号的太阳能电池板,电池板还有一个特点,会自动旋转对准太阳。这个是载人飞船,太阳能电池板更多,在轨道舱上面都有太阳能电池板。上面蓝颜色就是太阳能电池,这是美国早期的HNK型。还有就是太阳能无人机,1974年11月,美国研制成功试飞了世界上第一架小型太阳能无人机,这个地方是近年来美国研制的小型军用无人机,一个小型的侦查机,可以连续飞行9个小时。在军事上都有用途,这是带的摄像装置,拍摄到的地面的状态。

大型的太阳能无人机,现在比较著名我收集了这四种,从50米到80米,重量从590克到1500克。比较著名就是美国太阳神无人机,翼长是75米,装了65000片单晶硅太阳能电池,可提供40千瓦电能驱动。起飞距离比较长。没有尾巴,没有机身,是一个飞翼,有14个螺旋桨。上表面蓝颜色的就是太阳能电池,变形很大。还有一个比较著名的是美国solara太阳能飞机,目前有50、560,这是50的翼长50米,只有159公斤,计划要连续飞行5年。

大家看看一个简短的飞行录像!

小型太阳能无人机发展也很多,各种各样的都有,国内包括西工大,包括南航都研制了各种小型的。比较出名有美国的索隆还有美洲豹,还有西风7,还有天空使者。英国西风太阳能无人机,可以连续飞行14天,有22.5米,是目前真正在太空中连续飞行时间最长的无人机。大家可以看看它的录像!

第四个方面,太阳能有人驾驶飞机,相对来说言之有人驾驶飞机比较少一点,种类比较少。最早有人驾驶飞机,太阳能挑战者是1981年第一次试飞成功,是美国研制的,这架飞机只有90公斤,还带人了。第一次飞过英吉利海峡,以每小时31公里的速度,创造了首飞的奇迹。随后美国又研究了像太阳探索者号重型的太阳能有人驾驶飞机。比较出名就是今天展示的阳光动力2号的太阳能飞机,是瑞士研制的,目前应该是最先进的无人驾驶飞机。这架飞机会详细介绍的,我简单点一下,也不放录像了,是由瑞士阳光动力公司研制,平均时速50到100公里,一名飞行员,总重量是2.3吨,电池是633公斤,全部采用碳纤维材料,翼展是72米,机上装了1.7万多块超薄高效单晶硅太阳能电池板,能量转化效率23%。

第三个方面我们简单介绍一下太阳能飞机的关键技术,首先整体布局和现在飞行有什么不同特点呢?是常规布局,也有无尾机身,还有鸭式布局。共同的一个特点就是大展长,最大可以达到31,为什么做这么长呢?就是减少阻力,减少能量消耗。这是太阳能无人机的布局发展,大家看看有什么特点,减少了电动机,发展优化的结果。

太阳能飞机的结构,必须要轻,轻又要强度好,轻和强度是一对矛盾,又要强度好肯定要重的材料,材料重一点,要想轻的话,那么强度要进行优化,目前采用最多的就是碳纤维复合材料,还有树脂,还有喷雾夹层。大家看看,这是一个关于结构真实太阳能的结构,你可以看看机翼有夹层结构,这个也是用碳纤维,它的结构基本上是碳纤维构架。这个翼梁也是碳纤维的。

整个龙骑都是碳纤维的,所以很轻。还有一个重要问题,刚才西工大同学提的对,受风里影响,因为质量很轻,相对结构硬度比较小,大家看一看,定型最大可以达到半展长的12%,这只是展向的定型,另外还有弦向的定型,现在不断在改进,大家可以看一下。这是太阳能飞机改进的,利用柔性,你们变形柔性,不但不破坏,还可以增加它的稳定性,减少振动,又翻过来,刚才是向上的,现在是向下了,利用气动弹性柔性来减少阻力。第四个太阳能电池和电能储存,第一讲已经讲的很细致了,太阳能电池主要有结晶和非结晶,刚才他们介绍大部分都是单晶硅的,还有储能系统,有锂电池和动力系统。

还有一个就是驾驶技术,驾驶技术和普通驾驶技术不一样,为什么呢?有人驾驶飞机,包括人工驾驶,还有自动驾驶,因为中间还要休息,如果没有自动驾驶,飞机不行。太阳能无人机,主要靠自动技术。还有夜间飞行,把能量储存以后,夜间尽量减少能量,利用大量的滑翔飞行,大家看一下滑翔飞行,向下滑行的时候,有一个相对的引角,可以产生动力,即使发动机停了,不开也能产生动力,有的时候产生一点拉起来再下来,靠滑翔和动力结合起来飞行,可以渡过夜晚没有太阳的时间,这是典型的滑翔动作。往上的时候,从8500米的高空不断的滑翔拉起、下降最后到1500米飞行。到白天的时候有太阳能再拉起来。

我们南航也研制了两种,这是其中一种叫灵翼太阳能无人机,在黄昏和早晨弱光的情况下也可以发电,这是由我的博士生等同学研制的。飞的很稳,全部实现了用太阳能电池来供电,没有用其他的锂电池,所有的电能都是用太阳能提供的。短距离,一两米就够了,最后还有一个展望。

阳光动力公司预测30多年后可以乘坐300多位乘客,人类将真正的实现环保飞行的梦想!这是各种各样现在在研制和试验中和设计中太阳能飞机。还有连体翼式的,现在美国,中国也在研究,未来空间飞行器太阳能向地球供电,100多年石油全部开采完了,煤也没有多少,人们没有能源来源了,利用太阳能将是未来主要的能源了,这是设计的空中向地面太阳能供电的电站。瑞士跟欧洲合作提出了一款天空使者号的飞行器,预计要在10年和20年内抵达火星,人类不能生存,可以到月亮上去生存。

让我们利用太阳无尽的能源,向更远更高的空间展翅翱翔吧!

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