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环球之旅之太阳能篇

这篇文章来源于DevicePlus.com英语网站的翻译稿。

1999年,瑞士探险家伯特兰·皮卡德(Bertrand Piccard)经过19天21小时55分钟的不间断飞行,完成了人类首次成功乘热气球环球飞行的壮举。正是这次探险让其获得了太阳能飞行器的灵感。在旅途中,他看到热气球的燃料每天都在减少,于是他想:“我的飞行如何才能摆脱燃料的束缚呢?”

fuelless flight made possible by solar-power

最终,他想到了太阳能飞行器。2003年,伯特兰就此展开了可行性研究。十三年后,阳光动力基金会(Solar Impulse Foundation)的联合创始人伯特兰·皮卡德与和安德烈·波许博格(André Borschberg)成功完成了人类首次太阳能飞机环球旅行,未使用任何燃料。

太阳能飞机环球旅行

这次旅行的总里程为四万公里。两位创始人轮流驾驶一架单人驾驶太阳能飞机,各自飞行了一半的路程。但是该飞机的飞行速度无法与波音747相比,不能一路追逐太阳,从而一直沐浴在阳光下。因此,该飞行器的机载电池系统必须能够存储太阳能,这样飞机才可以在白天和晚上飞行。

每个飞行周期都必须最大程度地利用能量。起飞前,电池处于满电状态,飞机利用存储的能量从跑道起飞。然后在日间(上午6点至下午6点)以最大功率运行,持续使用太阳能,同时存储接下来夜间飞行所需的能量。此阶段的飞行目标就是不断提高飞机的海拔高度,下午6点时达到最高海拔——9000米。

solar powered plane glides as sun sets

此时,太阳光线强度减弱,飞行员降低电机转速,让飞机滑行,降低飞行高度。飞机下降到1500米大约需要四个小时,在此期间几乎不消耗任何能量。大约在晚上10点,飞行员开始利用电池中存储的能量来驱动电机。飞机会利用白天存储的电池电量彻夜飞行,直到太阳再次升起。

飞机:太阳能飞机的规格

该飞机与一辆家用轿车差不多重,但是,其翼展却与波音747超大型喷气式客机相当。这使得阳光动力2号(Solar Impulse 2)成为有史以来重量最轻的飞机。

飞机的设计必须同时非常高效地利用空间和能量,才能实现远距离飞行。得益于其特殊设计,波许博格曾驾驶该飞机不间断飞行5天,横跨太平洋从日本到达夏威夷。

功率: 24小时的平均功率为15马力,相当于一辆小型摩托车。其最大功率为70马力。

能量: 该飞机搭载了17428块太阳能电池。该团队表示,“我们的太阳能电池、蓄电池和电机在能源效率方面均创下纪录:太阳能电池的能效为23%,电机的能效为97%,只损失3%的能量,而标准热力电机的能效仅为70%。”

推进力: 飞机配备了四个螺旋桨,飞机的平均飞行速度达到了75 km/h。

重量: 该飞机重2.3吨,比世界上最好的滑翔机还轻10倍。电池重量(633千克)约占飞机重量的四分之一。

尺寸: 翼展长达72米。但是,飞行员座舱却只有3.8立方米,空间很小,只有七个冰箱那么大。两位飞行员曾在这个未配备任何空调设备和气压设备的座舱内呆过五天。

机身结构: 飞机的主体、座舱和翼梁均由一种革命性的超轻材料——碳纤维制成。机身外壳由重量为25g/m2的碳纤维(比纸还轻三倍)制成,中间夹有六角形蜂窝状泡沫,就像蜂巢一样。

机翼结构: 飞机的上机翼安装了一层封装好的太阳能电池,而下机翼表面则搭载了间距为50厘米的140根碳纤维肋条,从而赋予机翼刚度并使其更具空气动力学性能。

外部保护: 为了应对恶劣的风、雨和温度条件,一道外部屏障保护飞机免受零件和模具自身局限的影响,同时具有一定的柔性。飞机还采用聚氨酯泡沫材料、高性能聚碳酸酯板以及超薄聚合物薄膜组合对机身进行保护。

飞机内部概况

通过下面的视频,您可以了解飞机的内部结构,包括一些智能细节,比如飞行员座椅能够倾斜成一张床等。

太阳能飞行技术实用吗?

这项努力的意义在于推广清洁能源的概念。它不仅试图突破技术界限,使太阳能飞行成为可能,而且还试图通过这种影响广泛的科幻冒险风格吸引公众的注意力。

尽管每个人都拥有巨型机库以存放自己的太阳能飞机似乎并不现实,但这项技术却是一个不错的开始。我们要用发展的眼光看世界,正如计算机存储从软盘发展到今天容量高达120GB的智能手机一样,或许太阳能飞行器也会变得更小、更快。

drone battery life increased by solar power

除了个人飞机,太阳能飞行技术还可以用于增加无人机的电池容量。尽管诸如SpiderMAV之类的研究探索了降低空中飞行功率的方法,但是利用太阳能来延长无人机电池的续航时间也不失为一种好方法。

伯特兰·皮卡德表示:“阳光动力号并不是为了载客,而是为了传达信息。我们想要证明一种开拓精神,鼓励人们质疑许多看似理所当然的事情。”

DevicePlus 编辑团队
DevicePlus 编辑团队

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