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让阳光驱动飞机(2)
http://www.100md.com 2012年4月1日 《百科知识》 2012年第7期
     2010年7月8日早晨8点,“太阳驱动”号由瑞士探险家勃希伯格驾驶,在距瑞士首都伯尔尼西南大约48千米的帕耶那机场,成功完成首次昼夜试飞。

    在此次飞行中,“太阳驱动”号创造了26小时零9分钟的不间断昼夜飞行记录,这也是太阳能飞机持续时间最长、飞行高度最高的世界记录。它的成功证明新型太阳能飞机在黑夜也能飞行,从理论上可以实现永远翱翔天际的梦想。

    瓶颈难破

    目前,地球资源日益枯竭,大气污染逐年增大,已严重影响了人们的生活。数据显示,全球航空业的二氧化碳排放占全球碳排放量的2%~3%,每吨航空煤油的使用会产生3吨二氧化碳。为此,欧盟等地区或国家已经要求,航空公司必须在今年之前减少3%的二氧化碳排放,否则将征收“碳税”。在这种背景下,作为零污染、零碳排放的新能源太阳能飞机,无疑让人们看到了曙光。

    太阳能飞机的飞行原理与普通飞机一样,两者的最大区别主要在于动力系统。太阳能飞机的动力装置主要由太阳能电池板、直流电机、调速器、螺旋桨和电力管理设备等组成;对于长航时昼夜飞行的太阳能飞机,还要安装能量储存设备(蓄电池)。

    但是,太阳能飞机动力系统的特殊性也给太阳能飞机的发展带来了不小的瓶颈。

    首先,目前较为成熟的晶体硅和非晶体太阳能电池板的能量利用率还比较低,光电转换率仅为10%~20%。因此,为了获得更多的太阳能,使得飞机具备足够大的升力,铺设在机翼上表面的太阳能板必须做得足够大。和常规的航空燃油发动机动力相比,太阳能电池的动力显然要逊色得多。至今为止,人们研制的太阳能飞机大都仅限于无人机或轻型单人飞机,主要原因就在于此。

    其次,和碳纤维等复合材料相比,太阳能电池板的重量相对较重;晶体硅太阳能电池板的密度大约是玻璃钢航空复合材料密度的1.5倍,但它却非常“娇贵”,设计时人们不能让其兼做飞机的结构而承受载荷。这样一来,作为动力而铺设在机翼表面的巨大太阳能电池板实际上给飞机增添了不小的重量和“负担”。在许多情况下,铺设在机翼上表面的太阳能板的重量甚至可以达到飞机结构重量的一半左右。如果飞机太重,其飞行就会变得困难,于是太阳能飞机的设计通常要求结构尽量减重;然而,既要飞机机翼表面足够大,又要足够轻,在空气动力的作用下机翼结构就极有可能因强度、刚度等问题而遭到破坏。

    第三,为了得到足够的太阳辐射,太阳能飞机通常需要在高空飞行,以避免对流层中云彩、雨雪等对阳光辐射的影响。由飞行原理可知,飞机的升力与飞行高度处空气的密度、飞机机翼面积、飞行速度的平方成正比。高空中,空气密度减少,飞机升力也会减少,这样一来,飞机要正常飞行,就要求其太阳能电池保持充足持续的供电能力,从而让飞机维持较高的飞行速度和升力。

    此外,超薄的太阳能电池还要面临机翼变形、振动、强紫外线照射以及大幅度温度变化等复杂因素导致的破坏的发生。

    凡此种种,并不比生产研制出一架普通飞机简单,因此太阳能飞机要真正满足现代航空运输业的要求,仍然前路漫漫。

    【责任编辑】赵 菲, 百拇医药(沈海军 陈贤达)
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