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那福忠,知名電子出版專家、網路作家。
   
  電動飛機起飛了
  那福忠 July 13, 2013
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   下圖這個小飛機,看起來再普通不過了,一個螺旋槳、兩個座位,但跟一般私人用的小飛機不一樣,因為是電動的,用一個很小的燃油引擎發電,另加一個電池,來帶動螺旋槳所需的動力,可以飛 900 公里不落地,不必加油、也不必充電,而且非常安靜、沒有一般飛機的噪音,又比同類型飛機節省四分之一的油料。這架飛機是由德國西門子 Siemens 與空中巴士的母公司 EADS 研發製造,兩年前在巴黎航空展亮相,經改良後上個月試飛成功。

   這聽起好像油電汽車的原理,內燃機的引擎與由電池帶動的發動機交換互用,因為用的燃油引擎很小,所以省油。這架飛機有一點不同,燃油僅是用來發電,是電力帶動螺旋槳的發動機旋轉的,與通用汽車的雪佛蘭 Volt 的電車類似,Volt 也是燃油發電、電力帶動,所以僅能算是半個電車。日產汽車的 Leaf,則是僅用電力完全不用油料的純電車。

   西門子自行研發的整合機電傳動系統 (Integrated Drive System),也就是發動機,是主要的機件,用單一接口讓電力驅動機械。另外就是一個小型燃油的渦輪發電機,供應能源,以及一個 EADS 研製的電池。飛行所需的電力完全由發電機供應,起飛或爬高需要更多能量的時候,由電池補充,電池在飛行途中靠螺旋槳的轉動充電。

   西門子的設計師說,這種雙動力的電動飛機,市場會漸漸成熟,幾年之內四座的飛機就會製造完成,在 2020 年以前會出現十幾座的飛機,將來一定會有 100 座的雙動力機出現,而且耗油僅是今天同型飛機的一半。

   兩大飛機製造公司,波音與空中巴士,對電動飛機採取類似但不同的發展概念。波音朝油電雙動力的概念發展,但比西門子更進一步,要製造有波音 737 那麼大、可以坐 150 人的電動客機,預計在 2030 年以前完成。

   空中巴士則由其母公司 EADS 設計,發展不用任何油料、完全以電池為動力的飛機,所以發展的進度取決於電池技術的進展,現在初步提出電池的需求規格,電池每重一公斤要儲存一千瓦小時(也就是一度)的能量,相當現在鋰離子電池的五倍。

   把蓄電有限、又笨重的電池放到飛機上,曾經是一個笑話,隨著電池技術的進展,笑的成份減少了,像用氧化鋰與空氣裡的氧氣作兩極的鋰空氣電池,以及可能成為鋰離子下一代的鋰硫電池,蓄電量都大幅增加。雖然如此,全電池的飛機終究有技術上瓶頸,專家估計可能要到本世紀中才會出現,續航力也可能有限。

   所以現在的發展,仍以西門子式的油電雙動力的電動飛機為主,先從小型飛機做起,再擴展到大型飛機。電動的發動機,除了節省燃油、降低噪音,還有很多好處。電動發動機像是電風扇,可以安裝在最有利的位置增加空氣動能,甚至可以由駕駛員控制角度,起飛的時候角度向上縮短跑道滑行的距離,飛行途中控制左右的角度讓飛機左右轉向,省去了尾舵。至於大型飛機,至少可以協助噴射引擎扇葉的旋轉,以及用作地面滑行的動力。

   電動飛機改變了傳統飛機的設計,就像油電汽車改變了傳統汽車的設計,節省油料、減少廢氣排放、降低噪音,這也許是對環境最有貢獻的綠化行動了。有一天坐上了電池飛機,安靜的機艙教人不習慣,不知道飛機是不是還在飛。

下面這段影片是西門子油電雙動力電動飛機的試飛實況





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