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零排放:像黑尾鷸一樣飛

零排放:像黑尾鷸一樣飛

Stratoliner的利用形狀獨特的機翼獲得升力,飛行高度將超過現有商業客機。

  黑尾鷸給飛機設計師以靈感。

  Stratoliner像是待飛的黑尾鷸。

氫動力概念飛機現身,零排放飛行或成現實。黑尾鷸是一種比較特殊的候鳥,它至今保持著鳥類的一項飛行世界紀錄——在不休息和不進食的狀態下從澳大利亞飛到美國。美國公司從黑尾鷸身上得到了靈感,設計了一款“零排放”的新型噴氣式概念飛機,飛機的機翼與黑尾鷸的翅膀相似,依靠獨特的動力方式實現超高空飛行。

1超大機翼像鳥一樣飛翔

澳大利亞的候鳥黑尾鷸能從澳大利亞飛行至美國阿拉斯加,連續飛行7256英里(即11677公里),中途甚至不用停下來進食,創下鳥類長時間“不停留飛行”的世界紀錄。這讓設計師威廉姆·布萊克得到靈感,設計出氫動力“零排放”噴氣式飛機——洛克希德高空概念客機“Stratoliner”。

任何概念設計的目的都是為了激起人們的創造靈感,雖然有些設計暫時無法直接投放市場。這些概念設計師,也被稱為視覺未來學家。他們常常試圖打破想象的邊界,一個個獨具創意的奇思妙想讓人們覺得似乎他們直接將科幻電影中的場景直接搬到了現實世界。其獨特的構思足以證明這個概念飛機絕不會平淡無奇。

雖然我們無法確定這架概念飛機何時能真正變成現實。但是有一件事現在就可以確定:該設計旨在帶給世界一個嶄新的觀念,就是未來零排放飛行器將會是什么樣子。

美國洛克希德公司(Lockheed Corporation)創建于1912年,是美國一家主要航空航天公司,1995年同馬丁·瑪麗埃塔公司合并成為洛克希德·馬丁公司。該公司設計師威廉姆·布萊克負責設計氫動力飛機Stratoliner。

布萊克所設計的飛機有一對超大的翅膀,它的外形就像一個彎曲的澳大利亞黑尾鷸。這樣在飛機到達平流層的時候,空氣阻力減小,這對超大的翅膀就可以產生大量的上升氣流,足夠支撐飛機不往下落,那樣飛機就可以像黑尾鷸一樣滑翔。

2不加油不排放污染氣體

布萊克希望這架噴氣式飛機可以不加油飛到地球任何地方,在靠空氣動力飛到阻力較低的平流層后,飛機就能像鳥般滑翔,且不會排放任何污染氣體。新客機的飛行高度遠遠高于現在任何客機的飛行高度。

布萊克在知名設計網站Yanko上寫道:“超大機翼能產生大量空氣動力,讓飛機飛至更高的地方,飛機依靠4個低溫氫燃料渦輪發動機為飛機提供動力,以實行零排放飛行。同時飛機處于一種類似戰斗機的低功率狀態,從而節省大量燃料。”

布萊克說,“當發動機始終都處在閑置狀態,這時候的飛機就在節約燃料。如果飛機在其飛行過程中有20%的飛行里程都是進行滑翔,這可以將燃料消耗減少10%至20%左右。如果飛機行程超過數千英里,那么其節約下來的燃料將會十分可觀。”

這對于那些飛行時間長、距離遠的洲際航班來說,如果采用該概念客機將會節省下一大筆燃料費用,同時也不用擔心污染問題。

低溫氫燃料渦輪發動機的概念同樣是一種新興想法,目前還在研制階段,需要時間逐步實踐,但此概念的確不俗。

這架概念飛機的外形設計正如它的發動機一樣有趣。洛克希德公司將這架飛機的機頭設計成下垂式,這點與協和式飛機十分相似。而該飛機的雙尾翼設計則是從戰斗機借鑒而來。

最終,這款形似黑尾鷸翅膀、擁有彎曲機翼的零排放飛機是否真正能載客完成航空之旅,還需拭目以待。雖然以氫作為動力來源十分環保,但其可行性還有待驗證。迄今使用氫燃料的飛機都是小型飛機,它們的數量很少,飛行時間也不長。

3氫動力飛行是未來趨勢

在燃料價格上漲、環境污染與全球變暖的情況下,對更清潔、更安全、效率更高的交通工具的需求快速增長。使用氫動力是必然趨勢,因為氫動力是唯一不排放污染物的能源。隨著石油資源的枯竭,人們對全球變暖和環境惡化的擔憂,使用氫動力無論客觀還是主觀上都是必由之路。

國際能源機構表示,推廣使用氫氣和氫燃料電池,可減少石油、天然氣、煤炭這三種可產生溫室氣體的能源消耗。

使用氫做燃料有許多優勢,首先就是環保,污染排放少,其次是熱值高,單位氫燃燒釋放的熱能是其他燃料的數倍,是一種高效燃料。但是氫氣燃料也有太多的缺點是當前人類的工業技術需要克服的技術難題。

氫在常溫下是氣體,而且是密度最小的氣體,其熔點也是最低的。氫氣分子小,密度小,極容易泄漏,易燃易爆,氫的儲存問題長期以來就是困擾工程師們的棘手問題,為了保存氫氣必須對氫氣進行壓縮,液氫的保存需要低溫條件或耐高壓的容器,而且即便是液氫,密度也遠小于其他液態燃料,高效儲氫始終是一個世界性的重大技術難題,目前也僅在航天領域,氫做燃料才得到廣泛的應用。

氫的成本高,自然界中不存在天然氫分子,必須從其他化合物中提取,目前主要有兩種制氫途徑,一是水的電解,這是制高純度氫所普遍采用的技術,成本很高;二是石油氣的裂解,這種技術成本低,但是氫的純度低,提純難度大。無論哪種技術方式,氫的生產成本都很高。雖然隨著技術的進步,氫的成本在下降,但是目前仍遠高于化石燃料。

綜合而言,目前氫氣動力不具備廣泛推廣的技術和經濟條件。使用氫氣不僅技術復雜,設備成本、維護和運營成本也很高,這些條件都是當前的人類技術水平所需要克服的難題。

4氫動力小型飛機已亮相

布萊克所設計的氫動力飛機Stratoliner屬于大型客機,目前仍在醞釀之中,距離實際還有一段距離。現在利用氫氣作為動力推動飛機航行都只有實現過幾次,而且都只發生在小型飛機身上。比如波音公司就推出了其“幻影之眼”(Phantom Eye)氫動力高空無人偵察飛機,可在2萬米高空不間斷飛行4天。但就目前而言,大型客機采用氫氣為動力飛行,還有許多技術難題亟待解決。

波音的氫燃料電池為飛機帶來技術突破,但“波音(歐洲)研究與技術”部負責人埃斯卡蒂說,氫燃料電池可以為小型飛機提供飛行動力,但不太可能為大型客機提供主要動力。波音公司負責試飛工作的工程師涅韋斯·拉佩納說,這一技術可能為大型飛機提供輔助動力,但這需要技術突破。波音公司說,將繼續開發氫燃料電池的潛力,以改善環境。

據防務系統網站2011年9月27日報道,據航空周刊報告,波音公司計劃于10月下旬或11月初在加利福尼亞州愛德華茲空軍基地試飛其“幻影之眼”長航時無人機。該項目是波音公司自掏腰包投資,希望能吸引國防客戶。

波音公司將在10月采用一種雙引擎氫燃料的演示器在愛德華茲空軍基地干湖床進行加放油和發動機測試。飛行測試預定在今年秋季進行,其中“幻影之眼”無人機將不會攜帶任何通訊或傳感器載荷,以確定無人機是否可在19812米(65000英尺)高空飛行4天。

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