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《知識》電動飛機的發展概況與挑戰

根據歐盟委員會(European Commission)數據,飛機排放溫室氣體,約占全球溫室氣體4%,目前還在持續成長中。歐盟委員會的目標是希望到了2050年,飛機每公里二氧化碳排放量減少60%、氮氧化物污染減少90%、噪音減少75%。電動飛機的發展就是其中的關鍵。
為了朝降低航空產業污染的目標邁進,不少航太公司、新創都積極投入研發電動飛機。以下整理各公司發展電動飛機的概況: -
空中巴士研發全電動小飛機 E-Fan
歐洲飛機製造商空中巴士(Airbus)在2014英國法恩堡航展上,展示一架全電動「E-Fan」小飛機。該飛機機翼長9.5公尺,重量僅約550公斤,它無須航空燃油提供動力,100%依靠電池飛行。因此飛行過程中不會排放廢氣,同時也顯得非常安靜。空中巴士希望先透過研發小型電動飛機後,可以將技術應用在大型客機上。

空中巴士、西門子、勞斯萊斯,合作研發混合動力電動飛機 E-Fan X
空中巴士也與西門子(Siemens)研發電力引擎多年,2017年勞斯萊斯加入合作,三家公司共同開發了一款叫E-Fan X的混合動力電動飛機。該機體是由一架BAe 146改裝。空中巴士負責整合混合動力電動推進系統以及電池的控制架構;西門子負責配電系統;勞斯萊斯負責研發渦輪引擎、發電機和電力電子設備。

英國易捷航空與Wright Electric合作研發電動客機
英國廉價航空易捷航空(EasyJet)跟美國新創公司Wright Electric合作,研發預計可以飛行540公里的電動客機。這個距離將可覆蓋20%的易捷航線,希望十年內能讓電動客機執飛倫敦到巴黎、阿姆斯特丹這類短程航線。
易捷航空表示,為了降低航空產業對於環境的汙染,預計在十年內於短程航線導入以電力驅動的客機。隨著鐵路、汽車逐漸電力化,易捷航空表示航空業支持電力驅動的飛機是未來公司減少碳排放的策略之一。目前易捷航空的做法是透過A320neo這類高燃油效率的飛機,在2020年前每公里替每位乘客減少10%的碳排放。除了環保考量,燃油是航空公司很大的成本支出,像是德國漢莎航空、法荷航集團、維珍航空近年也都積極在尋找替代能源方案。
美國新創公司Wright Electric創立於2016年,團隊成員有航太工程師、動力專家,還有來自NASA、波音不同背景的員工。Wright Electric表示,他們的目標是要在20年內,讓所有的短程商…
最近的文章

《知識》波音777X客機介紹

美國波音公司(Boeing)旗下的777系列客機,一直是公司的暢銷機型。由於雙引擎設計與四引擎相比,有較高的燃油效益,因此也常成為航空公司取代747系列客機的選擇。


從1995年首架777-200交付給美國聯合航空開啟777商業飛行後,波音也陸續推出如777-200ER、777-200LR、777-300、777-300ER及777F等衍生機型;然而為了對抗勁敵空中巴士(Airbus)推出的A350-900、A350-1000等機型,2013杜拜航空展上,波音正式宣布推出最新777X系列客機,主要包含777-8及777-9兩個機型。兩者主要差別在於航程及載客量,而共同點都是承襲了787 Dreamliner的特色,包括:(1)機身材料及新式機翼 (2)新式引擎 (3)客艙設計。
777-9三艙等配置可搭載407名乘客,且機身將比777-300ER延長2.13公尺,總長度將為76.5公尺,超過747-8的76.3公尺,成為世界上最長的客機。延伸閱讀:《精選》全球機身最長的客機 波音747-8亮相

為了配合777X,奇異在2012年2月發布了GE9X發動機。此發動機大小將與前一代的GE90-115B相同,但推力較低。延伸閱讀:《知識》飛機引擎運作原理及何謂「旁通比」?



波音在777X上的主要考量還是在油耗方面,將翼展擴大到 71.6公尺後,可以讓飛行更有效率。然而,想要有大翼展、又要能在大部份機場降落的話,翼尖採取可以向上「收」起來的設計。
777X的翼尖是由碳纖打造,比一般飛機更輕,但美國聯邦航空署(FAA)依然擔心安全性的問題,特別為777X這新設計增添了一連串的新規範,除了要求飛行中翼尖絕對不能改變形態、並且在地面上要能耐受每小時120公里的風速外,也要求波音必須要安裝警報系統,避免飛機在翼尖未放下前起飛。延伸閱讀:《知識》提升飛機空氣動力效能 - 飛機的翼尖小翼
在客艙服務系統部分,是由松下航電(Panasonic Avionics)提供。松下航電在機上娛樂和通訊方面居於世界領先地位,是所有波音787夢幻飛機(Dreamliner)和747-8洲際飛機上使用的客艙服務系統的供應商。
松下的客艙服務系統是由資料庫驅動的乙太網可擴充網路,提供核心客艙功能,例如旅客廣播、客艙內通話和環境控制。客艙服務系統直接與客艙照明等外部子系統及整個機體網路內的其它機上成員系統…

《知識》空中巴士「編隊飛行」特輯

「編隊飛行」(Formation Flight),往往是在航空展或是某些慶典上才看得到,其呈現的動態美感,總是能吸引大家的目光,但通常是由特技飛行小組或是空軍戰鬥機執行。延伸閱讀:《知識》全球最資深的民間飛行表演隊 - Breitling Jet Team
其實民航客機也可以編隊飛行,像是歐洲空中巴士相當喜歡編隊飛行。為慶祝該公司成立五十週年,特別安排了一場旗下飛機家族成員從A220, A320, A330, A350XWB, A380 到 BelugaXL 齊聚一堂的飛行畫面,展現出民航客機特有的優雅飛行姿態,非常迷人!延伸閱讀:《知識》空中巴士「大白鯨(Beluga)」運輸機




客機、運輸機、直升機及戰鬥機飛行混搭

空中巴士表演了客機、運輸機、直升機及戰鬥機的編隊飛行混搭,不同機型之間配合著默契,訴說空中巴士集團「We Make It Fly」的品牌精神。
拍攝幕後花絮




空中巴士A380與A400M
空中巴士A380為全球最大客機;A400M是由空中巴士所設計的軍用運輸機,配有四具渦輪螺旋槳發動機。


真正的空中飛人!戴上噴射背包與A380客機一起飛
帥氣的飛行裝扮搭配噴射背包,宛如皮克斯動畫《玩具總動員》中的巴士光年。由XDubai與阿聯酋航空共同策劃的宣傳活動,飛人Rossy與他的門生Vince Reffet,在1.2公里的高空中,用超過200公里的高速,展現各種特技動作、編隊飛行與世界最大的客機A380共舞。

影片中的飛行看似輕鬆愜意,這項活動是經過縝密的策劃、天衣無縫的合作,以及對安全性的極度要求等努力才終於達成。自小時候起,Rossy就希望能將達文西草圖中的穿戴式飛行器付諸實行,且在一次跳傘體驗中,感受到用身體徜徉天空的極致快感,因而搬到杜拜,投入研發噴射裝置與訓練飛行員的計畫之中。

他曾利用該噴射背包完成在高空中近距離與B-17轟炸機飛行、橫跨大峽谷、繞行富士山與基督像等壯舉;2016年10月時,Rossy還與另外兩位飛人Vince Reffet及Fred Fugen,在蔚藍海岸地區,近距離和法國巡邏兵表演隊,舞出華麗的高空表演。

現階段,噴射背包還無法獨立完成空中飛行,起飛需從飛機上高空落下,降落時則需使用降落傘進行輔助,也因此,這個噴射背包暫時沒有商業化的打算。儘管在噴射背包上投入許久,Rossy 卻不諱言表示,這噴射背包不會是未來的個人航空交通,它太複雜…

《知識》搭飛機護膚小技巧

搭飛機時,由於機艙內空氣是吸取艙外原本濕度就很低的高空空氣,因此對於乘客來說,機艙內就會變得極為乾燥,容易造成眼、鼻、喉部,甚至是皮膚乾燥、發癢、脫屑等不舒適。對於護膚部份,分享以下小技巧:
隨時喝水 在飛機內常會為乘客準備了多種飲品,但想要達到最好的補水效果,建議飲用純水。因為茶、咖啡及酒精類飲品中的水分會有所缺失,補水效果相對較弱。多喝水不僅對皮膚有好處,還可以促進體內新陳代謝,排除體內廢物,具有一舉兩得的功效。
避免濃妝 在飛機機艙內,過厚的妝會對皮膚有不好的影響,長時間飛行會使皮膚長出疙瘩,眼角也易生細紋。此外,具有防曬功能的底妝產品會阻礙補水產品吸收,導致皮膚乾燥。
使用面膜 在長時間的飛行中,面膜不僅可對面部進行護理,多於的精華成分還可以塗抹在手、脖子等部位,保持皮膚清爽滋潤。
使用護膚品 建議用不含礦物質的護膚品,像是玫瑰果油、椰子油等,油分可防止皮膚水分蒸發,比面膜更實用。嘴唇也是皮膚一部分,抹護唇膏再戴上口罩。
別忘了防曬 雖然是坐在機艙之內,但身體接收到的有害太陽光線,可能還是超出你的想像。飛機窗雖然可以阻擋紫外線B,但紫外線A還是有可能穿透,由於身處高空,紫外線需要穿越的距離較短,也可能強烈許多。特別是靠窗座位的乘客,還是應該認真看待高空的陽光強度。紫外線A可能會導致皮膚老化和皮膚癌。登機前約30分鐘就應該擦上防曬產品,也要記得每兩小時補擦一次,長程飛行就更是如此。

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延伸閱讀:
《影片》搭機保健 身體享受頭等艙般呵護
《知識》航空旅行保健新知 ─「經濟艙症候群」
《知識》航空旅行保健系列---暈機
《知識》航空旅行保健系列---脹氣

參考資料:
搭飛機需要擦防曬嗎?

《筆記》波音737 MAX的操控特性增益系統(MCAS)問題

衣索比亞航空ET302航班及印尼獅子航空JT610航班失事,合計346人喪命。機型皆為波音737 MAX 8, 服役不到2年的新型飛機,其中MCAS是這兩起空難調查的重點。
操控特性增益系統(Maneuvering Characteristics Augmentation System, MCAS)是波音737 MAX客機獨有的一個自動化系統,其主要功能是防止飛機失速。MCAS一旦感應到攻角過大,就會取代飛行員操作,自動讓飛機「低頭」,減少攻角,避免飛機失速;然而,假如攻角感應器失靈,讀取錯誤的數據,在飛機正常飛行時,電腦誤以為攻角過大,MCAS就有可能會下令飛機無故大幅「低頭」,向地面俯衝。
2019年4月4日,波音CEO Dennis Muilenburg發表公開聲明承認,顯然MCAS在這兩起空難事件中,因為讀取到錯誤的攻角資訊而被啟動。對此,波音發布了737 MAX軟體更新和培訓計劃,包括讓MCAS對比兩個測量飛機攻角的傳感器的讀數、MCAS只會在「非正常條件」下被觸發、人類飛行員對飛機的控制權始終高於MCAS。

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波音發生兩起重大737 MAX失事,在這段期間,波音的最大競爭對手-空中巴士(Airbus)卻未乘勝追擊,甚至發表「相信波音會很快站穩腳步」的言論。業內人士表示,兩家公司獨特的「雙頭壟斷」局面、相似的營運策略,都是空中巴士不敢利用波音的困境來擴大市佔、超前對手的原因。

空中巴士採取謹慎態度的原因是,航空市場幾乎由空中巴士、波音壟斷,市場力量促使兩家公司保持一致任,何變動都有可能造成兩家公司大地震。維持大眾對飛機的信任感是雙方共同利益,針對飛行安全性作文章恐怕只會有反效果。空中巴士執行長談到737 MAX事件時表示:「這對航空業來說並不是好消息。」

《知識》如何預防外部環境對飛機引擎的危害?

引擎是飛機的動力來源,可說是「飛機的心臟」,為了防止外部環境對飛機引擎的危害,例如遭遇鳥擊或是吸入異物,航空公司與機場地勤人員在起飛前都會進行環境檢查,維護飛航安全。
鳥擊(Bird Strike) 飛機遭遇鳥擊導致墜機或重大傷亡,多是因為鳥身以高速捲入飛機引擎所致。飛鳥雖非硬物,但是在高速飛行時撞擊到另一飛行中物體,會產生極大的衝力。現在民航機多採用雙引擎設計,因此其中一具引擎遭到鳥擊,還能夠用另一具未受損的引擎繼續飛行,或是尋找備用機場迫降。延伸閱讀:《知識》ETOPS認證是什麼?
但是也有2具引擎都遭鳥擊的罕見案例。2009年1月,一架全美航空編號1549的空中巴士A320班機在紐約市拉瓜地亞機場起飛後,兩具引擎都遭到鳥擊,最後機長選擇迫降在哈德遜河上,機上155名人員全數生還。該事件被稱作為「哈德遜河奇蹟」,更被翻拍成電影。延伸閱讀:《知識》從電影「薩利機長」學航空科學
由於機場屬於空曠區域,容易吸引鳥類聚集覓食,為了預防飛機起降與滑行過程中遭到鳥擊,各國民航單位都會規定機場周邊禁止飼養鳥禽。國內外一些較具規模機場會建置「鳥偵測裝置」,在偵測到鳥類逼近機場後,再通知驅鳥巡邏員拿槍去現場驅趕。

像是台灣桃園國際機場引進一款BSTAR防鳥擊預警雷達,此雷達是由美軍輕型反火砲預警雷達改良演進而來,專門偵測機場周邊鳥類活動的雷達(直徑達11公里)。透過3D電子地圖呈現,可有效判讀鳥類距離、速度、範圍、高度及飛行軌跡。延伸閱讀:《知識》桃園國際機場的防鳥擊預警雷達系統
也有國家是使用無人機來驅逐鳥類。荷蘭無人機公司製造的Robird老鷹造型無人機,主要功用是嚇退機場範圍內的雀鳥。2017年5月在加拿大最大的艾德蒙頓國際機場正式投入服務。延伸閱讀:《精選》老鷹造型無人機進駐加拿大機場驅逐雀鳥


異物(FOD) 跑道上異物(Foreign Object Debris,簡稱FOD)是危害引擎運作的一大威脅。一旦跑道上出現異物,在起降頻繁的機場往往需要30~40分鐘排除意外,至少會有6~7架次航班受到延誤。2001年,溫哥華機場是首個設置「跑道異物碎片雷達偵測系統」的國際機場,長榮航空一架班機2015年11月遭桃園國際機場跑道柏油塊擊傷機身後,桃機公司也打算引進「跑道異物碎片雷達偵測系統」,防止類似情況再生。
但是並非所有的機場都有那麼多費用採購「跑道異物碎片雷達偵測系統」,還…

《知識》火箭載具運輸機 - 同溫層發射系統(Stratolaunch Systems)

由已故的微軟聯合創辦人艾倫(Paul Allen)於2011年建造的全球最大飛機「同溫層發射系統」(Stratolaunch Systems),機身長度72公尺,翼展長達117公尺,遠比現有波音747-8客機翼展的68.5公尺長上許多。這也打破了前蘇聯研製的An-225運輸機保持了30多年的「承載重量最大的飛機」的世界紀錄。
為了使飛機堅固又輕巧,Stratolaunch主要由碳纖維材料製成,2個機身都各有駕駛艙(一個為操作飛機用;一個為管理火箭頭放用),共有6個引擎,12個機輪。該運輸機主要目的用來搭載火箭運送衛星,當飛機升上約1萬公尺的高空後,就可釋出火箭,再由火箭將人造衛星射入預定的太空軌道,目的是減少火箭從地面發射所需的大量燃料與費用。除了充當空中發射台,還能搭載太空船將人載上太空。它可以提供給軍事、私人公司甚至NASA等需要太空飛行的單位,一種更經濟的進入太空的方式,就如預訂航空公司航班一樣容易。延伸閱讀:《精選》美國NASA與波音、Space X打造載人太空船


Stratolaunch滑行測試影片中,一旁有許多的引導車,在觀察飛機的轉向和控制能力,與如此巨大的飛機相對比,就像覺得引導車顯得相當渺小。整個測試過程中,地面小組會報告所有飛機控制系統是否按預期在運行。


Stratolaunch於2019年4月13日於美國加州莫哈韋太空港首次飛行成功。Stratolaunch證實它可以飛行,但這還只是第一步。接下來它必須證明自己可以有巨大的載重能力:在它寛闊的兩具機身之間,要吊掛一具重達250噸的太空火箭,並且可以爬升到11公里的平流層高度。飛行員將從飛機上發射火箭,然後飛機將安全帶回。至於火箭會將衛星送入地球上空約482公里~1900公里的太空軌道。火箭在釋放衛星後落回地球,像流星一樣在天空中燃燒。國際太空站的運行高度在480公里,因此理論上,Stratolaunch也能運送太空人到國際太空站。

正式營運之前,還需要得到美國聯邦航空管理局檢查和認證,因此接下來幾個月,還必須多次試飛。如果一切按計劃進行,並且審核速度夠快的話,或許在明年底時,就會看到這架巨型飛機攜帶太空火箭發射衛星了。✈


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參考資料:
http://www.stratolaunch.com
The world's largest plane just flew for the first …

《知識》協和號(Concorde)超音速客機介紹

1956年至1961年,英、法兩國分別進行超音速客機研究,由於研製費用高,加上兩國方案相近,1962年,英法兩國簽署了一個政府合作協定。在這個協議上提出了SST計畫(Supersonic Transport Program)即超音速運輸計畫。協和超音速客機就是SST計畫的產物。由英法兩國政府平攤巨額研製費。1963年1月,當時的法國總統戴高樂親自將這一研製計畫命名為「協和」(Concorde)。
協和號原型機於1965年開始製造,法國組裝的第一架協和001飛機於1967年12月11日出廠,1969年3月2日首飛,於同年10月1日進行的第45次試飛時突破了音障。英國組裝的第一架協和002飛機於1969年4月首飛。延伸閱讀:《知識》航空史上首架超音速客機「圖波列夫TU-144」
1975年底取得兩國型號合格證後,協和號客機於1976年1月21日投入商業飛行。協和號飛機於1979年停產,總共生產了20架,英法兩國各生產10架。其中2架原型機,2架預生產型和16架生產型。除了2架生產型用於試驗,英國航空和法國航空各有7架,後來法航1架退役。最終協和號飛機於2003年全部退役。2003年5月31日,法航的協和號客機進行了最後一次商業飛行。2003年10月24日,英航的協和號客機結束了最後一次飛行。

協和號超音速客機 機上物品拍賣尋回憶
走入歷史的協和號超音速客機,曾經是世界上最快,也是唯一有商業航班的超音速客機,服役了27年,在2003年的一次商業飛行後畫上句點,飛機上超過千項的用品及零件如:耳機、座椅、輪胎、餐具、菜單及駕駛艙儀表等,被拿出來,在法國空中巴士的故鄉土魯斯進行拍賣,吸引了全球各種收藏買家及愛好者前往競標。

《知識》航空史上首架超音速客機「圖波列夫TU-144」

航空史上首架速度超過音速的客機是什麼機型?很多人第一個聯想到的答案是英法合作研發的協和客機(Concorde),但這個答案其實是蘇聯時代研發的圖波列夫TU-144超音速客機。
TU-144首飛於1968年12月,比協和客機早三個月。西方國家的觀察家稱之為「協和斯基」(Concordski),因為它和豪華飛機協和客機非常相似。不過TU-144並未成為家喻戶曉的名字。部分原因是設計敗筆,另外也因為在1973年巴黎航空展上發生,在全世界媒體面前的一次嚴重空難。和冷戰時期很多偉大的科技創舉一樣,TU-144的故事也是圍繞政治展開的。
1960年,蘇聯總理尼基塔·赫魯曉夫(Nikita Khrushschev)得知了英國和法國正在研究一個新的飛機項目以重振飛機製造業的消息。這架名為「協和」的客機設計速度超越音速,它將把歐洲至美國的飛行時間縮短至數個小時。兩年後,英國和法國簽訂了正式的合作協議,開始飛機的設計和製造。差不多與此同時,飛機製造商波音公司和洛克希德(Lockheed)的超音速運輸項目(SST)也獲得批准開始進行。蘇聯意識到他們必須爭分奪秒。
英法的協和號客機和蘇聯的TU-144之間的競爭關係是那個時代國際關係的特徵,當時還在同時進行太空競賽和登月競賽。當時的理論是誰的飛機越快,誰就越是成功。既然米格-21和美國的F-104這樣的戰鬥機已經能夠達到兩倍音速,超音速旅行似乎就成為有可能實現的任務。
然而;蘇聯的大量科技資源都投向太空競賽的時候,對客機項目的投入就微不足道了。太空競賽導致蘇聯把注意力從超音速轟炸機,轉移到長距離火箭和高空導彈,從而削弱了TU-144項目,迫使蘇聯把TU-144定位為獨立的民用飛機項目。這與蘇聯製造客機的經驗背道而馳,導致開發者要面對從零開始設計複雜的超音速飛機的艱巨使命。同時,飛機還要滿足舒適度和經濟效益等要求,此前很少需要考慮這些要求。
TU-144項目很快就開始出現問題。首先,它超過了蘇聯當時航空工業的水平大概10至15年。TU-144落後的兩個重要領域是剎車和發動機控制。
相較之下,協和客機在很多尖端科技上處於領先地位,不僅包括剎車。它是首批使用碳纖材料製造剎車的飛機,在飛機落地后能夠經受讓飛機減速所產生的巨大熱量(協和客機落地的速度很高,在每小時185英里左右(296公里/小時)。
更大的問題在於發動機。協和客機是首架飛行系統的…

《知識》什麼是飛機的「靜力測試」?

飛機在研發過程中,必須提供一架原型機接受「靜力測試」(static test),藉由複雜的加載裝置,來檢驗飛機結構強度,是否符合安全飛行的要求。簡單說,就像是飛機的體適能測驗,考驗飛機承載能力。
無論哪一種飛機,要能安全地在空中翱翔,都必須通過一次又一次的考驗,其中以「全機靜力測試」條件最為嚴格。全機靜力測驗,是整個飛機研製過程中,重要的地面試驗,是通過一套複雜的加載裝置,和一套完整的系統來模擬飛機,在空中受到的空氣動力、發動機推力等一系列複雜的載荷,真實的施加在飛機上,以測得飛機結構,在整個飛行過程中是否滿足強度要求,是驗證飛機強度的重要手段。
如果飛機的結構設計強度不足,測試過程中機翼被扯斷也就不足為奇,隨著加載數值不斷上升,機翼的變形也就愈加明顯。在研製飛機時,會把飛機遇到最差的情況考量進去,例如飛機若失速從高空往下衝,拉起來的時候,需要一個很大的加速度往上飛,此時飛機機翼上要能承受一個巨大的升力。
靜力測試可以知道一架飛機結構在各種受力情況下會不會破損,或是在大變形下會不會折斷的結果,也等於是飛機安全飛行的一張保證書。

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延伸閱讀:
《知識》飛機座椅的設計與測試
《知識》飛機機翼上的各「操縱面」功能
《知識》客機機艙座位上方「三角形標誌」的意義

參考資料:
飛行器靜力測試 考驗飛機承載能力