綠色時代(Environmental movement)的新飛機(airplane)

綠色時代(Environmental movement)的新飛機(airplane)
知識通訊評論第68期

「GLARE」是用樹脂將薄鋁片與玻璃纖維交錯黏合而成的複合材質

全球航空旅行日益頻密，飛機對環境的影響也更加嚴重。現在航空工程和科學家正在設計新一代的飛機，目標是節省能源，也要減少環境的衝擊。

材質
英國克蘭菲爾大學航太工程學家波爾(Ian Poll)表示，飛機所有金屬都替換為輕型複合材料，將減少百分之二十五的燃料用量。二○○九年會公開的波音七八七型飛機，機身將完全以碳纖維強化塑膠製成，飛機一半重量是複合材料。去年十月啟航的空中巴士A三八○，機身上半部有部分是一種叫「GLARE」的複合材質，它是用樹脂將薄鋁片與玻璃纖維交錯黏合而成，更堅固也更能抗衝擊力。「GLARE」也可以結合導電奈米碳管來避免雷擊傷害。奈米管重量較輕，可取代做為機體架構的金屬，並在機體構成一個可以阻隔外來電場的所謂「法拉第籠」。
物流
聯合國跨政府氣候變遷小組指出，若能使全球航空交通更順暢，燃料使用效能可提高百分之十二，每年減少七千三百萬噸的二氧化碳排放量。日內瓦國際航空協會宣稱，各航班只要減少一分鐘飛航時間，每年可減少四百八十萬噸的二氧化碳，目前國際碳交易價格約為四十億美元。
容量
空中巴士A三八○客機全經濟艙載客量為八百五十三人，燃料效能為每一乘客飛行百公里需二點九公升。波音公司預計，未來二十年客機的各艙等的空間都會比今日要大百分之二十五。空中巴士公司發言人都彭表示，他們相信要減少航空對環境的衝擊，一種方式就是減少航班數。

大渦扇確保多數推進力來自空氣，避免引擎部分內燃現象

維吉尼亞州漢普頓美國航太總署蘭格里研究中心的布希涅爾(Dennis Bushnell)認為，拜全球衛星定位系統之賜，未來會有更多個人自主性的小飛機飛航，這種小飛機可能改用對環境危機較小的燃料。
飛行車概念依然熱門，也有許多原型車推出，麻州渥本的特拉福嘉公司推出原型車名為「蛻變」，機翼平時收起，飛行時展開（如圖所繪），此種陸空兩用車預計二○○九年上市，售價十四萬八千美元。
燃料
藻類目前是最適合的航空生質燃料，也不會與糧食作物爭地，只要培養大量藻類，便可製造生質柴油混入飛機燃料中（如圖所示），另有一些公司則致力研究藻類發酵過程，希望直接做為航空油料。
今年二月，空中巴士使用天然氣製成的液態綜合燃料試航，只要未來藻類、麻瘋籽、牧草燃料生產穩定，便可結合生質能與液態燃料。空中巴士替代性燃料計畫工程主任沃克(Ross Walker)預測，到二○二五年，商用航班將有百分之二十五的燃料來自生質能；波音公司的史考特(Terrance Scott)表示，雖然不確定能否百分百使用生質燃料，「但這是很棒的燃料產業目標」。
核能能完全取代空氣渦輪引擎。這項概念首見於四○年代，美國與蘇聯政府在冷戰時期，均曾進行相關實驗，不過部分人士批評，核能動力飛機若墜機風險太高。
去年十二月，位於法國聖皮耶達捷松的推廣電動飛機的協會APAME，首度試飛完全使用鋰聚合物電池的飛機Electra，駕駛范達美(Christian Vandamme)預測，電池動力的四人座飛機，十年內便將上市，並且後續會進一步發展最高載客二十人的小型通勤飛機。
二○○○年歐盟與空中巴士合作，開始一項氫動力飛機計畫，但至今尚未成功，因為目前還沒有可提供足夠氫燃料的科技。
波音正在利用小型實驗飛機來測試燃料電池科技，預計還要十五至二十年才能面世。，一架完全用太陽能的載人飛機「太陽動力」，預計二○○九年進行晝夜不停的環球飛行。(請參看《知識通訊評論》六十六期〈不用能源的飛行夢〉)
另外還有計畫，研究利用飛船運送全球貨物的可行性。
引擎
今日渦輪引擎尺寸與引擎渦扇相仿，轉速亦相同。不過渦輪高速時效能最高，引擎渦扇則在低速時效能較佳，使用齒輪可讓渦輪轉速遠大於渦扇，如此就算渦扇增大，也毋需大幅提高渦輪的動力。大渦扇可確保多數推進力來自空氣，避免引擎部分內燃現象發生。康乃狄克州引擎製造廠普惠公司正發展齒輪傳動式渦扇，初期可節能百分之十五，未來投入運作後，每年可提升節能百分之一。日本三菱公司將使用此種引擎在區域噴射機上，加拿大航太公司龐巴迪的C系列飛機也將採用，兩者都預計二○一三年進入市場。
另一種方式，則是使用開放式轉子渦扇，外部沒有殼罩，這減少許多阻力。但這必須使用大渦扇，螺旋葉片的加重也會抵銷節能效果，而且噪音極大。

新發展的混合式機翼機體航機

機翼
要改善航空動力以節省燃料，最大的可能來自於新型機翼。目前正發展混合式的機翼機體（如圖），以取代現有機體及機翼設計。管狀機體加在現有機翼上只會構成阻力，不能提供浮力。混合式設計將管狀機體移除，乘客就坐在機翼內，只是沒有窗口可向外望。飛機浮力來自整體結構，且相較於傳統設計，混合式機體表面與空氣接觸面積減少，故能降低阻力，以及機翼與空氣的摩擦力。英國劍橋大學與美國麻省理工學院正進行「寧靜飛機計畫」，使用混合式機翼機體以及從底部隔絕引擎，一方面可以改善航空動力，另一方面噪音幾乎降至零分貝，還能節省燃料。