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航太系研發成功國內首架太陽能動力無人飛機「鸑鷟」號。

活動時間 2012/08/20 瀏覽人次 5714

航太系研發成功國內首架太陽能動力無人飛機「鸑鷟」號。
航太系無人飛行載具實驗室 提供

近十年來無人飛行載具(UAV)的發展已成為民間航空和軍事航空的重要潮流之一,由於UAV在生產以及維護的部分相較於一般的載人飛行載具更加的容易及便宜,能夠以最少成本去執行高風險的任務。所以學術單位、軍事單位、民間機構無不卯足勁紛紛研發UAV。本校航空太空工程學系的無人飛行載具實驗室的研發團隊,利用低汙染的太陽能電池做為UAV的動力來源,完成了國內第一架太陽能動力無人飛機「鸑鷟」號,8月18日在新北市新莊區環河路西盛飛行場飛行測試成功,此研發對於執行長空的任務通常要攜帶大量的燃料,犧牲掉大量的酬載重量之高續航力需求的飛行載具是非常大的突破,未來UAV執行情資偵蒐、戰場監控、目標搜尋定位、通訊中繼、農漁牧觀測、地形地貌偵照監控,或颱風、油汙、森林火災災情調查及反走私偷渡等的續航力提升到極限的可能性,來達成長滯空低重量的目標。

目前研發的UAV大都以不具環保且重量較重的內燃機為動力,本校太陽能動力無人飛機研發團隊為改善前述動力的缺點,三年前開始以低汙染的太陽能為研發方向。本校航太系副教授馬德明表示,應用太陽能構想看似簡單,但真正落實在設計上卻有相當高的難度,因為對於太陽能動力的飛機而言,空氣動力的概念設計比一般的飛機更為複雜,太陽能動力飛機的能量需求將會直接影響機翼面積,間接影響著一些重要的飛機性能參數,例如:升力、阻力、重量以及巡航速度等等。而這些飛機性能參數都是彼此有相關聯的,一旦更動了其中一個參數,則其他相關的參數將會一起變動。研究團隊首創在設計中將全機的總質量表示成參考機翼面積和巡航速度的性能參數方程式,根據此參數方程式使用基因演算法去求得最佳的設計,完成了國內第一架太陽能動力無人飛機「鸑鷟」號。

這架長2公尺、展翼3.7公尺、最佳巡航速度時速34公里的「鸑鷟」號,質量只有8.9公斤。馬德明表示:太陽能無人飛機設計的核心問題是如何設計一個穩定可靠的太陽能電源管理系統,利用太陽能電池獲取最大功率,以滿足飛機推力及機載電腦系統之電力需求。此電源管理系統主要包含太陽能電池與最大功率追蹤系統、電池管理與電力轉換三部份。太陽能電池與最大功率追蹤,主要目的是用來收集太陽能,並且追蹤太陽能板隨著溫度與照度而改變的最大功率點,以得到最佳效率。電池管理監視及控制鋰高分子聚合物電池之充/放電流程管理。電力轉換則將供電電壓轉換為機載系統所需之電壓。這次的新研發成果不但領先台灣學術界,甚至在其他國家也不多見,技術應用深具發展潛力。

研發團隊進一步表示:這次飛行測試成功的驗證了太陽能無人飛機設計及自行研製的太陽能電源管理系統,日後若採用高效率(30%)的太陽能板,不僅可以滿足起飛過程之大電力需求也可對鋰電池充電,達到全程使用太陽能供電及夜間飛行的能力。不僅為我國太陽能應用發展計畫注入一劑強心針,更為台灣無人飛機技術寫下新的里程碑。


航太系研發成功國內首架太陽能動力無人飛機「鸑鷟」號。
航太系無人飛行載具實驗室 提供
航太系研發成功國內首架太陽能動力無人飛機「鸑鷟」號。
航太系無人飛行載具實驗室 提供
航太系研發成功國內首架太陽能動力無人飛機「鸑鷟」號。
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