未来创新设计具有五大发展趋势:绿色(Green)、智能(Intelligent)、个性化定制(Customizable)、多学科协同(Inter-disciplinary)、全球网络化(Global)。
目前刚研制成功的太阳能飞机阳光动力2,就是创新设计的一个成功案例。阳光动力2号翼展达72米,比波音747还要宽;这样一个庞然大物的重量却只有2.3吨,和一辆小汽车相当,不到波音747的百分之一。飞机做得如此之轻,得益于骨架、太阳能板、电池、涂料以及各个部件都使用了超轻的材料。
图8 阳光动力2太阳能飞机
在能源的利用率上,覆盖阳光动力2号机翼的17248块薄膜太阳能电池能量转化率达22.7%,而发动机能效则高达94%,让普通热力发动机30%的能效相形见绌。这架“空中实验室”大部分的材料来自欧洲跨国化工集团索尔维(solvay)。索尔维为阳光动力2号研发了超过13项超轻材料和新技术,制造了6000余个部件。飞机的电池、驾驶舱等部分的材料全都来自索尔维。机身使用的碳纤维蜂窝夹层材料也是索尔维的产品,这种材料每立方米仅重25克,密度是纸张的1/3,却能达到连续飞行所要求的强度。机翼上覆盖的太阳能电池板来自美国加州的光伏企业SunPower。这些太阳能板转化率为22.7%,厚度却仅有135微米,相当于人类的一根头发丝,还可以轻微弯曲。与能量的转化率只有18%左右的普通家用太阳能电池相比,它有着更高的能效;与人造卫星上转化率高达30%的太阳能电池相比,它又做到了更轻、更薄。另外,拜耳材料实验室(Bayer MaterialScience)为阳光动力提供了多种高科技材料,包括超轻的碳纳米管、聚氨酯绝缘材料等。如在驾驶舱内部采用拜耳材料科技保温隔热材料-Baytherm® Microcell(微蜂窝硬质聚氨酯泡沫塑料),其保温隔热性能超出目前标准的10%。
除了这些公司外还有瑞士的ABB、迅达集团(Schindler)、欧米茄和Swatch等80家合作伙伴共同完成了这架太阳能飞机的设计制造。未来的创新设计正是需要材料和设计制造单位协同作战,集合各自的优点来完成创新过程。
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