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千秋新聞【記者蔡本文／台南報導】成功大學無人飛機研發技術屢創新高，繼黑面琵鷺號無人飛機（Spoonbill UAV）去(2009)年 10月完成往返臺灣-澎湖 92公里 航程締造亞洲新紀錄之後，今年航空太空工程學系 賴維祥 教授也成功研發亞洲第一架使用燃料電池與鋰電池混合動力之『灰面鷲號(Grey-faced Buzzard)』無人飛機(Fuel Cell and Lithium Battery Hybrid Powered UAV)，並於13日在屏東里港試飛成功，不僅象徵我國新能源技術邁向一個新的里程碑，也開啟台灣無人飛機新頁。

 

灰面鷲號為我國第一架『燃料/鋰電池混合動力』之無人飛機，也是亞洲國家第一架具備高空酬載能力以及長滯空飛行系統之混合動力無人飛機，不僅開創我國無人飛機上實施先進動力系統之先例，成功大學亦躋身為世界少數有能力發展燃料電池動力無人飛機之大學。

 

　成大 賴維祥 教授的表示，成大「『灰面鷲號(Grey-faced Buzzard)』混合動力無人飛機(Fuel Cell and Lithium Battery Hybrid Powered UAV)」13日首航是在上午10時40分從屏東里港河堤起飛，在15分鐘的航程時間，以時速80~ 100公里 飛行，總航程距離約為 30公里 ，過程順利成功，參與人員都感到十分興奮。此次達成燃料電池與鋰電池混合動力的無人飛機結合並且成功飛行的目標，團隊有信心下一階段可以挑戰更長的飛行時數。　

 

由成大航太系教授兼任成大先進動力系統研究中心主任賴維祥團隊研發的成大「『灰面鷲號(Grey-faced Buzzard)』燃料電池與鋰電池混合動力無人飛機(Fuel Cell and Lithium Battery Hybrid Powered UAV)」不僅在無人飛機設計的研發以及動力技術的研發，都有關鍵性的突破。該無人飛機的機體設計未來不僅具備高空酬載能力以及長滯空飛行系統，並且使用先進的燃料電池與鋰電池混合動力，更符合新能源發展的需求。

 

成大「『灰面鷲號(Grey-faced Buzzard)』混合動力無人飛機」設計的主要特色為翼展 3.4m 、總重可達 30kg 、4kW(千瓦)無刷馬達、以及1kW燃料電池與 5400mAh鋰電池（mAh為電池儲量單位，一顆手機電池儲量約 700 mAh）混合動力。目前「『灰面鷲號(Grey-faced Buzzard)』混合動力無人飛機」總重不到 22公斤 ，仍可再容納約8公斤 的鋰電池或氫氣燃料，未來無人飛機還有相當的可擴充空間，以利未來挑戰長滯空飛機的飛行時數。

 

強調綠能與環保的時代，替代能源的開發及節能技術的發展成為重要課題。燃料電池與鋰電池混合動力的技術，不僅是燃料電池在應用上一個新領域的突破，也是長滯空無人飛行載具(Long Endurance UAV)的重要核心技術。由於相對於火箭、衛星，長滯空無人飛行載具具有造價低、試驗週期短、發射快速等優點，且各項酬載(如取得影像)又不下於衛星的解析度，因此越來越受到通信公司、遙感探測、環境監控和軍方青睞，廣泛用於通信、科學研究、遙測、環境監測以及軍事偵察等方面。有鑑於此，發展節能環保的動力技術絕對是一個相當有潛力的關鍵技術。

 

成大「『灰面鷲號(Grey-faced Buzzard)』混合動力無人飛機」是成大執行經濟部技術處計畫，原計畫是希望能將燃料電池與鋰電池混合動力的無人飛機結合起來且能夠成功的飛行。研究團隊共同主持人包括成大賴維祥教授與中山科學研究院翁炳志組長負責燃料電池系統與機體的整合設計、成大先進系統研究中心副主任王啟聖教授負責氫氣燃料的供應系統、南台科技大學的蔡明村教授負責電力系統的調節及控制系統。

 

計畫主持人、成大 賴維祥 教授說，研發混合動力無人飛機，並非一蹴可幾，在三年前成功大學即與中科院合作研發2.5kW級的地面混合動力系統，並順利完成地面試車及帶槳推進能力，完成燃料電池及電力調節等主要元件的性能及製作。

 

在進行地面系統研發的同時，也同步研發無人飛機，第一架可飛行的無人飛機曾在2007年成功飛行，隨後研究團隊在去(98)年起以較大馬力的電動飛機開始試飛，額外的一個收穫是，成大在今(99)年三月的台灣無人飛機設計競賽中，即拿下初階電動載重組的冠軍，該組電動飛機之馬達只有1.5 kＷ，卻能載重超過10Kg，令人嘖嘖稱奇。

 

賴維祥教授表示，「『灰面鷲號(Grey-faced Buzzard)』混合動力無人飛機」機體設計的部分，是無人飛機設計的新突破。由於早期規劃設計的無人飛機之空間及酬載不敷使用，經變更設計成更大的機體後，才解決了的燃料電池與鋰電池的系統安裝，並克服燃料電池進氣、飛機結構、振動、與電能調空模組系統散熱等問題，最後得以成功起飛。

 

據了解，波音公司甫於2008年四月完成首架載人的燃料電池與鋰電池混合動力的飛機首航，世界上雖有少數機構發表燃料電池的無人飛機，但大數的無人飛機多屬小型無人飛機，雖然可以驗證飛行，但沒有酬載能力。即使是有燃料電池的航空級套件已在商品化，唯功率只有500W，而且價格非常昂貴。

 

此次成功大學所選用的燃料電池由於經費的關係，只能挑選較便宜的工業級產品，雖有近 5公斤 ，但具有1 kW的功率，成大利用卓越的飛機設計技術能力，彌補了這個缺憾，同時也說明未來如能獲得較高等級的燃料電池電堆，將可多出更大的空間增加氫氣的儲存量，更有利於挑戰長滯空的飛行能力。

 

賴維祥教授指出，所謂混合動力是指將不同的動力組合，換言之，可以是（汽)油電(力)混合動力，燃電池池與鋰電池，甚至是太陽能與鋰電池，甚至是太陽能、燃料電池與鋰電池三者的混合動力系統。而成大「『灰面鷲號(Grey-faced Buzzard)』混合動力無人飛機」所使用的燃料電池與鋰電池混合動力的技術之優勢，即以燃料電池與鋰電池的綜合最佳特性來設計，在起飛時兩者同時輸出馬力約可至2.5 kW，巡航時可調節至主要由燃料電池供電或兩者仍合供電力，如此燃料電池不必作太大的變動輸出，可保持良好的性能及壽命，並且只要一般工業級發電之燃料電池系統即可達成，造價僅需完全燃料電池的1/4。

 

賴維祥教授補充說明，目前鋰電池無人飛機在玩家已開始流行，由於無刷馬達之電動螺槳非常安靜，在市區或郊區都是很好用的航空休閒玩具，可惜是鋰電池電量有限，一般僅約十分鐘左右即需要更換鋰電池。另外，完全燃料電池的飛機在國外雖有若干研究團隊完成，但飛機的特性是起飛及降落時需要大馬力，而在巡航時相對只有1/3至1/2的馬力，因此完全燃料電池的飛機，在起飛階段及巡航需要馬力的調整靈活度高，其燃料電池控制及特性均不易，世界上雖有如此產品，但造價不斐，500W造價即約一百萬台幣，而且壽命難以保證。

 

大致而言，無人飛行載具(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)可分為遙控飛機(Remote Piloted Vehicle, RPV)及自動飛行(Autonomous Flight)飛機兩種。由於它具有麻雀雖小，五臟俱全的特性，且也是未來飛機發展的重要領域，世界上的先進國家，無不投注大量的研發費用進行研發，未來無人飛機將可替代有人飛機的所有功能，包括作戰，靶機、偵察，監控，災害探查等等，甚至海巡及防止走私等，都能發揮軍事、公務、商務等多種產業價值，如何設計更新型且具有高附加價值之無人飛機，確實是各國政府共同期待的心願。

 

＊取名灰面鷲的由來

灰面鷲為一種可以長程遷移的候鳥類，每年秋天時由西伯利亞及中國大陸東北及韓國、日本等地區往南遷移。在十月中旬抵達台灣，此時適逢雙十國慶，因而灰面鷲就被稱為「國慶鳥」。灰面鷲在過境恆春半島時，鷹群會先在滿州鄉山區集結過夜，隔天再經鵝鑾鼻越過巴士海峽前往南洋地區渡冬。隔年春天又由南方飛回北方，約在清明前後路過台灣，故又名『南路鷹』或『清明鳥』。灰面鷲總飛行距離超過 5000海浬 ，其優越的飛(遨)翔能力為一般鳥類所望塵莫及。