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Creative & Design 創意與設計

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不明飛行物體
UNIDENTIFIED FLYING OBJECT

e-tron征服了水上交通工具:Audi工程師Franz Hofmann正致力於研發搭載電動噴射推進系統的水翼衝浪板。

忽然之間,一切彷彿陷入了愉悅的平靜當中。在衝浪板緩緩上升之際,滔滔的海浪聲頓時化為無形,衝浪板像是一塊飛毯一般,升出海平面約一公尺左右,著實蔚為奇觀,其僅由一根碳纖維桅桿支撐,而桅桿的末端是一個在水底下提供所需上推力的水翼。Franz Hofmann在衝浪板上巧妙地保持平衡;他手中的遙控器和電動滑板使用的遙控器相當類似,而他腳下的結構被稱為水翼(foil),Hofmann右手食指控制的電動馬達提供加速。這是未來的衝浪方式嗎?在內陸湖泊如玻璃般清澈的水面上靜靜地滑行,完全不會激起任何波浪?從Hofmann帶著淘氣表情的青春臉龐看來,這毫無疑問地”將會在湖泊和海洋當中帶來水上運動的革命。”

  • 事實上,一個又一個的水上運動項目都趕上了這波水翼狂熱。2013年,身為最高等級的帆船運動賽事和扮演帆船科技發展推手的美國盃帆船賽,決定將比賽用船型從龐大的單體船型改為雙體水翼船型。其中Audi贊助帆船選手Polgar和Werner參賽的Olympic Nacra 17型雙體船級,現在都改以水翼為動力形式。風帆衝浪者使用水翼將自己升到水面以上的高度,風箏衝浪者也是如此。裝有水翼的風帆載具優勢在於只要船身或板身達到一定速度,水翼就會產生如此大的上衝力,使船體遠離水面。讓水造成的摩擦力能夠大幅減少,不需要太多的風力幫助也能實現高速。33歲的Franz Hofmann就是因為對風箏衝浪的愛好,而開始對使用水翼飛行興致勃勃。不可否認地,他任職於Audi開發氫氣槽的工程師職位,意味著他在工作上剛好擅長運用與製造衝浪水翼的桅杆和水翼相同的碳纖維材料。「當第一艘水翼船上市時,我當時並沒有對其留下深刻的印象。因為我覺得它們造價太為昂貴,而且難以購得。」

    「但話說回來,我認識Chris。」這位在Ingolstadt工作的工程師笑了笑。「Chris」指的是Christian Rössler,他是一位童年玩伴的哥哥,他們的家鄉位於巴伐利亞州上弗蘭肯地區的霍夫(Hof)市附近。除了贏得多個德國錦標賽,在2006年成為世界冠軍,以及F5D等級電動模型飛機比賽的世界紀錄保持者之外,Chris最主要的身份是航太工程師。他在慕尼黑工業大學(TUM)的飛機設計研究所擔任研究助理,負責無人機系統的設計。「我們製造演示機或無人機,並用它們來測試新科技。」換句話說,他對流體力學有一定程度的瞭解。

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  • 「我想打造自己的風箏衝浪水翼船。水翼說穿了就是一架水下飛機,而誰比Chris更會造飛機呢?」Hofmann說道。 Christian Rössler分析了空氣和水之間的相關差異,進行了一些初步計算,模擬了水翼的流動,並提出了一種完全獨一無二的設計。他們兩人在TUM建造了模具,在Chris家的客廳裡進行修飾,然後把模具搬到了地下室裡頭。在那裡他們鍛壓完成水翼的第一個碳纖維葉片。那是2015年的事情了。從那以後,Hofmann把這款水翼安裝在他的風箏衝浪板下方,然後到世界各地的度假地點進行測試,包括古巴、越南、斯里蘭卡和德國的波羅的海沿岸。「測試結果總是讓我笑不攏嘴。人們在海灘上喝著雞尾酒的時候,即使只有一絲微風,我仍然可以用我的水翼進行風箏衝浪。」

    到現在為止一切順利。然而,這兩位好朋友開始研究接下來可以把這個設計用在哪裡,或者正如Hofmann所描述的那樣,他們在此同時感到有點自豪。「從數據比較的角度來看,我們研發的是在流體科技方面最好和最高效的水翼之一。」他們兩人對日常工作都非常投入。Hofmann表示:「我們沒有野心在風箏衝浪、衝浪或風帆運動市場上銷售我們的產品。」但最終而言,Hofmann在Audi的工程師角色激發了他今日在水翼船方面的創新:「未來的動力傳輸系統?從電動自行車在自行車領域的發展來看,電動馬達很快將被水上市場所全面運用。由於水翼的節能效率極高,因此將兩者結合起來非常合理。」為此,Hofmann開始向Audi各個部門的同事展示這一概念:從創新管理和設計部門,一路到3D列印部門和實務研討會的同事,所有部門的一致反應是:這是一個引人入勝的想法,應該要讓它轉變為Audi產品。


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  • 在2018年年初,Hofmann的第一個原型產品開始下水進行測試:那是一個風箏衝浪板,其電池組放在一個防水的盒子內並綁在衝浪板上。他們早在春天就實現了這個目標,下一個演進的階段將是直接在衝浪板上設計一個電池箱。每年夏天在德國波羅的海沿岸城市舉辦的帆船比賽Kiel Week上,第一個測試用衝浪板—在沙灘上展出Audi設計部門同事的心血結晶,其發展的速度令人印象深刻,Hofmann有時真不敢相信有多少同事現在也投入了這項研發計畫。「在Audi的幫助下,無數產品正在進入水翼和浪板的領域,從電子插件連接器一直到噴射推進系統的外殼在內無所不包。我們的3D列印部門同事則根據我們提供的規格進行製造。」這是讓Audi e-foil與眾不同之處:「我們沒有發明電動水翼(e-foil),世界各地有數百個相關的DIY計劃在進行中,我們所做的是將我們的高性能水翼與噴射推進系統相結合。這是極度高效和極其安全的做法。」市場上的一些其他電動水翼產品由封閉式螺旋槳提供動力,它其實只是一個旋轉葉片,最終還是會為使用者的一些身體部位帶來受傷的風險。相比之下,Audi e-foil電動水翼上使用的噴射推進系統包括一個葉輪、一個加速水流的小型封閉式螺旋槳,以及一個位於其下方的定子,可以消除流動產生的渦流,並確保加速的水流能夠直線流動。

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  • 剩下的關鍵問題仍舊在於:感興趣的各方人士什麼時候能夠購買這款水翼,還有價錢是多少? Franz Hofmann表示:「我的願景是在2019年建立一個初步的限量生產規模,最初可以用來為我們的客戶提供試乘。目前電動水翼的價格在五位數美金的範圍之內。」但任何人都可以操作這款水翼嗎?或者你需要高超的體操技能才辦得到呢?Hofmann對這個問題感到驚訝,並完全堅定地回答說:「只要經過幾天的練習,幾乎所有的業餘衝浪者都將飛出水面。它比站在健身房的平衡板上還要更容易,你看我示範。」Franz抓住遙控器,跳回他的衝浪板上,用他的食指在遙控器上增加動力,「一旦板子開始滑行之後,稍微降低一下動力,將你的體重轉移到你的前腳上,並保持你的位置不變,只是還不要為水翼加壓。」Hofmann向著岸邊喊道。衝浪板在水面上再停留了幾公尺,然後在水翼上升的同時,速度完全沒有任何變化。它看起來很簡單,幾乎不費吹灰之力,只有細細的碳纖維桅杆在水中掠過。在湖面上,Hofmann加速前進,將他的電動水翼往遠方的地平線駛去。此時旁邊沒有任何船隻,你可以很容易感受到水翼提供的自由感。