Электродвигатель MIT мощностью один мегаватт может помочь электрифицировать авиацию

Для электрификации крупных и тяжелых самолетов, таких как коммерческие авиалайнеры, требуются двигатели мощностью в несколько мегаватт. Они будут приводиться в движение гибридными силовыми установками, в которых электрическая машина соединена с газотурбинным авиадвигателем.

Команда инженеров Массачусетского технологического института (MIT) в настоящее время создаёт двигатель мощностью 1 мегаватт, который может стать ключевым шагом на пути к электрификации крупных самолетов. Команда спроектировала и испытала основные компоненты двигателя и с помощью подробных расчетов показала, что связанные компоненты могут работать как единое целое для выработки мощности в один мегаватт при весе и размере, конкурентоспособных с современными небольшими авиационными двигателями.

Для полностью электрических приложений команда предполагает, что двигатель может быть соединен с источником электроэнергии, таким как аккумуляторная батарея или топливный элемент. Электрическая машина также может быть соединена с традиционным турбореактивным двигателем для работы в качестве гибридной силовой установки, обеспечивающей электрическую тягу на определенных этапах полета.

Команда Массачусетского технологического института состоит из преподавателей, студентов и научных сотрудников Лаборатории газовых турбин (GTL) и Лаборатории электромагнитных и электронных систем.

«Независимо от того, что мы используем в качестве энергоносителя — аккумуляторы, водород, аммиак или экологичное авиационное топливо — вне зависимости от всего этого, двигатели мегаваттного класса станут ключевым фактором экологизации авиации», — говорит профессор Золтан Спаковски, директор GTL Массачусетского технологического института, который руководит проектом.

Спаковски и члены его команды вместе с коллегами из отрасли представят свою работу на специальной сессии Американского института аэронавтики и астронавтики – симпозиума по технологиям электрических самолетов (EATS) на авиационной конференции в июне.

В соответствии с проектом электродвигатель и силовая электроника MIT имеют размер обычного чемодана и весят меньше, чем взрослый пассажир. Основными компонентами двигателя являются:

• высокоскоростной ротор, облицованный массивом магнитов с различной ориентацией полярности;
• компактный статор с малыми потерями, который помещается внутри ротора и содержит сложный набор медных обмоток;
• усовершенствованный теплообменник, поддерживающий охлаждение компонентов при передаче крутящего момента машины;
• система распределенной силовой электроники, состоящая из 30 специально изготовленных печатных плат, которые точно изменяют токи, протекающие через каждую из медных обмоток статора, на высокой частоте.

В целом система двигателя сконструирована таким образом, что распределенные печатные платы тесно связаны с электрической машиной, чтобы свести к минимуму потери при передаче и обеспечить эффективное воздушное охлаждение через встроенный теплообменник.

Чтобы снизить риск, команда построила и протестировала каждый из основных компонентов по отдельности и продемонстрировала, что они могут работать в соответствии с проектом и в условиях, превышающих обычные эксплуатационные требования. Исследователи планируют собрать первый полностью рабочий электродвигатель, а осенью приступить к его испытаниям.

Как только команда Массачусетского технологического института сможет продемонстрировать электродвигатель в целом, эта конструкция может использоваться для региональных самолетов, а также может быть дополнением к обычным реактивным двигателям, чтобы обеспечить гибридно-электрические силовые установки. Учёные полагают, что основы конструкции электрической машины мощностью в один мегаватт потенциально могут быть расширены до двигателей мощностью в несколько мегаватт для использования в более крупных пассажирских самолетах.

Источник