Мегаваттный электродвигатель, разработанный инженерами MIT, может помочь электрифицировать авиацию

Jun 14, 2023

Изображения для загрузки на веб-сайте офиса новостей MIT предоставляются некоммерческим организациям, прессе и широкой публике по лицензии Creative Commons Attribution Non-Commercial No Derivatives. Вы не имеете права изменять предоставленные изображения, кроме как обрезать их до нужного размера. При воспроизведении изображений необходимо использовать кредитную линию; если оно не указано ниже, укажите авторство изображений в «MIT».

Предыдущее изображение Следующее изображение

Огромный углеродный след авиации может значительно сократиться с электрификацией. Однако на сегодняшний день взлетели только небольшие полностью электрические самолеты. Их электродвигатели генерируют сотни киловатт энергии. Для электрификации более крупных и тяжелых самолетов, таких как коммерческие авиалайнеры, требуются двигатели мощностью в несколько мегаватт. Они будут приводиться в движение гибридными или турбоэлектрическими силовыми установками, в которых электрическая машина соединена с газотурбинным авиационным двигателем.

Чтобы удовлетворить эту потребность, команда инженеров Массачусетского технологического института сейчас создает двигатель мощностью 1 мегаватт, который может стать ключевым шагом на пути к электрификации более крупных самолетов. Команда спроектировала и протестировала основные компоненты двигателя и с помощью подробных расчетов показала, что соединенные компоненты могут работать как единое целое, вырабатывая мощность в один мегаватт, при весе и размере, конкурентоспособных с современными небольшими авиационными двигателями.

Команда предполагает, что в полностью электрических приложениях двигатель может быть соединен с источником электроэнергии, таким как батарея или топливный элемент. Затем двигатель мог бы превращать электрическую энергию в механическую работу, приводящую в действие пропеллеры самолета. Электрическая машина также может быть соединена с традиционным турбовентиляторным реактивным двигателем для работы в качестве гибридной двигательной установки, обеспечивающей электрическую тягу на определенных этапах полета.

«Независимо от того, что мы используем в качестве энергоносителя — аккумуляторы, водород, аммиак или экологически чистое авиационное топливо — независимо от всего этого, двигатели мегаваттного класса станут ключевым фактором экологизации авиации», — говорит Золтан Спаковски, профессор Т. Вильсона. Кандидат наук в области аэронавтики и директор Лаборатории газовых турбин (GTL) Массачусетского технологического института, который возглавляет проект.

Спаковский и члены его команды вместе с коллегами из отрасли представят свою работу на специальной сессии Американского института аэронавтики и астронавтики – Симпозиуме по электрическим авиационным технологиям (EATS) на Авиационной конференции в июне.

Команда MIT состоит из преподавателей, студентов и научных сотрудников GTL и Лаборатории электромагнитных и электронных систем MIT: Генри Андерсен Юанькан Чен, Закари Кордеро, Дэвид Куадрадо, Эдвард Грейцер, Шарлотта Гамп, Джеймс Киртли-младший, Джеффри Лэнг. , Дэвид Оттен, Дэвид Перро и Мохаммад Касим, а также Марк Амато из Innova-Logic LLC. Спонсором проекта является компания Mitsubishi Heavy Industries (MHI).

Тяжелые вещи

Чтобы предотвратить наихудшие последствия изменения климата, вызванного деятельностью человека, ученые определили, что глобальные выбросы углекислого газа должны достичь чистого нуля к 2050 году. Для достижения этой цели в авиации, по словам Спаковского, потребуются «поэтапные изменения» в разработке нетрадиционных транспортных средств. самолеты, умные и гибкие топливные системы, современные материалы, а также безопасная и эффективная электрифицированная силовая установка. Многие аэрокосмические компании сосредоточены на электрифицированных двигателях и разработке электрических машин мегаваттной мощности, которые являются достаточно мощными и легкими для приведения в движение пассажирских самолетов.

«Не существует серебряной пули, чтобы это произошло, и дьявол кроется в деталях», — говорит Спаковски. «Это сложная инженерия с точки зрения совместной оптимизации отдельных компонентов и обеспечения их совместимости друг с другом при максимизации общей производительности. Для этого нам нужно раздвинуть границы в материалах, производстве, терморегулировании, конструкциях и динамике ротора, а также мощности. электроника"

Грубо говоря, электродвигатель использует электромагнитную силу для создания движения. Электродвигатели, например те, которые приводят в действие вентилятор вашего ноутбука, используют электрическую энергию — от батареи или источника питания — для создания магнитного поля, обычно через медные катушки. В ответ магнит, установленный рядом с катушками, затем вращается в направлении генерируемого поля и затем может привести в движение вентилятор или пропеллер.