Прорыв в области электродвижения позволил создать двигатель, который может помочь совершить революцию в «зеленой» авиации

Инженеры Массачусетского технологического института говорят, что они разработали новый двигатель, который можно использовать для электрификации больших самолетов, значительно сокращая выбросы углекислого газа с помощью новой инновационной технологии электрической силовой установки.

Двигатель мощностью 1 мегаватт уже прошел проектирование и тестирование своих основных компонентов, что, по словам команды MIT, помогает продемонстрировать, что его выработка энергии сравнима с нынешними двигателями малых самолетов.

Ежегодно авиационная промышленность производит выбросы углекислого газа, превышающие 850 миллионов тонн. Если не принимать меры, к середине столетия эти уровни могут увеличиться в три раза. Эти опасения привели к ограничению выбросов углекислого газа международными рейсами, которые были введены в последние годы.

Из-за огромного выброса углекислого газа электрификация уже давно рассматривается как наиболее жизнеспособный путь к тому, чтобы сделать авиационную промышленность более экологически чистой.

С середины 19-го века электрические машины работали на основе общей предпосылки, что количество вырабатываемой энергии зависит от размера медных катушек и магнитного ротора, используемых для питания двигателя машины. Пропорционально мощности, которую может производить машина, является выделяемое ею тепло, которое в таких больших масштабах требует наличия механизмов охлаждения, которые увеличивают требования к пространству для их работы.

Из-за этих факторов в настоящее время только меньшие самолеты полностью производят электроэнергию, поскольку требования к электрификации коммерческих авиалайнеров и других более крупных самолетов требуют двигателей, которые могут производить мощность в мегаваттном масштабе.

Однако производство такого большого количества энергии — непростая задача, и с точки зрения ее осуществимости потребуются гибридные турбоэлектрические системы, сочетающие в себе компоненты электродвигателя с газотурбинной силовой установкой.

Золтан Спаковский, руководитель проекта Массачусетского технологического института, профессор аэронавтики университета Т. Уилсона и директор Лаборатории газовых турбин (GTL), называет двигатели мегаваттного класса, которые его команда рассматривает, «ключевым фактором экологизации авиации», независимо от того, будет ли Полученная в результате система частично работает на батареях, водороде, аммиаке или различных экологически чистых авиационных топливах.

Используя электромагнитную силу для создания движения, электродвигатели генерируют магнитные поля с помощью медных катушек, рядом с которыми магнит вращается в том же направлении, что и поле, что затем можно использовать для приведения в действие вращающихся инструментов, таких как вентилятор или, например, корпус самолета, пропеллер.

Спаковский и его команда говорят, что двигатель, который они сейчас разрабатывают, можно объединить с аккумуляторами или источниками электроэнергии на топливных элементах, которые затем будут направлены на механическую работу, которая сможет приводить в движение пропеллеры самолета.

Другая возможная гибридная конструкция может включать обычный турбовентиляторный реактивный двигатель, который будет генерировать электроэнергию на определенных этапах полета.

В конечном итоге, по мнению Спаковского и команды инженеров Массачусетского технологического института, действительно необходимо, чтобы сделать авиационную отрасль достаточно зеленой для достижения текущих экологических целей, — это разработка уникальных и инновационных конструкций самолетов, которые сочетают в себе гибридную электрическую силовую установку с «умными» топливными системами, а также как строительство нетрадиционных самолетов 21 века с использованием современных материалов.

«Это сложная инженерия с точки зрения совместной оптимизации отдельных компонентов и обеспечения их совместимости друг с другом при одновременном максимизации общей производительности», — сказал Спаковский в пресс-релизе MIT.

«Для этого нам придется раздвинуть границы в области материалов, производства, управления температурным режимом, конструкций и роторной динамики, а также силовой электроники», — добавил он.

К счастью, именно это удалось сделать Спаковскому и его команде, спроектировав электродвигатель, состоящий из высокоскоростного ротора, оснащенного множеством магнитов различной полярности, который весит меньше взрослого авиапутешественника и не больше чемодана. .

Новый инновационный двигатель также обеспечивает охлаждение с помощью теплообменника — устройства, передающего тепло из одной области или среды в другую, — а также системы распределенной силовой электроники, которая управляет токами, подаваемыми на медные обмотки двигателя на высоких частотах.