Инженеры-исследователи из Университета Арканзаса достигли важной вехи, проведя успешный испытательный полет своего электродвигателя на гибридном электрическом самолете. Проект может привести к значительным изменениям в авиационной отрасли и огромным преимуществам для качества окружающей среды.
Небольшие самолеты, такие как Cessna 337, используемые в основном в качестве аэротакси в островных регионах и отдаленных районах, имеют два бензиновых двигателя, которые выполняют сложные задачи воздушного движения и ускорения, а также более легкие задачи, такие как руление, крейсерский полет и посадка. Эти двигатели являются известными потребителями бензина.
В течение последних нескольких лет исследователи во главе с Аланом Мантутом, заслуженным профессором электротехники и исполнительным директором Национального центра надежной передачи электроэнергии (NCREPT), занимались амбициозным проектом по разработке электроприводов на батареях, которые могут использоваться вместо одного из двигателей, работающих на газе.
Исследователи Дэвид Хуитинк, Юэ Чжао и Крис Фарнелл разработали 250-киловаттный электропривод для питания заднего электрического двигателя на испытательном стенде гибридного электрического самолета, разработанного компанией Ampaire Inc., компанией по производству электрифицированных самолетов в Южной Калифорнии. В сочетании с бензиновым двигателем в передней части самолета задний электрический двигатель приводит самолет в движение во время руления, взлета, курсирования и посадки.
Под руководством Ненада Мильковича, профессора машиностроения и инженерии, исследователи из Университета Иллинойса сосредоточились на проектировании управления тепловым режимом, а исследователи из Университета штата Аляски внесли свой вклад в области электрических и механических систем и элементов управления.
Wolfspeed, производитель полупроводников на основе карбида кремния, предоставил коммерческие силовые модули и опыт интеграции для разработки электронного привода двигателя. Компания Ampaire ознакомила команду, возглавляемую академиками, со строгими требованиями к экологическим испытаниям, вытекающими из стандартов аэрокосмического оборудования и необходимыми для квалификации и подтверждения производительности и надежности электропривода на пути к испытательному полету.
Примерно после 18 месяцев наземных испытаний и валидации технологии компания Ampaire успешно пилотировала самолет, работающий на инверторной технологии исследовательской группы. Испытательный полет состоялся 20 февраля в аэропорту Камарильо близ Лос-Анджелеса.
«Благодаря недавним усовершенствованиям нам удалось оптимизировать конструкцию систем электрического, теплового и механического управления — другими словами, все аспекты привода двигателя теперь оптимизированы одновременно», — сказал Мантут. «Это имеет серьезные последствия для новой и зарождающейся эры электрификации транспортных средств, будь то самолеты, поезда, автомобили, тяжелая техника, корабли или дроны. Мы очень рады этой работе».
Гибридный самолет был представлен на Саммите энергетических инноваций ARPA-E в Денвере в 2022 году и осмотрен министром энергетики США Дженнифер Гранхольм. После обширных испытаний и оценок испытательный полет состоится перед Саммитом ARPA-E по энергетическим инновациям 2023 года, который пройдет в Вашингтоне, округ Колумбия, 22-24 марта. С помощью исследовательской группы Ampaire проведет дополнительные испытательные полеты и продолжит сбор данных для улучшения будущих конструкций.
«Возможность летающего испытательного стенда, поддерживаемая ARPA-e, дает Ampaire средство быстрого тестирования для оценки новых технологий в соответствующей среде», — сказал Эд Лавлейс, главный технический директор и вице-президент по проектированию в Ampaire. «Технологии, прошедшие успешную оценку, имеют возможность стать частью дорожной карты коммерческой электрифицированной авиации Ampaire, предоставляя более широкие возможности».
«Электропривод Университета Арканзаса был первой технологией ARPA-E, которая была успешно испытана в полете на гибридном электрическом испытательном стенде ARPA-E, и является большим достижением для ARPA-E и программы CIRCUITS», — сказал Исик Кизилялли, заместитель директора ARPA-E по технологиям.
«Тестирование преобразующих электрических авиационных технологий на аэроплатформе в реальных условиях полета позволяет проверить технологию в реальных условиях, что значительно ускорит внедрение технологии. Внедрение привода стало первой из многих технологий электрической авиации, финансируемых ARPA-E, таких, как автоматические выключатели, инверторы, двигатели, системы распределения электроэнергии, аккумуляторы, топливные элементы и даже высокоэффективные двигатели внутреннего сгорания, которые в будущем будут испытаны в полете, поскольку агентство занимается электрификацией самолетов для более электрифицированного будущего».
Этот проект стал результатом сотрудничества, созданного в рамках Центра оптимизации мощности электротермических систем Национального научного фонда. Основанный в Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне, центр занимается повышением электрификации всех видов транспортных средств.
