Исследователи из Университета Стратклайда в Глазго успешно продемонстрировали прототип полностью сверхпроводящего авиационного двигателя мощностью 100 кВт. Разработка позволяет преодолеть главное препятствие на пути к электрической коммерческой авиации — недостаточную удельную мощность.
Изображение: interestingengineering.com
Обычные электромоторы проигрывают турбовентиляторным двигателям по соотношению мощности к массе. Медная обмотка становится либо слишком тяжёлой, либо перегревается при попытке выдать необходимую для взлёта лайнера тягу. Сверхпроводники решают эту проблему: при охлаждении до сверхнизких температур они теряют практически всё электрическое сопротивление.
Прототип Стратклайда использует материалы, переходящие в сверхпроводящее состояние при 20 кельвинах (минус 253 градуса Цельсия). Хотя в физике этот порог называют «высокотемпературным» (по сравнению с 4 кельвинами для жидкого гелия), с инженерной точки зрения поддержание таких температур остаётся сложной задачей. Однако это достижение значительно упрощает конструкцию по сравнению с системами на жидком гелии.
Разработка поддержана авиастроительным гигантом Airbus в рамках программы ZEST (Zero Emissions for Sustainable Transport). Компания делает ставку на жидкий водород: он будет не только топливом, но и хладагентом для сверхпроводящих моторов, так как хранить его на борту всё равно придётся при криогенных температурах.
Команда под руководством профессора Мина Чжана решила три ключевые задачи: создала обмотки с низкими потерями, разработала бесконтактный механизм запуска и обеспечила внутреннее криогенное охлаждение, работающее во время вращения ротора. «Этот демонстратор доказывает, что полностью сверхпроводящие авиационные моторы — больше не просто теоретическая концепция», — заявила Чжан.
Двигатель мощностью 100 кВт, разумеется, не поднимет в воздух пассажирский лайнер. Однако это убедительное подтверждение работоспособности самой физической схемы. Следующий этап — масштабирование до мегаваттного класса.
Конкуренция в этой области высока: помимо Airbus, над сверхпроводящими моторами работают американская Hinetics, британская HyFlux, а также японская Toshiba и американская Raytheon. Успех шотландских учёных приближает появление гибридных и полностью электрических самолётов, способных снизить долю выбросов CO₂, производимых авиацией, которая сегодня составляет около 2,5%.