Durchbruch beim elektrischen Antrieb bringt einen Motor hervor, der zur Revolutionierung der umweltfreundlichen Luftfahrt beitragen könnte

Ingenieure am MIT sagen, dass sie einen neuen Motor entwickelt haben, der zur Elektrifizierung großer Flugzeuge verwendet werden könnte und deren CO2-Fußabdruck mithilfe innovativer neuer elektrischer Antriebstechnologie erheblich reduziert werden könnte.

Der 1-Megawatt-Motor wurde bereits einer Konstruktion und Prüfung seiner Hauptkomponenten unterzogen, was laut MIT-Team dabei hilft, zu zeigen, dass seine Stromerzeugung mit aktuellen Triebwerken kleiner Flugzeuge vergleichbar ist.

Jedes Jahr verursacht die Luftfahrtindustrie eine Kohlendioxidbelastung von über 850 Millionen Tonnen. Wenn diese Werte nicht eingedämmt werden, könnten sie bis zur Mitte des Jahrhunderts um das Dreifache ansteigen. Bedenken, die in den letzten Jahren zu Obergrenzen für die Kohlendioxidemissionen internationaler Flüge geführt haben.

Aufgrund ihres enormen CO2-Fußabdrucks gilt die Elektrifizierung seit langem als der praktikabelste Weg, um dazu beizutragen, die Luftfahrtindustrie umweltfreundlicher zu machen.

Seit der Mitte des 19. Jahrhunderts werden elektrische Maschinen auf der allgemeinen Annahme betrieben, dass die erzeugte Strommenge von der Größe der Kupferspulen und des Magnetrotors abhängt, die den Motor der Maschine antreiben. Proportional zur Leistung, die eine Maschine erzeugen kann, ist die von ihr erzeugte Wärme, was bei solch großen Maßstäben Kühlmechanismen erfordert, die den Platzbedarf für ihren Betrieb erhöhen.

Aufgrund dieser Faktoren verfügen derzeit nur kleinere Flugzeuge über eine vollständig elektrische Stromerzeugung, da für die Elektrifizierung von Verkehrsflugzeugen und anderen größeren Flugzeugen Motoren erforderlich sind, die Strom im Megawattbereich erzeugen können.

Die Erzeugung solch großer Energiemengen ist jedoch keine leichte Aufgabe und würde im Hinblick auf die Machbarkeit hybride turboelektrische Systeme erfordern, die elektrische Motorkomponenten mit Gasturbinenantrieb kombinieren.

Zoltan Spakovszky, Leiter des MIT-Projekts und T. Wilson-Professor für Luftfahrt an der Universität und Direktor des Gasturbinenlabors (GTL), nennt die Motoren der Megawattklasse, die sein Team sich vorstellt, „einen Schlüsselfaktor für die Ökologisierung der Luftfahrt“, unabhängig davon, ob dies der Fall ist Das daraus resultierende System basiert teilweise auf Batterien, Wasserstoff, Ammoniak oder verschiedenen umweltfreundlichen Flugkraftstoffen.

Indem sie die elektromagnetische Kraft nutzen, um Bewegung zu erzeugen, erzeugen Elektromotoren mithilfe von Kupferspulen Magnetfelder, in deren Nähe sich ein Magnet in die gleiche Richtung wie das Feld dreht, der dann zum Antreiben rotierender Instrumente wie eines Ventilators usw. verwendet werden kann Im Falle eines Flugzeugs ein Propeller.

Spakovszky und sein Team sagen, dass der Motor, den sie derzeit entwickeln, mit Batterie- oder Brennstoffzellenquellen für elektrische Energie kombiniert werden könnte, die dann in mechanische Arbeit umgewandelt würden, die die Propeller eines Flugzeugs antreiben könnte.

Ein weiteres mögliches Hybriddesign könnte ein herkömmliches Turbofan-Triebwerk beinhalten, das während bestimmter Flugphasen elektrische Energie erzeugen würde.

Letztlich sind Spakovszky und das MIT-Ingenieurteam davon überzeugt, dass die Entwicklung einzigartiger und innovativer Flugzeugdesigns, die hybriden Elektroantrieb mit „intelligenten“ Kraftstoffsystemen kombinieren, wirklich erforderlich sein wird, um die Luftfahrtindustrie umweltfreundlich genug zu machen, um die aktuellen Umweltziele zu erreichen wie der Bau unkonventioneller Flugzeuge des 21. Jahrhunderts unter Verwendung fortschrittlicher Materialien.

„Das ist hartes Engineering im Hinblick auf die gemeinsame Optimierung einzelner Komponenten und deren Kompatibilität untereinander bei gleichzeitiger Maximierung der Gesamtleistung“, sagte Spakovszky in einer Pressemitteilung des MIT.

„Um dies zu erreichen, müssen wir die Grenzen bei Materialien, Fertigung, Wärmemanagement, Strukturen und Rotordynamik sowie Leistungselektronik verschieben“, fügte er hinzu.

Glücklicherweise ist Spakovszky und seinem Team genau das gelungen, indem sie einen Elektromotor entwickelt haben, der aus einem Hochgeschwindigkeitsrotor besteht, der mit einer Reihe von Magneten unterschiedlicher Polaritätsausrichtung ausgestattet ist und weniger wiegt als ein erwachsener Flugreisender und nicht größer als ein Koffer .

Der innovative neue Motor sorgt außerdem für Kühlung mit einem Wärmetauscher – einem Gerät, das Wärme von einem Bereich oder Medium auf einen anderen überträgt – sowie einem verteilten Leistungselektroniksystem, das die Ströme verwaltet, die den Kupferwicklungen des Motors bei hohen Frequenzen zugeführt werden.

„Dies ist eine Hochgeschwindigkeitsmaschine“, sagte Spakovszky und fügte hinzu, dass die hohen Schaltfähigkeiten zwischen den 30 Leiterplatten des Motors dazu beitragen, eine kontinuierliche Rotation zu ermöglichen und gleichzeitig ein Drehmoment zu erzeugen, was alles sehr schnell bewegte Magnetfelder erfordert.

Spakovszky sagt, dass ihre Erfindung vermutlich „das erste wirklich kooptimierte integrierte Design“ dieser Art darstellt und in den kommenden Jahren dazu beitragen könnte, größere Elektroflugzeuge Wirklichkeit werden zu lassen, was möglicherweise eine Revolution bei der umweltfreundlicheren Luftfahrt einläuten könnte .

Das MIT-Team plant, seine Ergebnisse später in diesem Monat dem American Institute of Aeronautics and Astronautics auf der Veranstaltung des Electric Aircraft Technologies Symposium (EATS) vorzustellen.

Micah Hanks ist Chefredakteur und Mitbegründer von The Debrief. Er kann per E-Mail unter [email protected] erreicht werden. Verfolgen Sie seine Arbeit auf micahhanks.com und auf Twitter: @MicahHanks.