Động cơ điện vận hành cất cánh trong chuyến bay thử nghiệm của máy bay hybrid chở khách
Các nhà nghiên cứu của Đại học Arkansas đã hợp tác với hai công ty tư nhân, Ampaire và Wolfspeed, và Đại học Illinois để phát triển một ổ đĩa động cơ điện được thử nghiệm trong chuyến bay trên một chiếc máy bay điện lai. Ảnh: Ampaire, Inc.
Các nhà nghiên cứu kỹ thuật tại Đại học Arkansas đã đạt được một cột mốc quan trọng vào ngày 20 tháng 2 với chuyến bay thử nghiệm thành công hệ dẫn động động cơ điện của họ trên một chiếc máy bay lai điện. Dự án có thể dẫn đến những thay đổi đáng kể trong ngành hàng không và những lợi ích to lớn đối với chất lượng môi trường.
Được sử dụng chủ yếu làm taxi hàng không ở các vùng đảo và vùng sâu vùng xa, những chiếc máy bay nhỏ như Cessna 337 có hai động cơ chạy bằng xăng thực hiện các nhiệm vụ đòi hỏi khắt khe về lực đẩy và gia tốc không khí, cũng như các nhiệm vụ nhẹ hơn như lăn, bay và hạ cánh. Những động cơ này là những kẻ ngốn xăng khét tiếng.
Trong vài năm qua, các nhà nghiên cứu do Alan Mantooth, Giáo sư xuất sắc về kỹ thuật điện và giám đốc điều hành của Trung tâm truyền tải điện đáng tin cậy quốc gia (NCREPT) tại U of A, dẫn đầu, đã tham gia vào một dự án đầy tham vọng nhằm thiết kế và phát triển pin- truyền động bằng động cơ có thể được sử dụng thay cho một trong các động cơ chạy bằng khí.
Các nhà nghiên cứu của Mantooth và UofA, David Huitink, Yue Zhao và Chris Farnell đã thiết kế một động cơ truyền động 250 kilowatt để cung cấp năng lượng cho động cơ điện phía sau trong khu vực thử nghiệm máy bay điện kết hợp do Ampaire Inc., một công ty máy bay điện khí hóa ở Nam California, phát triển. Kết hợp với động cơ chạy bằng xăng ở phía trước máy bay, động cơ điện phía sau sẽ đẩy máy bay trong quá trình lăn, cất cánh, hành trình và hạ cánh.
Được dẫn dắt bởi Nenad Miljkovic, giáo sư khoa học cơ khí và kỹ thuật, các nhà nghiên cứu của Đại học Illinois tập trung vào thiết kế quản lý nhiệt, trong khi các nhà nghiên cứu của UofA đóng góp kiến thức chuyên môn về điện, cơ khí và điều khiển.
Wolfspeed, nhà sản xuất chất bán dẫn silicon-cacbua, đã đóng góp các mô-đun năng lượng thương mại và chuyên môn tích hợp cho sự phát triển của ổ đĩa động cơ điện tử. Ampaire đã huấn luyện nhóm do các học giả lãnh đạo thông qua các yêu cầu thử nghiệm nghiêm ngặt về môi trường, bắt nguồn từ các tiêu chuẩn phần cứng hàng không vũ trụ và cần thiết để đủ điều kiện cũng như xác nhận hiệu suất và độ tin cậy của ổ đĩa động cơ trên lộ trình bay thử nghiệm.
Sau khoảng 18 tháng thử nghiệm trên mặt đất và xác nhận chứng minh công nghệ, Ampaire đã lái thử thành công chiếc máy bay chạy bằng công nghệ biến tần của nhóm nghiên cứu. Chuyến bay thử nghiệm diễn ra vào ngày 20 tháng 2 tại sân bay Camarillo gần Los Angeles.
Mantooth cho biết: “Với những cải tiến gần đây, chúng tôi đã quản lý để tối ưu hóa thiết kế của các hệ thống điều khiển cơ-nhiệt-điện—nói cách khác, tất cả các khía cạnh của ổ đĩa động cơ hiện được tối ưu hóa đồng thời”. "Điều này có ý nghĩa quan trọng đối với kỷ nguyên điện khí hóa mới và đang nổi lên của các phương tiện giao thông, cho dù chúng là máy bay, tàu hỏa, ô tô, thiết bị hạng nặng, tàu thủy hay máy bay không người lái. Chúng tôi vô cùng hào hứng với công việc này."
Máy bay hybrid đã được trưng bày tại Hội nghị thượng đỉnh về đổi mới năng lượng ARPA-E ở Denver vào năm 2022 và được Bộ trưởng Năng lượng Hoa Kỳ Jennifer Granholm kiểm tra. Sau khi thử nghiệm và đánh giá rộng rãi, chuyến bay thử nghiệm diễn ra trước Hội nghị thượng đỉnh đổi mới năng lượng ARPA-E năm 2023 sẽ được tổ chức tại Washington, D.C., từ ngày 22 đến ngày 24 tháng 3. Được hỗ trợ bởi nhóm nghiên cứu, Ampaire sẽ thực hiện các chuyến bay thử nghiệm bổ sung và tiếp tục thu thập dữ liệu để cải thiện các thiết kế trong tương lai.
Ed Lovelace, giám đốc công nghệ và phó chủ tịch phụ trách kỹ thuật của Ampaire cho biết: "Khả năng bay thử nghiệm, được hỗ trợ bởi ARPA-e, mang đến cho Ampaire một công cụ thử nghiệm nhanh chóng để đánh giá công nghệ mới nổi trong môi trường phù hợp". "Các công nghệ được đánh giá thành công có cơ hội trở thành một phần trong lộ trình sản phẩm hàng không điện khí hóa thương mại của Ampaire, mang lại khả năng lớn hơn."
Isik Kizilyalli cho biết: "Hệ truyền động động cơ điện của Đại học Arkansas là công nghệ ARPA-E đầu tiên được thử nghiệm thành công trên máy bay lai ARPA-E và là một thành tựu lớn cho ARPA-E và chương trình CIRCUITS". ARPA-E phó giám đốc công nghệ.
"Thử nghiệm các công nghệ hàng không điện biến đổi trên nền tảng hàng không trong môi trường bay thực tế cho phép xác thực công nghệ trong điều kiện thế giới thực, điều này sẽ đẩy nhanh đáng kể việc áp dụng công nghệ này. Bộ truyền động động cơ U of A là bộ truyền động đầu tiên trong tương lai gần -nhiều công nghệ hàng không điện do ARPA-E tài trợ, chẳng hạn như bộ ngắt mạch, biến tần, động cơ, hệ thống phân phối điện, pin, pin nhiên liệu và thậm chí cả động cơ đốt trong hiệu suất cao sẽ được thử nghiệm trong chuyến bay khi cơ quan này giải quyết vấn đề điện khí hóa máy bay để đưa chúng ta tới một tương lai điện khí hóa nhiều hơn."
Dự án là kết quả tự nhiên của sự hợp tác được thành lập như một phần của Trung tâm Power Opt của Quỹ khoa học quốc gia tối ưu hóa của Electro-Nhiệt Hệ thống. Có trụ sở tại Đại học Illinois Urbana-Champaign, trung tâm tập trung vào việc tăng cường điện khí hóa trong tất cả các phương thức di chuyển và vận tải.
