מטוסים חשמליים ו-VTOL (eVTOL) מכווננים להגדיר מחדש ניידות עירונית, המציעים נסיעות מהירות, שקטות וחופשיות פליטה על פני ערים מחוסמות, כמו פיתוח מאיץ לקראת פריסה מסחרית, אחד האתגרים ההנדסיים הדוחקים ביותר הוא ניהול תרמי במערכות הכוח המניעות את חומרי ה-L הגבוהים הנדרשים לפירוק, להפלגה, ולנטיעת חום מסורתי, שחייבת לצמצום מהיר של סוללות, כדי להבטיח את האלקטרוניקה, ולהגדיל את המקררות, באופן ספציפי, לחץ אוויריות כוחן, ומאובטחות, מפני ששומרות, מפני שגורמות לצמצום של סוללות חשמליות, וגמישות, מפני שגורמות לצמצום מהירות האלקטרוניקה.

דרישות למערכות כוח של EVTOL

מטוסים eVTOL פועלים בתנאים שמדרכים ניהול תרמי קונבנציונלי לנקודת השבירה שלו.האלקטרוניקה של הכוח - מופנים, ממרים מוטוריים - מטפלים בזרמים שיכולים לעלות על מאות אספרסים, במיוחד במהלך ההשתלטות האנכית והנחיה כאשר הביקוש דחף הוא הגבוה ביותר.חבילות סוללה, בדרך כלל ליתיום או כימאמים חזקים, גם לייצר חום משמעותי במהלך מחזורי טעינה מהירה ושחרור.

המפלט המילולי בסוללות, חימום יתר של פולשים דו קוטביים דו קוטביים (IGBTs) בפולשים, ודהמה של לוחות מעגלים מודפסים הם סיכונים אמיתיים.הממשל הפדרלי התעופה (FAA) וסוכנות בטיחות האיחוד האירופי (EASA) הקימו סטנדרטים מחמירים להתנהגות תרמית, המחייבים כי מערכות כוח אלה לשמור על טמפרטורות תפעוליות בטוחות תחת כל תנאי הטיסה, כולל תרחישים מוקדמים (K) ו-ידי WCC (בעיקר כאשר הם בעלי ביצועים) או קריטריונים מוקדמים (K) של תקנים מתקדמים (K) או תקנים מתקדמים (K) מקיפים (מתקני נחושת (K) תקנים מתקדמים (מתקני אבטחה תקנים מתקדמים (K) מקיפים) תקנים מתקדמים) מקיפים (מתקני נחושת (מתקני נחושת (K) (מתקני אבטחה תקנים מתקדמים) תקנים מתקדמים) תקנים מתקדמים יותר מתואמים (מתקני אבטחה).

חידושים חומריים לשיפור הפחתת חום

חוקרים ויצרנים חוקרים ספקטרום של חומרים מתקדמים הממנף תכונות פיזיות ייחודיות כדי להרחיק חום ממרכיבים קריטיים ביעילות רבה יותר.חומרים אלה נעים ממטמים אולטרה-תלין פחמן מונדסים לרכיבים מהונדסים שמשלמים את השינוי בשלב או פעולה של capillary.

Graphene ו Graphene- Based Composites

(Gate), גיליון יחיד-atom-thick של פחמן, נחגג עבור מוליכות תרמית יוצאת דופן שלה - נמדדת עד 5,000 W / mK בתנאים אידיאליים.In בפועל, סרטים גרפין ו flakes, כאשר משולבים לתוך מדעי פולימרים או כמו ציפויים חד פעמיים, יכול לשפר באופן דרמטי את התפשטות חום.

צינורות פחמן (CNTs)

צינורות פחמן - מולקולות צייליות עם קירות של גרפן - מציעים גם מוליכות תרמית יוצאת דופן, עם CNTs יחיד ממושמע להגיע ערכים קרוב 3,500 W / mK בצורת רוב, CNT מנטים ו buckypapers יכול לשמש כמו רגניות CTOL מסורתיות או כמו מילויים ב TIMs. יחס גבוה שלהם כוח מכני להפוך אותם אטרקטיבי במיוחד עבור שכבות קירור תרמיים כי הם בכושר סטנדרטיים של מחזורי אופניים CTOCKs או כמו CTOCKs סטנדרטיים של מחזורי תיבות של CTOCKCKCKCKCKCKCKCKCKCKCKCKCKCKCKCKCKCKCKER CTOCKER של CTOL.

חומרים המבוססים על יהלומים

(היהלום הסינטי, המיוצר על ידי זיהום כימי (CVD), יש מוליכות תרמית מעל 2,000 W/mK - חמש פעמים של נחושת - יחד עם תכונות בידוד חשמלי מצוינות.יהלומים ומפיצים חום צפויים כבר בשימוש לייזרים בעוצמה גבוהה ורדיו- ⁇ של אנרגיה, אך הם כבר מוערכים עבור חשמל אלקטרוניקה של EVTOL.

שינוי חומרים (PCMs)

חומרים לשינוי שלב מספקים גישה שונה: במקום רק אימוני חום, הם קולטים אותו במהלך שלב מעבר, בדרך כלל מחוזק לנוזלים.על ידי שילוב PCMs לתוך ערכות סוללות או מחסני חשמל חשמל, מהנדסים יכולים ליצור מטבוליים תרמיים כי ספוגים עלייה של חום טרנסינקטים 1 - למשל, במהלך עלייה מהירה של PC או ירידה במשקל חירום - ושחרור החום לאט בתקופות נמוכות יותר.

Metal-Organic Frameworks (MOFs)

מסגרות מחקר מתכת-אורגניות הן סוג של חומרים גבישיים ⁇ עם שטח משטח פנימי עצום - עד 7,000 m2 לגרם, בעוד בעיקר נלמד לאחסון גז וקטאלי, MOFs נחקרים כעת עבור ניהול תרמי בשל היכולת שלהם להעביר במהירות חום דרך רשתות אדפירים שלהם, ומול מולקולות desorb כי לשאת חום.

Metal Thermal Interfaces

מתכות נוזליות - כגון רייום, נתרן, ו ⁇ tin - מציעים מוליכות תרמיות מעל 30 W / mK במצב נוזלי, הרבה מעלים משקעים תרמיים קונבנציונליים (0.5-5 W / mK) בניגוד צמיגים מוצקים, מתכות נוזליות יכול לזרום לתוך פערים מיקרוסקופיים, להבטיח מגע אינטימי בין פני השטח.

ביצועים השוואתיים ובחירת קריטריה

בחירת החומר הנכון תלויה לאתגר התרמי הספציפי במערכת הכוח של eVTOL.עבור חומרים יציבים של Airbus חום מתפשט על פני אזורים גדולים, סרטים גרפן או גלימות יהלומים CVD מציעים את ההתנהגויות הגבוהות ביותר, אבל בסכום עלות.עבור ביטול התנגדות ממשק בין ג'ון טרנזיסטור חשמלי מורכב, נוזל או CNT מספקים את הפחתת הפחתת החום הנמוכה ביותר.

אתגרים וייצור סקביליות

הצלחות בקנה מידה מעבדה אינן מתרגמות באופן אוטומטי לקווי ייצור.רבים מהחומרים המתעוררים הללו - במיוחד גרפן, MOFs ו- CVD - דורשות ציוד מיוחד ותנאי תהליך יקרים ואטים.עבור יצרני eVTOL לאמץ אותם, עלויות חייב ליפול ולהגיע דרך חישובים חייב להיות מופעל באופן פעיל: ריצוף כימי של יהלומים עבר ממכשירים קטנים כדי לספק מערכות המסוגלות של ציפוי של 4 ק"מ, אך ורקד, אך ורקד, אך ורק לממשקים סטנדרטי של ציוד אחסון, אך ורקד (אך) מכיל כיום, אך ורקד חומרים סטנדרטי של ציוד אחסון סטנדרטי של ציוד אחסון (אך מכיל בתוכו, אך ורקד) של ציוד אחסון יעיל של ציוד אחסון סטנדרטי של ציוד אחסון, כולל של ציוד אחסון סטנדרטי של ציוד אחסון סטנדרטי של ציוד אחסון (מסלולארי).

כיוונים עתידיים למחקר

(ב) כמה כיוונים מבטיחים כי יכול לשפר עוד ניהול תרמי של eVTOL.אחד הוא פיתוח של מערכות ניהול תרמיים מודולים:0 (Hybrid) אשר משלבים חומרים מרובים בחבילה משולבת אחת - למשל, עור של גרף: 8) חומרים מטבוליים על גבי מחשב ניידת מלאה של מערכת ההפעלה (PCM-מלאת) עם התפשטות יהלומים במקומות חמים: 2LTFird)

ההתכנסות של מדעי החומרים, הנדסה אווירוקל, וחדשנות ייצור הופכת בהתמדה את החומרים הניתוק החום ביצועים גבוהים אלה מן חומרי ריצוף מעבדה לרכיבים מעשיים. כמו מפתחי eVTOL לקראת הסמכה וייצור, היכולת לנהל חום ביעילות יהיה גורם מכריע בטיחות רכב, טווח, ועלות תפעולית.