Hybrid Electric Aircraft Engine 개발의 추진력

Hybrid Electric Aircraft Engine의 저감

하이브리드 전기 항공기 엔진은 항공 추진에 대한 비례적인 이동을 대표하며, 전력 효율을 갖춘 전통적인 제트 엔진의 신뢰성을 merging. 이 변화의 중심에는 thrust]- 항공기의 앞으로 구동하는 기본 힘. 돌격의 주의적인 관리 없이, 하이브리드 시스템은 성능, 안전 및 환경 혜택을 달성할 수 없습니다. 이 기사는 최첨단 혁신을 위해 기본 원칙에서 하이브리드 전기 엔진의 개발을 어떻게 떨어뜨릴 수 있는지 알아보십시오.

돌격이란 무엇이며 왜 매트는?

스트레일은 엔진에 의해 생성 된 기계적 힘으로 공기를 통해 드래그하고 추진 항공기를 극복합니다. 뉴턴의 측면에서, 그것은 여행의 반대 방향으로 공기 (또는 배기 가스)의 질량을 가속하는 반응입니다. 제트 엔진을 들어, 돌격은 높은 속도에서 폭발적인 뜨거운 가스에서 온다; 전기 추진을 위해, 그것은 전기 모터를 통해 추진기 또는 덕트 팬을 회전에 의해 생산됩니다. 스트레일의 규모는 비행 단계에 따라 다릅니다 : 스트레일의 가장 높은 전력 수요를 유지 [], 전기 추진력, 전력 공급을 유지한다.[], 전기적 인 동력을 유지한다.[]

Hybrid Electric Propulsion의 건축

하이브리드 전기 엔진은 일반적으로 시리즈과 ]parallel 구성으로 분류됩니다. 시리즈 하이브리드에서 가스 터빈 또는 피스톤 엔진은 배터리를 충전하는 발전기를 구동합니다. 전기 모터는 혼자서 돌격을 제공합니다. 평행한 하이브리드에서 열 엔진과 전기 모터는 기어 박스를 통해 직접 돌격을 기여할 수 있습니다. 세 번째 변종은, [FLT:[FLT:]]]]는 전기 모터를 사용하여 전기를 구동하는 것은 전기를 사용하여 전기를 구동하는 것입니다.

시리즈 대의 Thrust Management. 병렬 시스템

시리즈 하이브리드 스러스트 프로파일: 모든 추진은 전기 모터에서 제공되므로, 스러스트는 모터 파워와 배터리 방전 비율로 제한됩니다. 이 단순화된 제어는 큰 에너지 저장을 필요로 합니다.
Parallel Hybrid Thrust profile: 두 소스는 테이크오프 동안 피크 스러스트를 위해 결합 될 수 있으며, 열 엔진은 크기를 축소하거나 크루즈 동안 켜질 수 있습니다. 연료 연소.
Turboelectric Thrust profile:] 터빈은 팬 속도의 독립적으로 작동하지만 고효율 팬을 가능하게하지만 시스템의 무게와 열 관리가 중요한 역할을 합니다.

엔지니어는 돌격 관리 시스템 (]] 원활한 전환]를 설계해야 합니다. 강제 응답 또는 비행 안전 희생 없이 전원 소스 사이. 이것은 정교한 제어 알고리즘과 고 대역폭 전력 전자를 포함한다.

Thrust Development의 핵심 과제

1. 힘 조밀도와 무게

전기 모터는 오늘 우수한 토크를 제공하지만 힘에 무게 비율은 여전히 가스 터빈을 트레일. 기존의 터보 팬, 모터 및 배터리의 돌격을 일치하기 위해 매우 경량이어야한다. 추진 시스템의 모든 킬로그램은 항공기의 질량에 추가, 그것을 들어주는 더 많은 돌격을 필요로 - 귀중 한 사이클. 연구자들은 [[FLT : 0]]10-15 kW / kg[[FLT : 1] 모터 밀도와 고급 재료와 냉각을 사용하여.

2. 열 관리

전기 모터 및 배터리는 고슬러지 작업 중 열을 발생, 특히 타락에서. 전기 손실에서 연료 연소와 같은 열은 무게와 드래그를 추가 냉각 시스템을 통해 거부되어야한다. Efficient 열 관리 과열없이 스러지도록 필수적입니다. 일부 개념은 연료 또는 단계 변화 물질을 사용합니다.

3. 배터리 방전 비율

돌격 수요는 일정하지 않습니다: 테이크아웃은 2–3배 순항 힘을 몇 분 동안 요구할지도 모릅니다. 건전지는 전압 sagging 또는 열 runaway 없이 높은 C 비율 (출력 비율 관계되는 수용량)의 가능해야 합니다. 고성능 Li 이온과 신흥한 고체 건전지 는 이 일시적인 돌격 요구에 응하기 위하여 개발됩니다.

4. 추진기와 팬 디자인

전기 모터는 전통적인 엔진보다 훨씬 높은 RPM에서 회전 할 수 있으며, 더 작고 가벼운 프로펠러 또는 팬을 허용 할 수 있습니다. 그러나 높은 RPM은 소음을 증가시키고 팁 속도 제한으로 인해 효율성을 감소시킵니다. [[FLT : 0]] 가변 피치 프로펠러, 멀티 블레이드 오픈 로터 및 경계 층 섭취 팬[FLT : 1]은 모든 비행 단계의 걸쳐 돌격을 최적화하는 것을 연구하고 있습니다.

기술 추진 돌격 개선

고효율 전기 모터

영구 자석 동기 모터 (PMSMs) rare-earth magnets]는 95 % 이상의 효율을 달성하고 20 Nm / kg 이상의 토크 밀도를 달성합니다. 축 축 축 축 축 축 방향 모터 토폴리는 최소한 축 길이와 덕트 팬 또는 추진기로 통합되기 때문에 항공 우주에 특히 유망합니다. Rolls-Royce])와 같은 회사. 메가 모터의 테스트는 지역 테스트를위한 메가 모터입니다.

고급 전력 전자

, 변환장치 및 변환기를 부드럽게 모를 때 낮은 엇바꾸기 손실과 더불어 고전압 (800 V에 1,000 V)를 취급해야 합니다. ] 실리콘 탄화물 (SiC)와 갤런 질화물 (GaN) 반도체 는 더 빠른 엇바꾸기 및 감소된 냉각 필요조건을 가능하게 합니다. 이 성분은 급속한 돌격 변화 도중 힘 질을 유지하기를 위해 중요합니다.

분산 전기 추진 (DEP)

DEP는 날개나 흄을 따라 분산된 여러 작은 전기 스러너](예:8에서 수십)를 사용합니다. 이 구성은 윙 표면에서 공기를 불어넣을 수 있으며, 저속에서 상승하고 테이크오프에 필요한 돌격을 줄입니다. NASA의 X-57 Maxwell 프로젝트는 이러한 접근 방식을 배정하여 윙팁 프로펠러를 사용하여 유도 드래그를 줄입니다.

Hybrid Control 시스템

현대 비행 제어 컴퓨터는 지금 통합 전체 사용 디지털 엔진 제어 (FADEC) 배터리 관리 시스템. 이 컨트롤러는 모두 소스에서 추종을 조정, 연료 소비, 배터리 건강, 또는 소음 감소에 대 한 선택. 기계 학습 알고리즘 비행 단계 및 날씨 조건에 따라 급류 수요를 예측 하는 탐구.

규제 및 인증 Hurdles

하이브리드 항공기의 돌격 성능은 기존 엔진(예, FAA Part 33, EASA CS-E)과 동일한 엄격한 인증 기준을 충족해야 합니다. 이것은 ]] 돌격 응답 시간, 실패 모드 및 제어 기능을 포함합니다. 한 엔진 아웃 시나리오. 하이브리드 시스템은 고전압 전기 및 복잡한 소프트웨어를 포함하기 때문에, 새로운 규정 준수의 수단이 개발되고 있습니다. 규제 기관은 그룹과 함께 작동 ].

미래 전망: 차세대 돌격 솔루션

저온 및 Superconducting 시스템

전기 모터 및 전력 케이블 냉각은 저온 (예를들면, 액체 질소를 사용하는 77 K)는 극적으로 현재 조밀도를 증가하고 전기 손실을 감소시키는 극적으로 증가합니다. 이것은 에 지도할 수 있었습니다 ultra-high 힘 조밀도 (최소한도 방출을 가진 20-30 kW/kg). NASA의 Advanced Air Transport Technology Project superconductivity를 위한 전기 모터 및 고압선은 전기 자동차에 투자합니다.

수소 연료 전지 범위 Extenders

더 긴 범위 하이브리드 항공기의 경우, 수소 연료 전지는 무거운 배터리없이 크루즈 스러스트의 전력을 제공 범위 확장자로 작동 할 수 있습니다. 연료 전지는 부산물로 물을 생산하고 배터리와 비교하여 높은 특정 에너지 (kWh / kg)를 생산합니다. 그러나, [FLT : 0] 연료 전지의 전력 밀도는 여전히 테이크오프 스러스트 [FLT : 1]에 충분하므로 배터리 또는 가스 터빈과 하이브리드 조합이 필요합니다.

고스톱 테이크아웃 시스템

지상에 기반을 둔 전기 지원 (예 : 견인 트랙터 또는 활주로 조립 된 유도 코일)은 더 작은 모터와 배터리를 허용하는 데 필요한 내장 돌격을 줄일 수 있습니다. 이 개념은 전기 짧은 타케트 항공기를 탐험하고 잠재적으로 [[FLT : 0]]] zero 배출 테이크 아웃 및 착륙[FLT : 1] 하이브리드 엔진 핸들 크루즈 동안.