据《航空周刊》 2019年7月31日 报道,随着通用航空和支线客机向多电和混电推进方向发展,欧洲研究人员正在开发一种超导电机,可为未来的大型民用客机提供电推进。
由于超导电机具有更高功率密度和工作效率的潜力,发电机和推进器就可分开而不降低效率。这也使得分布式推进系统更加可行,为更高效、非常规的飞机构型设计创造了可能。
由包括德国的电机制造商Oswald Elektromotoren公司在内的多个单位联合开展的先进超导电机实验演示(ASuMED)项目,旨在演示验证功率密度为20kW/kg的1MW电机。该电机以6000r/m的转速运行,整体效率水平超过99.9%,而产生的热量损失小于1%。该演示项目部分由欧盟的地平线2020研究和创新计划资助,基于工作温度为-250℃的高温超导体。
ASuMED构型是完全超导同步电动机,其中扭矩产生于转子和定子间的磁场的相互作用。在转子上使用堆叠的高温超导带,其产生的磁场大于由稀土磁体引起的磁场,而超导线圈置于定子中。
超导电机的缩放模型,SuMED定子低温恒温器中使用的液氢的管道穿过定子(来源:AW&ST)
Oswald的超导工程师Eva Berberich表示,定子线圈中的大电流与超导磁体捕获的磁通相结合,将产生所需的高功率。同时她也指出,除了完善转子和定子之外,电机设计团队还面临着其他几项挑战,包括复杂的低温恒温器、定子和转子的冷却系统、以及超导堆的磁化控制。
定子和转子各自的低温恒温器被合为一个,优化了冷却方案。原定子低温恒温器使用液氢,而转子低温恒温器则采用高压气态氦。ASuMED的研究还包括开发专门的电源控制电子硬件和软件。
Berberich谈到:“1MW的电机只是为了验证超导技术的原理可行性,必要时,我们可将其扩大到10MW或更高,”所需的电机大小将取决于未来的飞机设计,“翼下设计需要大型电机,而分布式推进则需要更多、更小的电机。”
虽然1MW演示机对于飞机使用来说可能功率太小,但她言到已经准备好将电机放大到实际多电航空需求。
该计划于2017年5月开始,目前正进入最后阶段,预计最终阶段将在2020年2~3月,Oswald公司在法兰克福附近的Miltenberg工厂进行测试,并将于4月完成,但不包括与推进器的集成。
ASuMED项目的其他成员包括德国项目管理公司K&S,卡尔斯鲁勒理工学院,阿沙芬堡应用科学大学,剑桥大学,荷兰低温专家Demaco公司,斯洛伐克电气工程学院,法国液化空气集团和俄罗斯超导体专家SuperOx公司。SuperOx与俄罗斯中央航空发动机研究院(CIAM)合作,还在测试一台500kW的高温超导电动机。