Испытательный стенд NASA Electric Aircraft Testbed (NEAT) — это реконфигурируемый испытательный стенд NASA в Плам-Брук-Стейшн , штат Огайо, который используется для проектирования, разработки, сборки и тестирования электрических систем питания самолетов, от небольших одно- или двухместных самолетов до авиалайнеров мощностью 20 МВт (27 000 л. с.) . [1] Соглашения NASA по исследованиям (NRA) предоставляются для разработки компонентов электродвижения. Они будут завершены в 2019 году, а внутренняя работа NASA — к 2020 году, [ требуется обновление ], затем они будут собраны в систему привода мегаваттного масштаба для испытаний в узкофюзеляжном NEAT. [2]
Университет Иллинойса разрабатывает синхронный двигатель с постоянными магнитами мощностью 1 МВт , вращающийся со скоростью 18 000 об/мин, для привода турбовентиляторного двигателя Rolls-Royce LibertyWorks Electrically Variable Engine от аккумуляторной батареи для руления, взлета и снижения на холостом ходу в параллельном гибриде . Университет штата Огайо создает прототипы двигателей мощностью 300 кВт и 1 МВт, кольцевой асинхронный двигатель с жидкостным охлаждением мощностью 2700 об/мин, диаметром 1 м (3,3 фута), мощностью 2,7 МВт, а также разработал интегрированный кольцевой двигатель с турбовентилятором мощностью 5000 об/мин и мощностью 10 МВт. Эти электрические машины рассчитаны на 13 кВт/кг и эффективность более 93%, в то время как Исследовательский центр Гленна при НАСА разрабатывает сверхпроводящую электрическую машину с целевой мощностью 16 кВт/кг и эффективностью более 98%: синхронный двигатель с обмотками возбуждения диаметром 0,4 м, скоростью вращения 6800 об/мин, мощностью 1,4 МВт, использующий самоохлаждающуюся высокотемпературную сверхпроводящую обмотку ротора. [2]
Самое высокое напряжение, используемое сейчас, составляет 540 (±270) вольт, но распределение мощности в масштабе мегаватт потребует более высокого напряжения для снижения тока для более мелких и легких электрических кабелей . Один мегаватт на 150 футов (46 м) требует 900 кг при 540 В, но будет уменьшен до 200 кг при 2000 В постоянного тока. Для гибрида в ближайшем будущем потребуется 1000–3000 вольт, а для полностью турбоэлектрического большого самолета — 5000–10000 вольт, как в судовых энергосистемах , но искрение происходит при гораздо более низких напряжениях при низком давлении, чем на уровне моря. [2]
В то время как источник питания от батареи будет использовать распределение постоянного тока , источник питания от газовой турбины также будет обеспечивать переменный ток , для которого потребуются преобразователи мощности , в основном инверторы, для преобразования постоянного тока в контролируемый переменный ток переменной частоты для регулирования скорости и крутящего момента двигателя. Переключатели из карбида кремния [SiC] и нитрида галлия [GaN] могут работать на более высоких частотах с меньшими потерями, что повышает эффективность. GE создает инвертор постоянного тока на 2400 вольт, мощностью 1 мегаватт с переключателями SiC и его силовыми модулями MOSFET мощностью 1,7 кВт. Университет Иллинойса создает «летающий конденсатор» постоянного тока на 1000 вольт, мощностью 200 кВт, масштабируемый до 1 мегаватта с переключателями на основе полевых транзисторов на основе GaN . Оба имеют жидкостное охлаждение и рассчитаны на 19 кВт/кг при эффективности 99%, но Boeing разрабатывает криогенно охлаждаемый инвертор мощностью 1 МВт для 26 кВт/кг и эффективности 99,3% с использованием готовых кремниевых полупроводников, а в настоящее время изготавливает охлаждаемый жидким азотом инвертор мощностью 200 кВт перед инвертором мощностью 1 МВт. [2]