Un motore elettrico da megawatt progettato dagli ingegneri del MIT potrebbe aiutare a elettrificare l’aviazione

Jun 14, 2023

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L’enorme impronta di carbonio dell’aviazione potrebbe ridursi in modo significativo con l’elettrificazione. Finora, però, sono decollati solo piccoli aerei completamente elettrici. I loro motori elettrici generano centinaia di kilowatt di potenza. Per elettrificare jet più grandi e pesanti, come gli aerei di linea commerciali, sono necessari motori su scala megawatt. Questi sarebbero azionati da sistemi di propulsione ibridi o turboelettrici in cui una macchina elettrica è accoppiata a un motore aeronautico a turbina a gas.

Per soddisfare questa esigenza, un team di ingegneri del MIT sta ora creando un motore da 1 megawatt che potrebbe rappresentare un trampolino di lancio fondamentale verso l’elettrificazione degli aerei più grandi. Il team ha progettato e testato i componenti principali del motore e ha dimostrato, attraverso calcoli dettagliati, che i componenti accoppiati possono funzionare nel loro insieme per generare un megawatt di potenza, con un peso e dimensioni competitivi con gli attuali piccoli motori aeronautici.

Per le applicazioni completamente elettriche, il team prevede che il motore possa essere accoppiato con una fonte di elettricità come una batteria o una cella a combustibile. Il motore potrebbe quindi trasformare l'energia elettrica in lavoro meccanico per alimentare le eliche di un aereo. La macchina elettrica potrebbe anche essere abbinata a un tradizionale motore a reazione turbofan per funzionare come un sistema di propulsione ibrido, fornendo propulsione elettrica durante determinate fasi del volo.

"Indipendentemente da ciò che utilizziamo come vettore energetico - batterie, idrogeno, ammoniaca o carburante sostenibile per l'aviazione - indipendentemente da tutto ciò, i motori della classe megawatt saranno un fattore chiave per rendere l'aviazione più ecologica", afferma Zoltan Spakovszky, professore di T. Wilson. in Aeronautica e il direttore del Gas Turbine Laboratory (GTL) del MIT, che guida il progetto.

Spakovszky e i membri del suo team, insieme ai collaboratori del settore, presenteranno il loro lavoro in una sessione speciale dell’American Institute of Aeronautics and Astronautics – Electric Aircraft Technologies Symposium (EATS) alla conferenza sull’aviazione di giugno.

Il team del MIT è composto da docenti, studenti e personale di ricerca del GTL e del Laboratorio del MIT per i sistemi elettromagnetici ed elettronici: Henry Andersen Yuankang Chen, Zachary Cordero, David Cuadrado, Edward Greitzer, Charlotte Gump, James Kirtley, Jr., Jeffrey Lang , David Otten, David Perreault e Mohammad Qasim, insieme a Marc Amato di Innova-Logic LLC. Il progetto è sponsorizzato da Mitsubishi Heavy Industries (MHI).

Roba pesante

Per prevenire gli impatti peggiori dei cambiamenti climatici indotti dall’uomo, gli scienziati hanno stabilito che le emissioni globali di anidride carbonica devono raggiungere lo zero netto entro il 2050. Raggiungere questo obiettivo per l’aviazione, afferma Spakovszky, richiederà “risultati rivoluzionari” nella progettazione di aerei non convenzionali. aerei, sistemi di alimentazione intelligenti e flessibili, materiali avanzati e propulsione elettrificata sicura ed efficiente. Molte aziende aerospaziali si concentrano sulla propulsione elettrificata e sulla progettazione di macchine elettriche su scala megawatt che siano sufficientemente potenti e leggere da spingere gli aerei passeggeri.

"Non esiste una soluzione miracolosa per far sì che ciò accada, e il diavolo è nei dettagli", afferma Spakovszky. "Si tratta di ingegneria complessa, in termini di co-ottimizzazione dei singoli componenti e di renderli compatibili tra loro massimizzando al contempo le prestazioni complessive. Per fare ciò significa che dobbiamo oltrepassare i limiti nei materiali, nella produzione, nella gestione termica, nelle strutture e nella rotordinamica e nella potenza. elettronica"

In generale, un motore elettrico utilizza la forza elettromagnetica per generare movimento. I motori elettrici, come quelli che alimentano la ventola del tuo laptop, utilizzano l'energia elettrica, proveniente da una batteria o da un alimentatore, per generare un campo magnetico, in genere attraverso bobine di rame. In risposta, un magnete, posizionato vicino alle bobine, gira nella direzione del campo generato e può quindi azionare un ventilatore o un'elica.