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Banco de pruebas de aviones eléctricos de la NASA

Banco de pruebas de aviones eléctricos de la NASA

El banco de pruebas de aeronaves eléctricas de la NASA (NEAT) es un banco de pruebas reconfigurable de la NASA en la estación Plum Brook , Ohio, que se utiliza para diseñar, desarrollar, ensamblar y probar sistemas de energía para aeronaves eléctricas , desde una aeronave pequeña, para una o dos personas, hasta aviones de pasajeros de 20 MW (27 000 hp) . [1] Los acuerdos de investigación de la NASA (NRA) se otorgan para desarrollar componentes de propulsión eléctrica. Se completarán en 2019 y el trabajo interno de la NASA para 2020, [ necesita actualización ] luego se ensamblarán en un sistema de propulsión a escala de megavatios para probarse en el NEAT de fuselaje estrecho . [2]

Maquinas

La Universidad de Illinois está desarrollando un motor síncrono de imán permanente de 1 megavatio que gira a 18.000 rpm para impulsar un turbofán de motor eléctricamente variable de Rolls-Royce LibertyWorks a partir de una batería para el rodaje, el despegue y el descenso en vacío en un híbrido paralelo . La Universidad Estatal de Ohio está construyendo motores prototipo de 300 kW y 1 megavatio, un motor de inducción de anillo refrigerado por líquido de 2.700 rpm, 1 m (3,3 pies) de diámetro y 2,7 ​​megavatios y diseñó un motor de anillo integrado de turbofán de 5.000 rpm y 10 megavatios. Estas máquinas eléctricas tienen como objetivo 13 kW/kg y una eficiencia superior al 93%, mientras que el Centro de Investigación Glenn de la NASA está desarrollando una máquina eléctrica superconductora con un objetivo de 16 kW/kg y una eficiencia superior al 98%: un motor síncrono de campo bobinado de 0,4 m de diámetro, 6.800 rpm y 1,4 megavatios que utiliza un devanado de rotor superconductor de alta temperatura y autoenfriado . [2]

Voltaje

El voltaje más alto que se utiliza actualmente es de 540 (±270) voltios, pero distribuir energía a escala de megavatios requerirá un voltaje más alto para reducir la corriente para cables eléctricos más pequeños y livianos . Un megavatio a lo largo de 150 pies (46 m) necesita 900 kg a 540 V, pero se reduciría a 200 kg a 2000 V CC. Un híbrido a corto plazo necesitaría entre 1000 y 3000 voltios y un avión grande totalmente turboeléctrico entre 5000 y 10 000 voltios, como los sistemas de energía de los barcos , pero el arco eléctrico se produce a voltajes mucho más bajos a bajas presiones que a nivel del mar. [2]

Inversores

Mientras que una fuente de energía de batería utilizaría una distribución de corriente continua , una fuente de energía de turbina de gas también permitiría corriente alterna que necesitaría convertidores de energía , principalmente inversores para convertir CC a CA de frecuencia variable controlada para regular la velocidad y el par de un motor. Los interruptores de carburo de silicio [SiC] y nitruro de galio [GaN] pueden operar a frecuencias más altas con menores pérdidas, lo que aumenta la eficiencia. GE está construyendo un inversor de 2400 voltios de CC y 1 megavatio con interruptores de SiC y sus módulos de energía MOSFET de 1,7 kW . La Universidad de Illinois está construyendo un "condensador volante" de 1000 voltios de CC y 200 kW escalable a 1 megavatio con interruptores de transistores de efecto de campo basados ​​en GaN . Ambos están refrigerados por líquido y tienen como objetivo 19 kW/kg con una eficiencia del 99%, pero Boeing está desarrollando un inversor de 1 megavatio refrigerado criogénicamente para 26 kW/kg y una eficiencia del 99,3% con semiconductores de silicio disponibles comercialmente , y actualmente está fabricando un inversor de 200 kW refrigerado por nitrógeno líquido antes que uno de 1 megavatio. [2]

Referencias

  1. ^ Deborah Lockhart (17 de octubre de 2016). "¡Es eléctrico! Los ingenieros de la NASA Glenn prueban el próximo avión revolucionario". Centro de investigación Glenn de la NASA.
  2. ^ abcd Graham Warwick (25 de agosto de 2017). "La NASA acerca los componentes de propulsión eléctrica a la realidad". Semana de la aviación y tecnología espacial .