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]
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]
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]
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]