Кремниево-карбидные двигатели: новая эра электроавиации

Исследователи из Университета Арканзаса успешно испытали гибридный самолет Cessna 337, оснащенный инновационным электродвигателем. Эта разработка, основанная на применении кремниевого карбида (SiC) для инвертора, открывает новые перспективы для создания более компактных и легких электрических силовых установок в авиации.

Традиционные электродвигатели используют транзисторы на основе кремния, которые, несмотря на свою распространенность, имеют ограничения в скорости переключения. Каждый такой переход между состояниями "включено" и "выключено" сопровождается потерей энергии и выделением тепла. Транзисторы из кремниевого карбида, напротив, способны переключаться до 1000 раз быстрее, что значительно повышает их эффективность.

«Это позволило сделать все остальные компоненты системы — индукторы, трансформаторы и конденсаторы — существенно меньше и легче», — отмечает ведущий исследователь проекта, профессор Алан Мантут. Он сравнивает это с заменой большого и тяжелого двигателя гоночного автомобиля на устройство, которое помещается в руке, но обладает той же мощностью.

Несмотря на очевидные преимущества, высокая стоимость кремниевого карбида долгое время сдерживала его широкое применение. Однако, как подчеркивает Мантут, цена производства SiC постепенно снижается. Более того, уменьшение размеров вспомогательных компонентов в системе с SiC нивелирует общую стоимость. Это делает технологию привлекательной для таких гигантов автопрома, как Ford и Toyota, и, как теперь видно, для авиационной отрасли.

Для решения задач, связанных с производством микросхем на основе кремниевого карбида, Университет Арканзаса планирует открыть новую лабораторию, которая станет мостом между академическими исследованиями и промышленными производителями.

Применение кремниевого карбида в авиации особенно ценно из-за строгих требований к весу и габаритам. Компактный и легкий инвертор освобождает пространство в кабине, увеличивая комфорт пассажиров, и снижает энергопотребление самолета при взлете и в полете.

Авиационная среда ставит перед инженерами-электриками особые задачи. Системы должны выдерживать вибрации и ударные нагрузки при посадке. Кроме того, сухой воздух на больших высотах и более высокое электромагнитное излучение, генерируемое высокочастотным переключением SiC, требуют тщательной проработки изоляции и защиты от помех.

Успешный полет Cessna 337 подтвердил, что команда UA Power Group справилась с этими вызовами, продемонстрировав жизнеспособность и превосходство кремниево-карбидных технологий в электрической авиации.