Pod skrzydłami zmodyfikowanej Cessny 337 krył się nowy system napędowy wykorzystujący technologię węglika krzemu, który okazał się znacznie lżejszy i mniejszy od tradycyjnych rozwiązań. Co ciekawe, to pierwszy przypadek, gdy uniwersytecki projekt dotyczący tego typu napędu zdobył prestiżową nagrodę R&D 100, co mówi sporo o potencjale tej technologii.
Lot hybrydowej Cessny 337 już za nami
Za sukcesem stoją badacze z University of Arkansas Power Group, którzy współpracowali z firmami Ampaire i Wolfspeed. Stworzyli oni inwerter mogący zrewolucjonizować elektryfikację transportu lotniczego. Projekt finansowany przez amerykańską agencję ARPA-E pokazuje, że marzenia o bardziej ekologicznym lataniu powoli stają się rzeczywistością. Biorąc pod uwagę, że sektor lotniczy odpowiada za 2-3 proc. globalnych emisji CO2, a zapotrzebowanie na podróże powietrzne wciąż rośnie, takie inicjatywy wydają się szczególnie ważne.
Czytaj też: Wlecieli samolotem w oko huraganu kategorii 5. To co nagrali przekracza ludzkie wyobrażenia
Technologia węglika krzemu stanowi prawdziwy game-changer w elektronice mocy. Tranzystory z tego materiału przełączają się tysiąckrotnie szybciej niż ich krzemowe odpowiedniki, co radykalnie poprawia wydajność całego systemu. Opracowany przez zespół inwerter osiąga moc 250 kW przy napięciu 800 V, a dzięki bezpośredniemu chłodzeniu charakteryzuje się gęstością mocy na poziomie około 60 kW na litr i 30 kW na kilogram.
W praktyce wyższa prędkość przełączania pozwala na znaczące zmniejszenie komponentów pomocniczych takich jak induktory, transformatory czy kondensatory. Chris Farnell, asystent profesora inżynierii elektrycznej i główny autor publikacji w IEEE Transactions on Power Electronics, porównuje to do zastąpienia ciężkiego silnika V8 urządzeniem mieszczącym się w dłoni, ale oferującym tę samą moc.
Dla lotnictwa korzyści są oczywiste – mniejsze komponenty oznaczają więcej miejsca w kabinie, a niższa waga przekłada się bezpośrednio na mniejsze zużycie energii podczas startu i lotu. W małych samolotach, gdzie każdy kilogram ma znaczenie, te zalety nabierają szczególnego wymiaru.
Nie oznacza to jednak, że elektryfikacja lotnictwa to prosta sprawa. Projektowanie systemów dla samolotów wiąże się z unikalnymi wyzwaniami – komponenty muszą wytrzymać intensywne wibracje i wstrząsy podczas lądowania, a na dużych wysokościach suche powietrze zwiększa ryzyko wyładowań częściowych, które mogą uszkadzać izolację. Dodatkowo wyższa prędkość przełączania węglika krzemu generuje więcej zakłóceń elektromagnetycznych, potencjalnie wpływających na inne systemy pokładowe.
Test przeprowadzony w 2023 r. wykazał, że zespół z Arkansas skutecznie poradził sobie z tymi problemami. Alan Mantooth, wybitny profesor inżynierii elektrycznej i główny badacz projektu, podkreśla, że jego zespół był pierwszym uniwersytetem, który dokonał tego dla hybrydowego samolotu elektrycznego.
Aspekt ekonomiczny również wygląda obiecująco. Choć sam węglik krzemu jest droższy od tradycyjnego krzemu, koszty jego produkcji systematycznie spadają. Co więcej, mniejsze komponenty pomocnicze oznaczają niższy koszt całego systemu. Mantooth zauważa, że gdy cały system staje się tańszy, zaczynają się nim interesować wielcy gracze z branży motoryzacyjnej, co już widać w przypadku technologii trafiającej do samochodów elektrycznych.
Wartością dodaną projektu jest praktyczne doświadczenie zdobywane przez studentów. Mieli oni okazję wykonywać rzeczywiste prace inżynierskie obok badań naukowych, co przełożyło się na atrakcyjne oferty pracy po ukończeniu studiów. Ten edukacyjny aspekt pokazuje, że przełomowe technologie rodzą się nie tylko w korporacyjnych laboratoriach, ale także na uniwersytetach, gdzie teoria spotyka się z praktyką.