Wenn es eine wichtige Sache gibt, die eine elektrische Revolution in der Luftfahrtwelt zurückhält, dann ist es die Energiespeicherung. Aber es gibt eine Menge sehr kluger Leute, die sich mit dem Problem befassen, wie die Energiedichte von Batterien erhöht werden kann, und eine weitere wachsende Fraktion, die daran arbeitet, Wasserstoff-Brennstoffzellen-Antriebsstränge mit großer Reichweite und schneller Betankung zum Standard für zukünftige Flüge zu machen.So oder so, es wird in den kommenden Jahrzehnten passieren, und ein neues Unternehmen aus Minneapolis richtet seine Aufmerksamkeit auf das andere kritische Element des Antriebssystems. H3X Technologies platzt aus dem Tor mit einem integrierten Elektromotor-Design, das die gleiche nachhaltige Leistung wie einige der besten Motoren auf dem Markt bei einem Drittel oder weniger des Gesamtgewichts liefern kann.

Gewicht ist natürlich eine große Sache in der Luftfahrt – und das gilt doppelt für Elektroflugzeuge. Jedes Pfund, das in den Himmel getragen wird, bedeutet ein Pfund weniger Nutzlast, die Sie tragen können, eine Verringerung der Reichweite, die Sie von Ihrer Batterie oder Ihrem Wasserstofftank erhalten, und letztendlich einen Geldverlust für den Besitzer. Mit kleinen bis mittleren Elektroflugzeugen, die in den kommerziellen Dienst gehen, und dem lang versprochenen Aufstieg des eVTOL-Lufttaxi-Segments, das gleich um die Ecke ist, sieht H3X große Chancen für einen Monster-Gewichtssparer wie seinen HPDM-250-Motor.

Die erste Version wird 15 kg (33 lb) wiegen und 200 kW Dauerleistung liefern, die bei bis zu 250 kW ihren Höhepunkt erreicht. Das sind 13,3 kontinuierliche Kilowatt pro Kilogramm, eine außergewöhnliche Leistungsdichte. Zum Vergleich: Der Magnax–Axialflussmotor, den wir 2018 behandelt haben, verfügt über 15 kW / kg – aber das ist Spitzenleistung; Seine kontinuierliche Leistungsdichte liegt eher bei 7,5 kW / kg.

Und das an sich ist absolut außergewöhnlich. Der Motor, der letztes Jahr auf dem weltweit ersten kommerziellen Elektroflugzeugflug von Harbour Air verwendet wurde, war ein Magnix Magni500 – ja, es gibt konkurrierende Elektromotorenfirmen namens Magnix und Magnax – und die Leistungsdichte dieses Dings beträgt eher 4,2 kW / kg. Darüber hinaus hat keiner der oben genannten Motoren einen eingebauten Wechselrichter, so dass Sie etwas zusätzliches Gewicht tragen müssen – 12 kg (33 lb) im Fall des Magnix-Antriebssystems. Die H3X design hat seine inverter integrierte in seine hexagonal prisma körper. Der höchste Wirkungsgrad des Motors liegt bei 20.000 U / min, was viel schneller ist, als wenn Sie einen Propeller drehen würden, so dass H3X ihn auch mit einem integrierten Planetengetriebe mit einem 4: 1-Untersetzungsverhältnis ausstatten kann, was ein Gewicht verursacht Kosten von nur drei zusätzlichen Kilo (6,6 lb). Jason Sylvestre, Gründer und CEO von H3X, sagt uns, dass das Team den Motor hätte langsamer drehen und das Getriebe eliminieren können, aber die Gesamteffizienz und Leistungsdichte hätten darunter gelitten.

H3X

Der maximale kombinierte Wirkungsgrad des H3X HPDM-250 zwischen Motor, Getriebe und Wechselrichter in dieser Konfiguration – diejenige, die am ehesten an Bord eines Elektroflugzeugs eingesetzt wird – beträgt 92,9 Prozent. Das ist ziemlich viel Knall auf die Energieeffizienz des Magni500, nur mit erheblich höherer Leistung pro Gewichtseinheit. Seine Dauerleistungsdichte mit dem Getriebe an Bord beträgt 11,1 kW / kg und liegt damit immer noch deutlich vor der Konkurrenz.

Wie hat dieses Startup-Team aus Minneapolis einen so bemerkenswerten Sprung in der Leistungsdichte erreicht? Sylvestre sagt uns, dass es eine Kombination von Faktoren ist, die sich alle addieren.

„Der HPDM-250 wurde entwickelt, um die Leistungsgrenzen zu überschreiten und gleichzeitig die Systemmasse zu minimieren“, sagt er. „Es ist das Produkt einer zum Patent angemeldeten Innovation in mehreren Bereichen und bietet den höchsten Integrationsgrad auf dem Markt. Dazu gehören die Optimierung der Elektromagnetik, additive Fertigung, fortschrittliche Materialien und Hochfrequenz-SiC-Leistungselektronik.

„Zwei Innovationen sind hervorzuheben – Wir verwenden einen einzigen, synergistischen Kühlmantel, um sowohl die Leistungselektronik als auch den Motor gleichzeitig zu kühlen. Diese Integration reduziert Systemmasse und -volumen. Additiv hergestellte kupferne Ständerspulen werden benutzt, um kupfernen Füllfaktor zu erhöhen und ununterbrochene gegenwärtige Dichtefähigkeit zu verbessern. Dies ist eine neue Technologie, die das Potenzial hat, die Motorenindustrie zu revolutionieren, da sie eine schnellere Entwicklung, eine bessere Leistung und eine größere Designflexibilität bietet.“

Diese 3D-gedruckten Kupfer-Statorspulen ermöglichen es H3X nicht nur, mehr Kupfer auf kleinerem Raum unterzubringen, sie helfen auch sehr bei der Kühlung, sodass der HPDM-250 näher an seiner Spitzenleistung laufen kann, ohne unüberschaubare Wärmemengen zu erzeugen. Laut Sylvestre bedeutet additive Fertigung, dass dieser Motor schnell prototypisiert, iteriert, auf verschiedene Größen und Leistungsstufen skaliert und an die Kundenanforderungen angepasst werden kann.

H3X

Sylvestre sagt uns, dass, obwohl die Komponenten im Motordesign dicht gepackt sind, die Sechs-Deckel-Schale in den seltenen Fällen, in denen Sie sie öffnen müssen, einen einfachen Zugang ermöglicht.

Wenn Sie einen etwa 50 kg (110 lb) schweren Motor durch einen 18 kg (40 lb) schweren Motor ersetzen, erhalten Sie eine leckere kleine Gewichtsdividende auf einem Flugzeug mit einer Stütze, aber die Vorteile werden umso größer, je mehr Motoren Ihr Design verwendet. Sylvestre sieht in diesem Design große Nutzlast-, Kosten- und Reichweitenvorteile für eVTOL-Lufttaxis, die normalerweise mehr als sechs Requisiten verwenden. Aber H3X hat größere Ziele im Visier.

„In den nächsten fünf Jahren werden wir diese eVTOLs und kleinen Elektroflugzeuge sehen“, sagt Sylvestre. „Aber bis etwa 2030 werden wir die Elektrifizierung großer Verkehrsflugzeuge sehen. Das ist wirklich das, wonach du streben willst. Flugzeuge in der Größe einer Boeing 737 verursachen rund 50 Prozent aller Treibhausgasemissionen im Flugzeugsektor. Ein Flugzeug, das einen verteilten Antrieb mit mehreren 250-kW-Motoren verwendet, vielleicht 16 oder so, entlang jedes Flügels. Sie können sich vorstellen, dass sich das Gewicht dieser Motoren summieren wird, und hier könnte ein Motor wie der unsere einen großen Unterschied machen.“Wie immer erfordern außergewöhnliche Behauptungen außergewöhnliche Beweise, daher freuen wir uns darauf zu hören, wie sich der Prototyp verhält.

„Wir sind gerade dabei, das Prototyping zu erstellen“, sagt Sylvestre. „Wir sollten es bis zum 2. Quartal nächsten Jahres testen. In Bezug auf das Geschäft sind wir bestrebt, Absichtserklärungen von potenziellen Kunden zu erhalten und mit frühen Investoren zusammenzuarbeiten, um H3X zu erweitern. Wir haben sehr viel im Stealth-Modus gearbeitet.“

Eine, die man im Auge behalten sollte.