S’il y a une chose majeure qui freine une révolution électrique dans le monde de l’aviation, c’est le stockage d’énergie. Mais il y a une tonne de gens très intelligents qui s’attaquent au problème de l’augmentation de la densité énergétique des batteries, et une autre faction croissante travaille à faire des groupes motopropulseurs à pile à combustible à hydrogène à longue portée et à alimentation rapide la norme pour les vols futurs.

De toute façon, cela va se produire dans les décennies à venir, et une nouvelle entreprise de Minneapolis se tourne vers l’autre élément critique du système de propulsion. Les technologies H3X sortent du lot avec une conception de moteur électrique intégré qui, selon elle, peut fournir la même puissance soutenue que certains des meilleurs moteurs du marché à un tiers ou moins du poids total.

Le poids, bien sûr, est un gros problème dans l’aviation – et cela double pour les avions électriques. Chaque livre transportée vers le ciel représente une livre de charge utile en moins que vous pouvez transporter, une réduction de la portée de votre batterie ou de votre réservoir d’hydrogène et, finalement, une perte d’argent pour le propriétaire.

Alors que les petits et moyens avions électriques commencent à entrer en service commercial et que l’essor promis depuis longtemps du segment des taxis aériens eVTOL approche à grands pas, H3X voit de grandes opportunités à venir pour un économiseur de poids monstre comme son moteur HPDM-250.

La première version pèsera 15 kg (33 lb) et produira 200 kW de puissance continue, atteignant un maximum de 250 kW. C’est 13,3 kilowatts continus par kilogramme, une densité de puissance extraordinaire. À titre de comparaison, le moteur à flux axial Magnax que nous avons couvert en 2018 affiche 15 kW / kg – mais c’est une puissance de crête; sa densité de puissance continue est plutôt de 7,5 kW / kg.

Et cela en soi est absolument exceptionnel. Le moteur utilisé sur le premier vol d’avion électrique commercial au monde l’année dernière par Harbour Air était un Magnix Magni500 – oui, il existe des sociétés de moteurs électriques concurrentes appelées Magnix et Magnax – et la densité de puissance de cette chose ressemble plus à 4,2 kW / kg.

De plus, aucun des moteurs ci–dessus n’a d’onduleur intégré, vous devez donc supporter un poids supplémentaire – 12 kg (33 lb) dans le cas du système d’entraînement Magnix. La conception H3X a son onduleur intégré dans son corps de prisme hexagonal.

Le rendement le plus élevé du moteur est de 20 000 tr / min, ce qui est beaucoup plus rapide que la rotation d’une hélice, de sorte que H3X peut également l’adapter à un réducteur planétaire intégré avec un rapport de réduction de 4: 1, ce qui entraîne un coût de poids de seulement trois kilos supplémentaires (6,6 lb). Le fondateur et PDG de H3X, Jason Sylvestre, nous dit que l’équipe aurait pu concevoir le moteur pour tourner plus lentement et éliminer la boîte de vitesses, mais l’efficacité globale et la densité de puissance en auraient souffert.

H3X

Le rendement combiné maximal du H3X HPDM-250 entre le moteur, la boîte de vitesses et l’onduleur dans cette configuration – celle qui est la plus susceptible d’être utilisée à bord d’un avion électrique – est de 92,9%. C’est à peu près l’efficacité énergétique du Magni500, juste avec une puissance de sortie par unité de poids considérablement plus élevée. Sa densité de puissance continue avec la boîte de vitesses à bord est de 11,1 kW / kg, toujours loin de la concurrence.

Comment cette équipe de démarrage de Minneapolis a-t-elle réalisé un bond aussi remarquable en densité de puissance? Sylvestre nous dit que c’est une combinaison de facteurs qui s’additionnent.

 » Le HPDM-250 a été conçu pour repousser les limites de performance tout en minimisant la masse du système « , explique-t-il. « Il est le produit d’une innovation en instance de brevet dans de multiples domaines et présente le plus haut niveau d’intégration sur le marché. Cela inclut l’optimisation de l’électromagnétisme, la fabrication additive, les matériaux avancés et l’électronique de puissance SiC haute fréquence.

« Deux innovations méritent d’être soulignées : nous utilisons une seule enveloppe de refroidissement synergique pour refroidir simultanément l’électronique de puissance et le moteur. Cette intégration réduit la masse et le volume du système. Les bobines de stator en cuivre de fabrication additive sont utilisées pour augmenter le facteur de remplissage en cuivre et améliorer la capacité de densité de courant continu. Il s’agit d’une nouvelle technologie qui a le potentiel de révolutionner l’industrie de la fabrication de moteurs car elle offre un développement plus rapide, de meilleures performances et une plus grande flexibilité de conception. »

Ces bobines de stator en cuivre imprimées en 3D permettent non seulement à H3X d’insérer plus de cuivre dans un espace plus petit, mais elles aident beaucoup au refroidissement, permettant au HPDM-250 de fonctionner plus près de sa puissance de pointe sans générer des quantités de chaleur ingérables. Et Sylvestre dit que la fabrication additive signifie que ce moteur sera rapide à prototyper, à itérer, à adapter à différentes tailles et niveaux de puissance et à s’adapter aux exigences des clients.

H3X

Sylvestre nous dit que même si les composants sont bien emballés dans la conception du moteur, sa coque à six couvercles facilite l’accès aux rares occasions où vous aurez besoin de l’ouvrir.

Le remplacement d’un moteur d’environ 50 kg (110 lb) par un moteur de 18 kg (40 lb) vous procurera un délicieux petit dividende de poids sur un avion à hélice unique, mais les avantages augmenteront plus votre conception utilisera de moteurs. Sylvestre considère que cette conception offre des avantages majeurs en matière de charge utile, de coût et d’autonomie aux taxis aériens eVTOL qui utilisent généralement plus de six accessoires. Mais H3X vise des cibles plus grandes.

 » Dans les cinq prochaines années, nous allons voir ces véhicules électriques et ces petits avions électriques « , explique Sylvestre. « Mais vers 2030, nous commencerons à voir l’électrification des gros avions commerciaux. C’est vraiment ce que tu veux aller chercher. Avions de la taille d’un Boeing 737, ceux-ci représentent environ 50% de toutes les émissions de gaz à effet de serre du secteur aéronautique. Un avion qui utilise une propulsion distribuée avec plusieurs moteurs de 250 kW, peut-être 16 ou plus, le long de chaque aile. Vous pouvez imaginer que le poids de ceux-ci s’additionnera, et c’est là qu’un moteur comme le nôtre pourrait faire une énorme différence. »

Comme toujours, les réclamations extraordinaires nécessitent des preuves extraordinaires, nous sommes donc impatients de connaître les performances du prototype.

 » Nous sommes en train de le prototyper en ce moment « , explique Sylvestre. « Nous devrions le tester d’ici le 2e trimestre de l’année prochaine. En ce qui concerne l’activité, nous cherchons à obtenir des lettres d’intention de clients potentiels et à nous associer à des investisseurs précoces pour développer H3X. Nous fonctionnons beaucoup en mode furtif. »

Un à surveiller.