H3X sostiene che's triplicato la densità di potenza dei motori aerei elettrici
Se c’è una cosa importante che sta trattenendo una rivoluzione elettrica nel mondo dell’aviazione, è lo stoccaggio di energia. Ma ci sono un sacco di persone molto intelligenti che sbattono via il problema di come aumentare la densità di energia delle batterie, e un’altra fazione in crescita che lavora per rendere a lungo raggio, alimentatori a idrogeno a celle a combustibile veloci lo standard per il volo futuro.
In entrambi i casi, accadrà nei prossimi decenni, e una nuova società di Minneapolis sta rivolgendo la sua attenzione all’altro elemento critico del sistema di propulsione. H3X Technologies sta scoppiando fuori dal cancello con un design del motore elettrico integrato si dice in grado di fornire la stessa potenza sostenuta come alcuni dei migliori motori sul mercato ad un terzo o meno del peso totale.
Il peso, ovviamente, è un grosso problema nell’aviazione-e questo vale il doppio per gli aerei elettrici. Ogni libbra trasportato verso il cielo rappresenta una libbra meno carico utile si può trasportare, una riduzione della gamma si otterrà dalla batteria o serbatoio di idrogeno, e, infine, una perdita di denaro per il proprietario.
Con gli aerei elettrici di piccole e medie dimensioni che iniziano a entrare in servizio commerciale e l’ascesa a lungo promessa del segmento EVTOL air taxi per sempre proprio dietro l’angolo, H3X vede grandi opportunità in avanti per un risparmio di peso mostruoso come il suo motore HPDM-250.
La prima versione peserà 15 kg (33 lb) e produrrà 200 kW di potenza continua, con un picco fino a 250 kW. Sono 13,3 kilowatt continui per chilogrammo, una straordinaria densità di potenza. Per fare un confronto, il motore Magnax axial flux che abbiamo coperto nel 2018 vanta 15 kW / kg, ma questa è la potenza di picco; la sua densità di potenza continua è più simile a 7,5 kW/kg.
E questo di per sé è assolutamente eccezionale. Il motore utilizzato sul primo volo di aerei elettrici commerciali del mondo l’anno scorso da Harbour Air era un Magnix Magni500-sì, ci sono società di motori elettrici concorrenti chiamate Magnix e Magnax-e la densità di potenza di quella cosa è più simile a 4.2 kW/kg.
Inoltre, nessuno dei motori di cui sopra ha un inverter integrato, quindi c’è un peso extra che devi portare – 12 kg (33 lb) nel caso del sistema di azionamento Magnix. Il design H3X ha il suo inverter integrato nel suo corpo prisma esagonale.
La massima efficienza del motore è a 20.000 giri / min, che è molto più veloce di quanto faresti girare un’elica, quindi H3X può anche adattarlo con un riduttore epicicloidale integrato con un rapporto di riduzione 4:1, incorrendo in un costo di peso di soli tre chili aggiuntivi (6,6 lb). Il fondatore e CEO di H3X Jason Sylvestre ci dice che il team avrebbe potuto progettare il motore per girare più lentamente ed eliminare il cambio, ma l’efficienza complessiva e la densità di potenza avrebbero sofferto.
Il H3X HPDM-250 picco di efficienza combinata tra il motore, il cambio e l’inverter in questa configurazione è la più suscettibili di essere utilizzati a bordo di un motore elettrico è a 92,9 per cento. Questo è praticamente un colpo sull’efficienza energetica del Magni500, solo con una potenza di uscita notevolmente superiore per unità di peso. La sua densità di potenza continua con il cambio a bordo è di 11,1 kW / kg, ancora ben lontano dalla concorrenza.
In che modo questo team di avvio di Minneapolis ha raggiunto un salto così notevole nella densità di potenza? Sylvestre ci dice che è una combinazione di fattori che si sommano tutti.
“L’HPDM-250 è stato progettato per superare i limiti delle prestazioni riducendo al minimo la massa del sistema”, afferma. “È il prodotto dell’innovazione in attesa di brevetto in più aree e presenta il più alto livello di integrazione sul mercato. Ciò include l’ottimizzazione dell’elettromagnetismo, la produzione additiva, i materiali avanzati e l’elettronica di potenza SIC ad alta frequenza.
“Due innovazioni meritano di essere evidenziate: usiamo una singola camicia di raffreddamento sinergica per raffreddare contemporaneamente sia l’elettronica di potenza che il motore. Questa integrazione riduce la massa e il volume del sistema. Le bobine di statore in rame prodotte con additivi vengono utilizzate per aumentare il fattore di riempimento del rame e migliorare la capacità di densità di corrente continua. Si tratta di una nuova tecnologia che ha il potenziale per rivoluzionare il settore della produzione di motori in quanto offre uno sviluppo più rapido, prestazioni migliori e una maggiore flessibilità di progettazione.”
Quelle bobine di statore in rame stampate in 3D non solo consentono a H3X di adattarsi a più rame in uno spazio più piccolo, ma aiutano molto con il raffreddamento, consentendo all’HPDM-250 di avvicinarsi alla sua potenza di picco senza generare quantità ingestibili di calore. E Sylvestre dice produzione additiva significa che questo motore sarà veloce da prototipo, iterare, scala a diverse dimensioni e livelli di potenza, e adattarsi alle esigenze del cliente.
Sylvestre ci dice che anche se i componenti sono strettamente imballati alla progettazione del motore, la sua sei-cover shell rende per un facile accesso nelle rare occasioni in cui è necessario aprirlo.
La sostituzione di un motore di circa 50 kg (110 libbre) con uno da 18 kg (40 libbre) fornirà un gustoso dividendo di peso su un piano a prop singolo, ma i benefici aumenteranno i più motori utilizzati dal design. Sylvestre vede questo disegno come offrendo importanti vantaggi di carico utile, costo e gamma per EVTOL air taxi che in genere utilizzano verso l’alto di sei puntelli. Ma H3X ha gli occhi puntati su obiettivi più grandi.
“Nei prossimi cinque anni, vedremo quegli eVTOLs e piccoli aerei elettrici”, afferma Sylvestre. “Ma intorno al 2030, inizieremo a vedere l’elettrificazione di grandi aerei commerciali. Questo è davvero quello che vuoi andare dopo. Aerei intorno alle dimensioni di un Boeing 737, quelli rappresentano circa il 50 per cento di tutte le emissioni di gas serra nel settore aeronautico. Un aereo che utilizza propulsione distribuita con più motori da 250 kW, forse 16 o giù di lì, lungo ogni ala. Potete immaginare che il peso di quelli si sommerà, ed è lì che un motore come il nostro potrebbe fare una grande differenza.”
Come sempre, le affermazioni straordinarie richiedono prove straordinarie, quindi non vediamo l’ora di sentire come funziona il prototipo.
“Siamo in fase di prototipazione in questo momento,” dice Sylvestre. “Dovremmo testarlo entro il Q2 del prossimo anno. In termini di business, stiamo cercando di ottenere lettere di intenti da potenziali clienti e collaborare con i primi investitori per espandere H3X. Abbiamo operato molto in modalità stealth.”
Uno da tenere d’occhio.
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