Сверхпроводящий электродвигатель для авиации называется ASuMED (Advanced Superconducting Motor Experimental Demonstrator), создают его под руководством немецкой электрокомпании Oswald Elektromotoren. Инициаторы исследования получили европейский грант по программе Horizons 2020 в 2017 году, и сейчас к тестам почти все готово. Названа дата испытаний — февраль 2020 года. О сути проекта и прогрессе рассказывает Aviation Weekly.
Миллиардер Илон Маск уверен, что даже без сверхпроводников три четверти пути к триумфу электросамолетов уже пройдено. Например, такая схема впервые позволит разделить производство и приложение энергии, что откроет дорогу для невиданных дизайнерских решений.
Главная проблема — недостаточная плотность хранения энергии в аккумуляторах. Но как раз в этой области электродвигателю на сверхпроводниках нет равных: отсутствие потерь означает расчетный КПД 99,9% при тепловых потерях не более 1%. Тестовый двигатель весом 50 кг будет вырабатывать 1МВт мощности, что дает удельную мощность в 20 кВт на килограмм.
Это открывает дорогу к установке электродвигателей на магистральные лайнеры, а не только на легкие самолеты, как это происходит сейчас в рамках скромных пилотных проектов.
Инженер Oswald Ева Берберич говорит, что 1МВт — это лишь демонстрация, и для большого самолета, конечно, и двигатели нужны мощнее. Однако она уверена, что в случае успеха ASuMED ту же технологию можно масштабировать минимум в десять раз.
Oswald обсуждает возможности применения двигателя с Airbus, производителем турбовинтовых двигателей Rolls-Royce, а также Siemens — европейским лидером в создании электросамолетов.
Как это работает
ASuMED — это синхронный двигатель, в котором крутящий момент создается за счет взаимодействия магнитных полей в роторе и статоре. В роторе размещены сверхпроводящие цепи, которые создают более мощное магнитное поле, чем современные постоянные магниты из редкоземельных металлов. В статоре — сверхпроводящие катушки.
Главная проблема на нынешнем этапе — охлаждение, рассказывает Берберич. Сверхпроводники хотя и называются «выскотемпературными», но на деле для появления сверхпроводимости их надо охладить до -250 градусов Цельсия. Статор ASuMED охлаждается жидким водородом. Ротор, выделяющий 150 Вт тепла, — за счет испарения гелия.
К февралю 2020 года предстоит решить немало технических сложностей: стабилизировать намагниченность сверхпроводящих элементов, испытать отказоустойчивую систему питания.
В случае успеха авиаторы получат в свое распоряжение не только небывало эффективную, но и очень гибкую систему, указывает Берберич: «Если размещать двигатели под крылом, как сейчас, конструкция потребует нескольких больших двигателей. Для распределенной тяги потребуется больше двигателей, но поменьше размером. Разработчики сами скажут нам, что требуется».
Возможно, к моменту внедрения революционного решения проблемы с охлаждением сверхпроводников не будут стоять столь остро. В конце прошлого года команда российского физика обновила рекорд температуры для сверхпроводника, а в феврале-2019 в США подали патент на сверхпроводник «комнатной температуры».
