蘇格蘭大學研發 100kW 全超導航空電動馬達 推動未來商業飛機電推進技術

位於格拉斯哥的斯特拉斯克萊德大學研究人員開發並展示了一款 100kW 全超導航空電動機。這款原型機可能為未來商業航空器的輕量化、高功率電推進技術奠定基礎。此電動機憑藉專用材料實現了普通電動機無法匹敵的功率密度,這些材料在低温下顯示出零電阻特性。當冷卻至超低温 20 開爾文(K)(-253°C 或 -423°F)時,這些專用材料幾乎完全失去電阻。這意味著小型電動機可以承受巨大的功率負載,而不會產生多餘的熱量。

商業航班面臨著標準電動機無法逃避的嚴格重量限制。標準噴氣發動機在重量方面提供的功率遠超過普通電動機,主要原因在於標準銅線在推至極限時變得過於沉重且有過熱的風險。超導電動機克服了這一技術障礙,成為唯一已知的創新技術,能夠提供足以將商用客機升空的巨大功率與重量比。斯特拉斯克萊德大學的張敏教授表示:「超導技術提供了一條通往更輕便和更高效推進系統的道路,但它同時也帶來了在低温冷卻、保護和系統集成方面的重大工程挑戰。」

斯特拉斯克萊德大學的超導電動機技術展示了未來航空的潛力

超導軸流航空電動機是一種使用低温冷卻材料以消除電阻的電動機。儘管被標籤為「高温」,但該電動機的超導帶仍需要冷卻至 20K 至 77K 之間。然而,這是一項重大的工程勝利,因為它的運行温度遠高於通常需要在 4K 下極端液氦冷卻的傳統超導體。為了將這一物理特性轉化為可運行的原型,斯特拉斯克萊德團隊需要解決基礎超導體研究、低温工程和機械繫統集成之間的差距。這個多學科團隊成功地將複雜的物理學凝聚成一台運行機器。

該原型機整合了低損耗超導繞組、新型無刷啟動機制及在旋轉過程中運行的內部低温冷卻系統。這項綜合技術證明瞭全超導電動機架構可以作為一個統一的現實平台運行。這一温度變化對於航空巨頭空中巴士而言意義重大,因為該公司在其 ZEST1(零排放可持續運輸)計劃下支持了這一項目。

空中巴士正押注於液氫作為其未來零排放艦隊的燃料。液氫必須在極低的温度下儲存,這使其能夠發揮雙重作用。它既是飛機的燃料,同時也作為超導電動機的冷卻劑。張教授表示:「這一演示器明確顯示,全面超導航空電動機不再僅僅是一個理論概念。」除了空中巴士之外,許多其他公司如 Hinetics、英國的 HyFlux,以及像東芝和雷神等巨頭也在競相開發使用高温超導體的超高效、高功率密度電動機。

航空業約佔全球二氧化碳排放的 2.5%。雖然 100kW 的電動機仍然過小,無法將商用航空器升空,但斯特拉斯克萊德團隊將此成功視為明確的概念證明。基礎物理學是可行的。這一功率密度的飛躍正是未來氫電和全電動飛機最終起飛所需的。接下來的步驟是將這一架構擴展至兆瓦級超導系統,以應對更大型的商業航空器。

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Henderson 是 TechRitual Hong Kong 科技編輯,專注報導智能手機、消費電子產品、SIM 卡及流動通訊市場。自加入 TechRitual 以來,累計撰寫數千篇科技報導及產品評測,內容同步發佈至 SINA 及 Yahoo Tech 等主要平台。