NASA電動航空機テストベッド（NEAT）は、オハイオ州プラムブルック基地にあるNASAの再構成可能なテストベッドであり、小型の1人乗りまたは2人乗り航空機から最大20MW（27,000馬力）の旅客機まで、電動航空機用電力システムの設計、開発、組み立て、試験に使用されています。[1] NASA研究契約（NRA）は、電気推進コンポーネントの開発に使用されています。これらのコンポーネントは2019年に完了し、NASA内部の作業は2020年までに完了する予定です。[更新が必要]その後、メガワット規模の駆動システムに組み立てられ、ナローボディサイズのNEATで試験されます。[2]
機械
イリノイ大学は、ロールスロイス・リバティワークスの電気可変エンジン・ターボファンをバッテリーで駆動し、パラレルハイブリッドの地上走行、離陸、アイドル降下を行うために、毎分18,000回転する1メガワットの永久磁石同期モーターを開発しています。オハイオ 州立大学は、300kWおよび1メガワットのプロトタイプモーター、毎分2,700回転、直径1メートル（3.3フィート）、2.7メガワットの液冷リング誘導モーターを製造しており、5,000回転、10メガワットのターボファン一体型リングモーターを設計しました。これらの電気機械は13kW/kgと93%以上の効率を目標としており、NASAグレン研究センターは16kW/kgを目標とし、98%以上の効率を持つ超伝導電気機械を開発しています。直径0.4m、6,800rpm、1.4メガワットの巻線界磁同期モータで、自己冷却式の高温超伝導回転子巻線を使用しています。[2]
電圧
現在使用されている最高電圧は540（±270）ボルトですが、メガワット規模の電力を配電するには、より小型で軽量な電線に流す電流を減らすために、より高い電圧が必要になります。150フィート（46メートル）を超える1メガワットの送電には、540Vで900kgの重量が必要ですが、2,000V DCでは200kgにまで軽量化されます。近い将来、ハイブリッドシステムでは1,000～3,000ボルト、完全ターボ電気式の大型航空機では5,000～10,000ボルトが必要になるでしょう。これは船舶の電力システムと同様ですが、低気圧では海面よりもはるかに低い電圧でアークが発生します。 [2]
インバーター
バッテリー電源は直流配電を使用しますが、ガスタービン電源は交流も供給できるため、モーターの速度とトルクを制御するために、直流を制御された可変周波数交流に変換する 電力変換器、主にインバータが必要になります。炭化ケイ素（SiC）および窒化ガリウム（GaN）スイッチは、より高い周波数で動作し、損失が少ないため、効率が向上します。GE は、SiCスイッチと1.7kW MOSFETパワーモジュールを使用して、2,400ボルト直流、1メガワットのインバータを開発しています。イリノイ大学は、GaNベースの電界効果トランジスタスイッチを使用して、1メガワットまで拡張可能な1,000ボルト直流、200kWの「フライングコンデンサ」を開発しています。どちらも液体冷却式で、99%の効率で19kW/kgを目標としているが、ボーイング社は市販のシリコン半導体を使用して、26kW/kg、99.3%の効率を実現する極低温冷却式1メガワットインバータを開発しており、現在は1メガワットインバータの前に液体窒素冷却式200kWインバータを製造している。[2]
参考文献
- ^ デボラ・ロックハート (2016年10月17日). 「電気だ！NASAグレン研究所のエンジニアが次世代の革命航空機をテスト」NASAグレン研究センター.
- ^ abcd Graham Warwick (2017年8月25日). 「NASA、電気推進コンポーネントの実現に一歩近づく」. Aviation Week & Space Technology .
