Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) arbeiten aktuell an einem Elektromotor mit einer Leistung von einem Megawatt, der den Weg für den Übergang des Flugverkehrs zur Elektromobilität ebnen könnte. Obwohl diese Technologie noch getestet wird, zeigt sie die Möglichkeit, die CO2-Emissionen in der Luftfahrt signifikant zu reduzieren. Ein denkbares Einsatzgebiet dieser Technologie könnte beispielsweise in größeren Passagierflugzeugen liegen.

Elektromobilität für Flugzeuge

Bisher war der vollelektrische Flug nur für kleine Flugzeuge möglich, die Elektromotoren mit einer Leistung von mehreren hundert Kilowatt verwenden. Das neue MIT-Projekt soll die Lücke zu größeren Verkehrsflugzeugen schließen und erfordert die Entwicklung eines Motors im Megawattbereich.

Der innovative MIT-Motor wird speziell für vollelektrische Anwendungen entwickelt. Er könnte mit einer Batterie oder einer Brennstoffzelle kombiniert werden, um elektrische Energie in mechanische Arbeit umzuwandeln und die Propeller eines Flugzeugs anzutreiben.

Der Motor hat auch das Potenzial, zusammen mit einem herkömmlichen Turbofan-Triebwerk in einem hybriden Antriebssystem zu arbeiten und in bestimmten Flugphasen elektrischen Schub zu liefern. Der Projektleiter und MIT-Professor Zoltan Spakovszky betont die zentrale Rolle der Megawatt-Motoren beim Wandel der Luftfahrt zur Elektromobilität.

„Das ist harte Ingenieursarbeit“

Der ein-Megawatt-Motor ist zwar sehr leistungsstark, soll aber auch leicht genug sein, um in Passagierflugzeuge eingebaut zu werden. Dieses Gleichgewicht zu erreichen, stellt aufgrund der natürlichen Eigenschaften von Elektromotoren eine große Herausforderung dar.

Vor allem die Kupferspulen und der Magnetrotor für größere Motoren sind schwer und erzeugen viel Wärme, so dass Kühlelemente erforderlich sind, die Größe und Gewicht des Systems weiter erhöhen. Spakovszkys Team hatte daher die Aufgabe, eine effiziente, leichte und kompakte Konstruktion zu entwickeln.

„Das ist harte Ingenieursarbeit, bei der es darum geht, die einzelnen Komponenten zu optimieren, sie miteinander kompatibel zu machen und gleichzeitig die Gesamtleistung zu maximieren“, zitiert SciTechDaily. „Das bedeutet, dass wir die Grenzen in den Bereichen Materialien, Fertigung, Wärmemanagement, Strukturen und Rotordynamik sowie Leistungselektronik verschieben müssen.“

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Daraus besteht der Motor

Zu den Hauptkomponenten des MIT-Elektromotors gehören ein Hochgeschwindigkeitsrotor mit Magnetanordnung, ein kompakter, verlustarmer Stator mit komplexen Kupferwicklungen, ein fortschrittlicher Wärmetauscher und ein verteiltes Leistungselektroniksystem mit 30 speziell angefertigten Leiterplatten.

„Es handelt sich um eine Hochgeschwindigkeitsmaschine, und um sie in Drehung zu halten und gleichzeitig ein Drehmoment zu erzeugen, müssen sich die Magnetfelder sehr schnell bewegen, was wir durch unsere mit hoher Frequenz schaltenden Leiterplatten erreichen können“, so Spakovszky.

Elektromotoren sind für ihre Effizienz, geringe Emissionen und geringen Wartungsaufwand bekannt. Sie sind energieeffizient, umweltfreundlich und tendenziell langlebig. Darüber hinaus bieten sie eine sofortige Drehmomentbereitstellung für bessere Beschleunigung und arbeiten leiser als herkömmliche Verbrennungsmotoren, wodurch die Lärmverschmutzung verringert wird.

„Wunderbare Kombination“

Der ultimative Maßstab für den Erfolg dieses Projekts könnte die Skalierbarkeit des ein-Megawatt-Elektromotors sein. Wenn er auf Multi-Megawatt-Systeme skaliert werden kann, könnte das Design den Übergang größerer Passagierflugzeuge zur Elektromobilität erleichtern.

Spakovszky sei optimistisch, was den weiteren Verlauf des Projekts angeht, und betont, wie wertvoll die Zusammenarbeit am MIT ist, wo eine Reihe von Technologien für das Ziel, den Flugzeugantrieb zu revolutionieren, genutzt werden können.

„Die Elektrifizierung von Flugzeugen nimmt stetig zu“, zitiert SciTechDaily auch Phillip Ansell, Direktor des Center for Sustainable Aviation an der University of Illinois Urbana-Champaign, der nicht an dem Projekt beteiligt war. „Das Design dieser Gruppe ist eine wunderbare Kombination aus konventionellen und modernsten Methoden zur Entwicklung elektrischer Maschinen, die sowohl Robustheit als auch Effizienz bieten, um den praktischen Anforderungen der Flugzeuge der Zukunft gerecht zu werden.“

Quelle: SciTechDaily

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