Новый рекорд плотности мощности: электродвигатель массой 94 кг выдаёт 1000 л.с.

Разработка Fraunhofer IISB в рамках программы Clean Aviation нацелена на авиацию и гибридные системы с водородными топливными элементами

Новый электрический двигатель, разработанный Институтом интегрированных систем и технологий устройств Фраунгофера (Fraunhofer IISB), способен выдавать 1000 лошадиных сил при массе всего 94 кг и размерах, сопоставимых с газовым баллоном весом 12,5 кг. Этот двигатель достигает плотности мощности 8 кВт на килограмм, что значительно превышает показатели типичных двигателей для электромобилей (2–4 кВт/кг) и даже передовых авиационных двигателей (5–6 кВт/кг).

Для достижения таких характеристик используется инновационная конструкция с четырьмя трёхфазными обмотками типа hairpin — проводники выполнены не в виде гибкого круглого провода, а в виде жёстких медных шин (прутков), согнутых в форму «шпильки» (U-образно). Это позволяет разместить больше меди в том же объёме, что увеличивает ток и мощность, а также улучшает охлаждение и механическую прочность.

Прямое охлаждение масляным распылением эффективно отводит тепло, что позволяет двигателю работать на более высокой мощности без перегрева. Компактность конструкции делает его особенно подходящим для авиации, где пространство и вес имеют критическое значение.

Для сравнения, Tesla Model S Plaid использует три двигателя для достижения мощности около 1020 лошадиных сил, тогда как этот двигатель достигает почти такого же результата в одиночку.

Ещё одной важной инновацией является использование стали NO15 толщиной всего 0,15 мм, что примерно вдвое тоньше, чем в большинстве электрических двигателей. Тонкая сталь снижает вихревые токи, уменьшая нагрев и повышая эффективность, особенно на высоких скоростях. Новый двигатель способен работать на скорости около 21 000 об/мин.

Двигатель состоит из четырёх независимых секций, каждая из которых имеет собственную обмотку, инвертор и систему управления. Это обеспечивает высокую надёжность: при выходе из строя одной секции остальные продолжают работать, что особенно важно для авиации.

Разработка двигателя велась в рамках проекта AMBER, программы Европейского союза Clean Aviation, направленной на создание гибридных электрических систем с водородными топливными элементами для региональных самолётов. Цель проекта — сократить выбросы углекислого газа в авиации минимум на 30% по сравнению с уровнями 2020 года. В проекте участвуют также Avio Aero с турбовинтовым двигателем Catalyst и GE Aerospace, однако Fraunhofer IISB полностью разработал двигатель от концепции до валидации в соответствии с авиационными стандартами.

Хотя двигатель весом 94 кг и мощностью 1000 лошадиных сил впечатляет, переход от лабораторного прототипа к сертифицированному авиационному оборудованию остаётся сложной задачей. Кроме того, остаётся открытым вопрос, смогут ли водородные топливные элементы обеспечить надёжную работу на региональных маршрутах.

Тем не менее, для отрасли, где прогресс измеряется десятилетиями, этот двигатель представляет собой значительное инженерное достижение.