12-фазний двигун: майбутнє електричної авіації

У Німеччині розробили інноваційний 12-фазний електродвигун для авіації

Зростання інтересу до електромобілів природно переносить фокус уваги й на електричну авіацію. Проте, у сфері літакобудування вага є надзвичайно критичним фактором. Велика кількість важких акумуляторів може швидко перевищити межу підйомної сили, роблячи електричні літаки непрактичними або навіть нездатними літати. Додатково, існуючі автомобільні акумулятори мають проблеми з ефективністю при низьких температурах, що є значною перешкодою для авіації.

Революційний 12-фазний електродвигун від Інституту Фраунгофера

На тлі цих викликів група інженерів з німецького Інституту Фраунгофера представила те, що вже називають одним з найцікавіших інженерних рішень сучасності – дванадцятифазний електродвигун, призначений для електричних та гібридних літаків. Цей двигун вражає своїми характеристиками: він має потужність 750 кВт (що еквівалентно 1020 кінським силам) при вазі всього 94 кг. Це дає йому виняткове співвідношення потужності до ваги: 8 кВт/кг або 10,85 к.с./кг.

Хоча його питома потужність не б'є абсолютні рекорди, головна інновація полягає у здатності працювати в 12 фазах, на відміну від звичайної трифазної системи. Конструкція двигуна включає постійні магніти у роторі та обмотки високої щільності у статорі, ефективно розділені на чотири окремі секції. Ці секції просторово взаємопов'язані, але електрично розділені на окремі ланцюги, кожен з яких має власний інвертор.

Кожен із чотирьох ланцюгів працює у трифазному режимі та має свій набір напівпровідників в інверторі, що подають електроенергію. Таким чином, досягається ефект, аналогічний роботі чотирьох окремих двигунів зі своїми ланцюгами та інверторами, які об'єднані в один і механічно приводять в рух той самий ротор. Вони працюють взаємодоповнююче, забезпечуючи високу ефективність.

Надмірність та надійність: ключова перевага для авіації

Основна перевага такої складної, але геніальної конструкції – це виняткова надмірність. У разі відмови одного з чотирьох інверторів, решта три продовжать забезпечувати роботу двигуна. Крутний момент, звісно, зменшиться приблизно на 25%, але двигун збереже здатність обертати пропелер і підтримувати політ. Це критично важливо для безпеки в авіації.

Завдяки 12-фазному рішенню та чотирьом окремим ланцюгам досягається така висока надійність без суттєвого збільшення ваги. Інженери вважають, що ця концепція стане абсолютним стандартом для авіації, де наявність двигуна з кількома паралельними компонентами, що гарантують безперервність роботи, є пріоритетом.

Новий двигун розроблений як для повністю електричних, так і для гібридних літаків, демонструючи відмінне співвідношення потужності до ваги. Команда інженерів заявляє, що розробка вже є зрілою. Офіційні випробування заплановані на 2026 рік, після чого можливе його серійне виробництво.

Перші кроки в електричній авіації: огляд моделей

Останніми роками інтерес до електричних літаків значно зріс, і вже було представлено кілька цікавих прототипів та моделей:

• Rolls-Royce (2021 рік): Компанія побудувала прототип, який встановив рекорд швидкості для електричного літака – 555,9 км/год. На цій моделі був встановлений відносно стандартний електродвигун потужністю 544 к.с., достатній для компактних розмірів літака.
• Eviation Alice: Цей літак позиціонувався як перший електричний пасажирський літак, з планами на вантажну версію. Спочатку він оснащувався двома електродвигунами потужністю по 870 к.с. кожен, пізніше потужність була збільшена до 951 к.с. на двигун. Заявлена автономність становила 460 км з додатковим 30-хвилинним запасом ходу. Однак через вагу батарей корисне навантаження було обмежене до 1134 кг, що створювало жорсткі обмеження для пасажирів та багажу. Ці характеристики та відсутність передових технологій призвели до призупинення розробки та звільнення майже всіх співробітників у лютому 2025 року через брак інвестицій.
• Heart ES-30 (Швеція): Оснащений чотирма електродвигунами потужністю близько 750 кВт кожен (загалом приблизно 1000 к.с.). Літак мав турбогенератор на авіаційному паливі у хвостовій частині для забезпечення резервної автономності. З п'ятьма тоннами батарей на борту, він розрахований на 30 місць для регіональних рейсів із заявленою автономністю 200 км, плюс 200 км від генератора.
• EcoPulse (2023 рік): Прототип, розроблений Airbus у співпраці з двома іншими компаніями, був представлений як гібрид, де турбогвинтовий двигун частіше залучався до процесу руху.
• Pyka Pelican (2023 рік): Цей безпілотний вантажний електричний літак був надкомпактним, з дуже малим корисним навантаженням – 181,4 кг при об'ємі вантажу 1,87 кубічних метрів. Існує також більш популярна версія для обприскування в сільському господарстві. Поширення цих літаків поки що обмежене.
• Electra EL9: Електричний літак на 9 пасажирів, що вирізняється надзвичайно короткою злітно-посадковою смугою – всього 45 метрів. Окрім батарей, він також оснащений турбогенератором та включає кілька цікавих аеродинамічних рішень.
• Літак Келіна Гологана (2025 рік, Швейцарія): Румунський інженер Келін Гологан створив електричний літак, що працює на фотоелектричних панелях, який встановив новий світовий рекорд висоти. Це був більше демонстраційний проєкт, але він був повністю функціональним і досяг рекордних показників у реальних умовах.

Перспективні розробки в електричній авіації

Крім вже існуючих моделей, активно розробляються й нові концепції:

• Elysian Aircraft E9X (Нідерланди): Нідерландський стартап Elysian Aircraft представив оновлений концепт електричного літака E9X. Він розрахований на перевезення від 90 до 100 пасажирів на відстань понад 750 кілометрів, з планами збільшити цей показник до приблизно 1000 кілометрів у міру розвитку акумуляторних технологій.
• Air New Zealand та BETA Technologies (Нова Зеландія): У Новій Зеландії авіакомпанія Air New Zealand та американська компанія BETA Technologies запустили чотиримісячну програму тестування повністю електричного літака. Модель BETA ALIA CX300 призначена для вантажних перевезень.