Передовая система электродвигателя на основе карбида кремния успешно обеспечила питание гибридного самолета Cessna 337 в том, что исследователи называют крупным шагом вперед для устойчивой авиации. Экспериментальная технология привода двигателя Power Group Университета Арканзаса, подробно описанная в результатах исследования, опубликованных на этой неделе в IEEE Transactions on Power Electronics, демонстрирует, что полупроводники нового поколения могут значительно снизить вес воздушного судна и энергопотребление.
Революционная технология взлетает
Испытательный полёт 2023 года в Южной Калифорнии ознаменовал собой первый случай, когда университетская исследовательская группа успешно применила технологию силовой установки на основе карбида кремния в гибридном электрическом самолёте. Модифицированный Cessna 337, обычно используемый для межостровных воздушных такси, был оснащён традиционным бензиновым двигателем в носовой части и экспериментальным электрическим двигателем в хвостовой части.
«Мы были первым университетом, который сделал это для гибридного электрического самолёта. Это наше достижение», — сказал Алан Мантут, заслуженный профессор электротехники и компьютерных наук в Университете Арканзаса и ведущий исследователь проекта.
Инвертор на основе карбида кремния, который преобразует постоянный ток батареи в переменный ток для работы двигателя, переключается в 1000 раз быстрее, чем обычные системы на основе кремния. Это позволяет значительно уменьшить размер и вес вспомогательных компонентов, включая катушки индуктивности, трансформаторы и конденсаторы.
Партнерство с промышленностью ускоряет развитие
Проект, финансируемый Агентством перспективных исследовательских проектов в области энергетики Министерства энергетики США, осуществлялся в партнерстве с аэрокосмической компанией Ampaire и производителем полупроводников Wolfspeed. Компания Ampaire помогала исследовательской группе пройти строгие требования аэрокосмических испытаний, в то время как Wolfspeed предоставила коммерческие силовые модули и экспертизу по интеграции.
Крис Фарнелл, доцент и первый автор исследования, подчеркнул преимущества в пространстве и весе: «Представьте гоночный автомобиль с большим двигателем объемом 350 кубических дюймов, который весит сотни фунтов. Что если бы у вас была та же мощность, но я дал бы вам нечто, что поместится в вашей руке?»
Система с меньшим весом позволяет воздушному судну использовать меньше энергии при взлете и крейсерском полете, в то время как уменьшенный размер создает дополнительное пространство для пассажиров в небольших самолетах, где каждый кубический дюйм имеет значение.
Успешный испытательный полет подтверждает, что технология карбида кремния способна выдержать уникальные вызовы авиации, включая механические вибрации, ударные нагрузки при посадке, электрические проблемы, вызванные высотой, и электромагнитные помехи от быстрого переключения.
Между тем, Университет Арканзаса открыл свою Многопользовательскую исследовательскую и производственную лабораторию карбида кремния в сентябре 2025 года, став первым в Соединенных Штатах производственным предприятием карбида кремния с открытым доступом, предназначенным для исследований и коммерческого прототипирования.
📝 Комментарий блога
В феврале 2023 команда U of A провела успешный испытательный полёт гибридного самолёта с мотор-приводом, разработанным ими (инвертор на основе кремния-карбида, SiC).
В сентябре 2023 проект получил признание: 250 кВт-инвертор на SiC был отмечен как часть списка «R&D 100 Awards» за инновации.
В ноябре 2025 университет публикует «официально» статью с результатами и выделением того, что система компактнее, легче, чем кремниевые аналоги.
🚧 Что предстоит / какие барьеры
В статье U of A отмечается, что хотя SiC-транзисторы переключаются намного быстрее (до 1000× быстрее, чем кремний) и позволяют уменьшить размер/вес поддерживающих компонентов, стоимость производства SiC пока выше, чем у обычного кремния.
В авиации присутствуют специфические требования: вибрации, ударные нагрузки при взлёте/посадке, воздействие высоты на изоляцию из-за сухого воздуха, электромагнитные помехи из-за высокой скорости переключения. Все эти факторы отмечены как вызовы.
Команда указывает, что открывается лаборатория «Multi-User Silicon Carbide Research and Fabrication Laboratory» (на U of A) для продвижения SiC-микроэлектроники/фабрикации как части «моста» между университетом и промышленностью.
🎯 Следующие шаги
Коммерциализация и лицензирование: получение признания (R&D100) означает, что технология считается коммерчески перспективной.
Партнёрство с промышленностью: проект уже сотрудничает с Ampaire Inc. (электрифицированная авиакомпания) и Wolfspeed (производитель SiC-полупроводников).
Расширенные испытания: после первого полёта планируется сбор большего объёма данных, проверка долговечности, соответствия авиационным стандартам.
Увеличение масштаба: переход от тестового самолёта к более значимым коммерческим платформам (например, авиакомпании-воздушные такси, региональные самолёты).
Источники
University of Arkansas engineering researchers test their electric motor drive in successful test flight of hybrid electric aircraft.
📽️https://youtu.be/33U53RpxrKo?si=_Wtu8sjBTxlRdhLW
🔗https://arkansasresearch.uark.edu/smaller-lighter-electric-motor-developed-for-airplane/
🔗https://news.uark.edu/articles/80321/smaller-lighter-electric-motor-developed-for-airplane
Патент № US 10,720,380 B2 (US 10720380) выдан офисом патентов США, «flip-chip wire bondless SiC MOSFETs in a double-side cooled power inverter application».
https://news.uark.edu/articles/55120/researchers-secure-patent-to-improve-efficiency-in-power-electronics
Комментариев нет:
Отправить комментарий