Tysiąc razy szybszy niż tradycyjne rozwiązania
Podstawą sukcesu okazał się węglik krzemu o wyjątkowych właściwościach fizycznych. Elementy wykonane z tego materiału mogą przełączać się nawet tysiąc razy szybciej niż standardowe komponenty krzemowe. W praktyce przekłada się to na mniejsze straty energetyczne, co pozwala zmniejszyć rozmiary i masę całego układu – cewek, transformatorów oraz kondensatorów.
Wyobraź sobie samochód wyścigowy z dużym silnikiem o pojemności 350 cali sześciennych, który waży setki funtów. Co, jeśli miałbyś tę samą moc, ale dałbym ci coś, co zmieściłoby się w twojej dłoni? – tłumaczy Chris Farnell
W kontekście lotnictwa każdy zaoszczędzony kilogram ma fundamentalne znaczenie. Lżejsze komponenty oznaczają mniejsze zużycie paliwa podczas startu i lotu, a także więcej wolnej przestrzeni w kabinie. W przypadku mniejszych maszyn, gdzie każdy centymetr jest dokładnie zaplanowany, takie oszczędności stają się szczególnie istotne. Projektowanie systemów elektrycznych dla samolotów wymaga uwzględnienia zupełnie innych wyzwań niż przy planowaniu rozwiązań naziemnych. Inżynierowie musieli poradzić sobie z ciągłymi wibracjami podczas lotu, gwałtownymi wstrząsami przy lądowaniu oraz zmiennymi warunkami atmosferycznymi.
Na większych wysokościach, gdzie powietrze jest suchsze, wzrasta ryzyko wyładowań elektrostatycznych mogących uszkodzić izolację. Dodatkowo szybsze przełączanie charakterystyczne dla węglika krzemu generuje więcej zakłóceń elektromagnetycznych, które mogą wpływać na pozostałe systemy pokładowe. Udany lot testowy przeprowadzony w 2023 roku wykazał, iż zespół badawczy zdołał skutecznie rozwiązać te problemy.
Przejście z laboratorium do codziennego życia
Zespół UA Power Group z University of Arkansas od lat specjalizuje się w badaniach nad węglikiem krzemu, jednak Alan Mantooth, kierownik projektu, podkreśla wartość testów w rzeczywistych warunkach. Dla naukowców rzadko zdarza się okazja, by sprawdzić swoje rozwiązania poza środowiskiem laboratoryjnym.
Byliśmy pierwszym uniwersytetem, który tego dokonał dla hybrydowego samolotu elektrycznego. To jest nasz powód do dumy – dodaje Mantooth
Czytaj też: Kto wpadł na taki szalony pomysł? Nowa Toyota nie bierze jeńców
Historycznie główną barierą w szerszym zastosowaniu węglika krzemu pozostawały wysokie koszty produkcji. Podczas gdy krzem pozyskuje się bezpośrednio z ziemi, produkcja węglika krzemu wymaga zaawansowanych procesów technologicznych. Sytuacja stopniowo się zmienia, ponieważ rozwój metod wytwarzania prowadzi do obniżenia cen, a mniejsze i lżejsze komponenty pomocnicze finalnie zmniejszają koszt całego systemu.
Nowe możliwości i kształcenie specjalistów
Jesienią ubiegłego roku UA Power Group uruchomiła Multi-User Silicon Carbide Research and Fabrication Laboratory. Nowoczesne laboratorium ma pełnić funkcję pomostu między środowiskiem akademickim a producentami półprzewodników, przyspieszając wdrażanie technologii do przemysłu. Dla studentów zaangażowanych w projekt udział w badaniach okazał się bezcenny. Połączyli pracę naukową z praktycznymi umiejętnościami inżynierskimi, co zaowocowało atrakcyjnymi ofertami pracy w branży. Test hybrydowej Cessny 337 wykracza poza ramy zwykłego eksperymentu akademickiego. Co najważniejsze: demonstruje realny potencjał węglika krzemu w lotnictwie. Gdy koszty produkcji spadną, a sama technologia stanie się bardziej dostępna, możemy spodziewać się stopniowych zmian w projektowaniu systemów napędowych – lżejszych, efektywniejszych i bardziej przyjaznych dla środowiska.