根據(jù)全球權(quán)威化合物半導(dǎo)體行業(yè)雜志 Compound Semiconductor 的報道，美國阿肯色大學(xué)的工程研究人員在混合動力飛機上采用 SiC 電機驅(qū)動，成功完成試飛。SiC 半導(dǎo)體制造商 Wolfspeed 業(yè)界領(lǐng)先的 SiC 功率模塊和集成專精技術(shù)為電機驅(qū)動的開發(fā)做出了重要貢獻。

研究人員開發(fā)出采用 SiC 電機驅(qū)動的混合動力飛機，并成功試飛

像塞斯納 337 這樣的小型飛機主要用作島嶼地區(qū)和偏遠地區(qū)的短程飛機，會配置兩個燃油發(fā)動機，可以執(zhí)行高要求的空中推進和加速任務(wù)，以及滑行、巡航和著陸等較輕的任務(wù)。但這些發(fā)動機都是惡名昭著的高油耗“油老虎”。

在過去的幾年里，由阿肯色大學(xué)國家可靠電力傳輸中心（National Centre for Reliable Electric Power Transmission , NCREPT）主任 Alan Mantooth 領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊參與了一個雄心勃勃的項目，設(shè)計和開發(fā)由電池驅(qū)動的電機驅(qū)動，可以用來代替燃油發(fā)動機。

該項目得到了美國能源部先進能源研究計劃署（Advanced Research Projects Agency – Energy, ARPA-E）“利用獨創(chuàng)的拓撲結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體材料制造創(chuàng)新可靠的電路（Creating Innovative and Reliable Circuits using Inventive Topologies and Semiconductors, CIRCUITS）”計劃的資助。 Mantooth 與阿肯色大學(xué)研究人員 David Huitink、Yue Zhao 和 Chris Farnell 設(shè)計了一個 250 千瓦的電機驅(qū)動，為尾部電動機提供動力，用于 Ampaire Inc. （一家位于南加利福尼亞州的電動飛機公司）開發(fā)的混合動力飛機試驗平臺。尾部電動機與飛機前部的燃油發(fā)動機相結(jié)合，在滑行、起飛、巡航和著陸過程中推動飛機。 在機械科學(xué)與工程教授 Nenad Miljkovic 的領(lǐng)導(dǎo)下，伊利諾伊大學(xué)的研究人員專注于熱管理設(shè)計，而阿肯色大學(xué)的研究人員則貢獻了電氣、機械和控制方面的專業(yè)知識。 SiC 半導(dǎo)體制造商 Wolfspeed 業(yè)界領(lǐng)先的 SiC 功率模塊和集成專精技術(shù)為電機驅(qū)動的開發(fā)做出了重要貢獻。 Ampaire 指導(dǎo)學(xué)術(shù)團隊完成了環(huán)境測試要求，這些要求源自航空航天硬件標準，是鑒定和驗證電機驅(qū)動在試飛過程中的性能和可靠性所必需的。

經(jīng)過大約 18 個月的地面測試和驗證，證明了這項技術(shù)，Ampaire 成功測試了這架由研究團隊的逆變器技術(shù)賦能的飛機。試飛于 2 月 20 日在洛杉磯附近的卡馬里奧（Camarillo）機場進行。

Mantooth 表示：“通過最近的改進，我們成功地優(yōu)化了電氣-熱學(xué)-機械-控制系統(tǒng)的設(shè)計 — 換句話說，電機驅(qū)動的各個方面現(xiàn)在都得到了同步優(yōu)化。這對于新興的交通工具電氣化時代有著重大影響，無論是飛機、火車、汽車、重型設(shè)備、船舶還是無人機。我們對這項工作感到非常興奮。”

該混合動力飛機于 2022 年在丹佛舉行的 ARPA-E 能源創(chuàng)新峰會上展出，并接受了美國能源部長詹妮弗·格蘭霍姆（Jennifer Granholm）的視察。在經(jīng)過廣泛的測試和評估之后，試飛在 2023 年 ARPA-E 能源創(chuàng)新峰會（3 月 22 日至 24 日在華盛頓特區(qū)舉辦）之前進行。在研究團隊的幫助下，Ampaire 將進行更多的試飛，并繼續(xù)收集數(shù)據(jù)以改進未來的設(shè)計。

Ampaire 首席技術(shù)官兼工程副總裁 Ed Lovelace 表示：“由 ARPA-E 所支持的飛行試驗平臺的實力，為 Ampaire 提供了一個快速測試工具，用于在相關(guān)環(huán)境中評估新興技術(shù)。成功評估的技術(shù)有機會成為 Ampaire 商業(yè)電氣化航空產(chǎn)品路線圖的一部分，并提供更強的能力。”

ARPA-E 技術(shù)副主任 Isik Kizilyali 表示：“阿肯色大學(xué)的電機驅(qū)動是第一項在 ARPA-E 混合電動飛機試驗平臺上成功進行飛行測試的 ARPA-E 技術(shù)，也是 ARPA-E 和 CIRCUITS 計劃的重要成果之一。在實際飛行環(huán)境中，在航空平臺上測試變革性的電動航空技術(shù)，使得可以在現(xiàn)實世界條件下驗證該技術(shù)，這將大大加快該技術(shù)的采用。阿肯色大學(xué)的電機驅(qū)動是 ARPA-E 資助的眾多電動航空技術(shù)（例如斷路器、逆變器、電機、配電系統(tǒng)、電池、燃料電池，甚至高效內(nèi)燃機等）中的第一個，這些都將在試飛過程中進行測試。我們正在致力解決飛機的電氣化問題，以使得我們邁向一個更加電氣化的未來。”

審核編輯 ：李倩