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Jun 27, 2023

Motor elétrico de megawatt projetado por engenheiros do MIT pode ajudar a eletrificar a aviação

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A enorme pegada de carbono da aviação poderá diminuir significativamente com a eletrificação. Até o momento, porém, apenas pequenos aviões totalmente elétricos decolaram. Seus motores elétricos geram centenas de quilowatts de energia. Para eletrificar jatos maiores e mais pesados, como aviões comerciais, são necessários motores em escala de megawatts. Estes seriam impulsionados por sistemas de propulsão híbridos ou turboelétricos, onde uma máquina elétrica é acoplada a um motor aeronáutico de turbina a gás.

Para satisfazer esta necessidade, uma equipa de engenheiros do MIT está agora a criar um motor de 1 megawatt que poderá ser um trampolim fundamental para a electrificação de aeronaves maiores. A equipe projetou e testou os principais componentes do motor e demonstrou, por meio de cálculos detalhados, que os componentes acoplados podem funcionar como um todo para gerar um megawatt de potência, com peso e tamanho competitivos com os atuais pequenos motores aeronáuticos.

Para aplicações totalmente elétricas, a equipe prevê que o motor possa ser combinado com uma fonte de eletricidade, como uma bateria ou célula de combustível. O motor poderia então transformar a energia elétrica em trabalho mecânico para alimentar as hélices de um avião. A máquina elétrica também poderia ser combinada com um motor a jato turbofan tradicional para funcionar como um sistema de propulsão híbrido, fornecendo propulsão elétrica durante certas fases do vôo.

“Não importa o que usamos como transportador de energia – baterias, hidrogênio, amônia ou combustível de aviação sustentável – independentemente de tudo isso, os motores da classe megawatt serão um facilitador essencial para tornar a aviação mais ecológica”, diz Zoltan Spakovszky, professor da T. Wilson. em Aeronáutica e o Diretor do Laboratório de Turbinas a Gás (GTL) do MIT, que lidera o projeto.

Spakovszky e membros de sua equipe, juntamente com colaboradores da indústria, apresentarão seus trabalhos em uma sessão especial do Instituto Americano de Aeronáutica e Astronáutica – Simpósio de Tecnologias de Aeronaves Elétricas (EATS) na conferência de Aviação em junho.

A equipe do MIT é composta por professores, alunos e pesquisadores do GTL e do Laboratório de Sistemas Eletromagnéticos e Eletrônicos do MIT: Henry Andersen Yuankang Chen, Zachary Cordero, David Cuadrado, Edward Greitzer, Charlotte Gump, James Kirtley, Jr., Jeffrey Lang , David Otten, David Perreault e Mohammad Qasim, juntamente com Marc Amato da Innova-Logic LLC. O projeto é patrocinado pela Mitsubishi Heavy Industries (MHI).

Coisa pesada

Para evitar os piores impactos das alterações climáticas induzidas pelo homem, os cientistas determinaram que as emissões globais de dióxido de carbono devem atingir zero até 2050. Cumprir esta meta para a aviação, diz Spakovszky, exigirá “conquistas de mudança radical” na concepção de sistemas não convencionais. aeronaves, sistemas de combustível inteligentes e flexíveis, materiais avançados e propulsão eletrificada segura e eficiente. Várias empresas aeroespaciais estão focadas na propulsão eletrificada e no projeto de máquinas elétricas em escala de megawatts que sejam potentes e leves o suficiente para impulsionar aeronaves de passageiros.

“Não existe solução mágica para que isso aconteça e o diabo está nos detalhes”, diz Spakovszky. “Esta é uma engenharia difícil, em termos de co-otimização de componentes individuais e torná-los compatíveis entre si, maximizando o desempenho geral. Para fazer isso significa que temos que ultrapassar os limites em materiais, fabricação, gerenciamento térmico, estruturas e rotordinâmica, e eletrônica de potência”.

Em termos gerais, um motor elétrico usa força eletromagnética para gerar movimento. Motores elétricos, como aqueles que alimentam o ventilador do seu laptop, usam energia elétrica – de uma bateria ou fonte de alimentação – para gerar um campo magnético, normalmente através de bobinas de cobre. Em resposta, um ímã, colocado próximo às bobinas, gira na direção do campo gerado e pode acionar um ventilador ou hélice.