Abstract
Development of all-electric aircraft would enable more efficient, quieter and environmentally friendly vehicles and would contribute to the global reduction of greenhouse gas emissions. However, conventional electric motors do not achieve a power density high enough to be considered in airborne applications. Bulk high temperature superconducting (HTS) materials, such as YBCO pellets, have the capacity of trapping magnetic flux thus behaving as permanent magnets. Experimental data show that one single domain YBCO pellets could trap up to 17 T at 29 K, which enables the design of very high power density motors that could be used in aircraft propulsion. We designed a superconducting motor based on an axial flux configuration and composed of six YBCO plates magnetized by a superconducting coil wound on the outside of the motor. The six-pole homopolar machine uses a conventional air-gap resistive armature. Axial-flux configuration allows several rotors and stators to be stacked together and therefore enables the use of one or several conventional permanent magnet rotors to generate minimum safety torque in case of loss of superconductivity. All-electric aircraft are expected to be powered by fuel cells or turbo-generators fed with pure hydrogen cryogenically stored that would provide the motor with a convenient cooling system at 20 K. This paper presents the design and simulated performance of the motor for an application in aircraft propulsion
چکیده
بهبود هواپیمای تمام الکتریک باعث کارآمدتر و کم صداتر شدن وسایل نقلیه سازگار با محیط زیست می شود و در کاهش جهانی خروج گازهای گلخانه ای نقش دارد. با این حال، موتورهای الکتریکی متداول به شدت نیرویی نمی رسند که به اندازه کافی بالا باشد که در کاربردهای هوایی قابل استفاده باشد. مواد فوق هادی دمای بالا (HTS)، مانند پلت های YBCO ، ظرفیت مهار جریان مغناطیسی را داند و بنابراین به عنوان مگنت های دائمی عمل می کنند. اطلاعات عملی نشان می دهند که پلت های YBCO یک دامنه می تواند تا T17 را در K 29 مهار کند، که امکان طراحی موتورهای با شدت نیروی بسیار بالا فراهم می کند که می تواند در پیشرانش هواپیما به کار رود. ما یک موتور فوق هادی بر اساس یک ساختار جریان محوری طراحی کردیم که از شش صفحه YBCO تشکیل شده است که به وسیله یک سیم پیچ فوق هادی پیچیده شده به بخش بیرونی موتور مغناطیسی می شود. ماشین هم قطبی شش قطبی از یک آرماتور مقاومتی متداول و دارای شکاف هوا استفاده می کند. ساختار جریان محوری امکان روی هم قرار گرفتن چند چرخنده و بخش متحرک و جمع شدن آنها کنار هم را می دهد و بنابراین امکان استفاده از چند چند چرخنده مغناطیسی دائمی برای ایجاد حداقل گشتاور چرخشی ایمن در صورت از بین رفتن فوق هدایت شوندگی فراهم می کند. انتظار این است که نیروی هواپیمای تمام الکتریک با استفاده از سلول های سوختی یا توربو ژنراتورهای تغذیه شده با هیدروژن خالص سرد و نگهداری شده در آن که در K 20 سیستم خنک کننده معمول را تأمین می نماید. این مقاله طرح و عملکرد شبیه سازی شده موتور را برای کاربرد در پیشرانش هواپیما را ارائه می دهد.
واژگان شاخص: هواپیمای تمام الکتریک، پیشرانش الکتریکی، ایجاد گشتاور پیچشی ایمن، موتور فوق هدایت کننده.
1-مقدمه
انتظار می رود که موتورهای با جریان محوری که از مگنت های جریان مهار شده شدت نیرو و کارآیی بسیار زیادی را نشان دهد و بنابراین آنها را تبدیل به گزینه مناسبی برای کاربردهای هوایی می کند. پرنامه هوایی ناسا عبارت است از توسعه هواپیمای unmanned که می تواند به مدتی طولانی در هوا بماند و بنابراین کارآیی را به یک پارامتر کلیدی در طراحی تبدیل می نماید. فوق هدایت شوندگی می تواند منجر به کارآیی بسیار بالا شود، چون سیستم القا هیچ اتلافی ندارد. این امر برای موتورهایی که از مگنت های با جریان مهار شده استفاده می کنند، حتی صحیح تر است. چون پس از مغناطیسی شدن، از رابط های جریان استفاده نمی کند. از این رو بار گرمایی را در دمای پایین کاهش می دهد. مسأله اصلی به دام انداختن جریان است. چون مقادیر زیاد جریان مغناطیسی باید تولید شوند...