Luftfahrt: MIT-Team entwickelt 1-MW-Elektromotor für Flugzeuge
Viel Leistung bei möglichst geringem Gewicht - das soll das ideale Triebwerk für ein Flugzeug bieten. Bei Elektromotoren ist das bisher schwer. Ein Team des Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat ein Triebwerk entwickelt, das die Elektrifizierung von größeren Flugzeugen ermöglichen soll.
Elektromotoren gibt es seit über 150 Jahren. Je größer dabei Kupferspulen und Magnetrotoren ausfallen, desto mehr Leistung liefert er. Aber er wird auch schwerer. Und je mehr Strom fließt, desto mehr Wärme wird freigesetzt. Das wiederum erfordert Elemente, um die Komponenten zu kühlen. Insgesamt wird das System größer und vor allem schwerer.
"Schwere Sachen passen nicht in ein Flugzeug" , sagte Projektleiter Zoltán Spakovszky(öffnet im neuen Fenster) . "Wir mussten also eine kompakte, leichte und leistungsfähige Architektur entwerfen."
Der Motor hat eine Leistung von 1 MW
Das ist dem Team gelungen: Der Motor hat eine Leistung von etwa 1 Megawatt, seine Hauptkomponenten wiegen weniger als 60 Kilogramm. Das entspricht einer Leistungsdichte von rund 17 Kilowatt pro Kilogramm (kW/kg) und überbietet die Anforderungen, die die US-Luft- und Raumfahrtbehörde National Aeronautics and Space Administration (Nasa) definiert hat. Danach braucht ein Triebwerk eine Leistungsdichte von mindestens 12 kW/kg(öffnet im neuen Fenster) .
Der Hochgeschwindigkeits-Rotor des Aggregats befindet sich außen statt wie sonst üblich innen. Er ist trommelförmig und seine Innenfläche mit Permanentmagneten ausgekleidet. Darin dreht sich der Stator, ein Stahlzylinder, auf dessen Oberfläche sich T-förmige Zähne befinden, die dicht mit Kupferdrähten umwickelt sind. Fließt durch diese Drähte Strom, wird ein starkes Magnetfeld erzeugt, das die Trommel in Rotation versetzt.
Bei voller Leistung erzeugt das System etwa 50 kW Wärme, die abgeführt werden muss. Dafür hat das Team ein Kühlsystem, das in den Stators integriert ist. Es besteht aus komplex geformten Waben aus Aluminium, die mit einem 3D-Drucker aufgebaut wurden.
Schließlich gehört zu dem System noch eine Leistungselektronik. Sie besteht aus 30 speziell angefertigten Leiterplatten, die die Ströme, die durch die Kupferwicklungen des Stators fließen, mit hoher Frequenz ändern. Die Leiterplatten sind eng mit dem Motor gekoppelt, um Übertragungsverluste zu minimieren.
Der Motor kann nach Ansicht des Teams sowohl von Akkus als auch von Brennstoffzellen mit Strom versorgt werden. Auch ein Hybridsystem, bei dem er mit einem herkömmlichen Turbofan-Triebwerk gekoppelt wird, ist denkbar. "Unabhängig vom Energieträger - Akkus, Wasserstoff, Ammoniak oder klimaneutralem Treibstoff - werden Motoren der Megawattklasse einen wichtigen Beitrag dazu leisten, die Luftfahrt grüner zu gestalten" , sagte Spakovszky.
Bisher gibt es noch keinen fertigen Motor. Das Team hat zuerst die Hauptkomponenten gebaut und getestet. Nachdem diese gezeigt haben, dass sie wie vorgesehen funktionieren, soll jetzt der Motor über die normalen Betriebsanforderungen hinausgehen. Als Nächstes will das Team den ersten Motor montieren und ab Herbst testen.