NASA 電動航空機テストベッド

NASA電動航空機テストベッド（NEAT）は、オハイオ州プラムブルックステーションにあるNASAの再構成可能なテストベッドであり、小型の1人乗りまたは2人乗りの航空機から最大20MW（27,000馬力）の旅客機まで、電動航空機電源システムの設計、開発、組み立て、テストに使用されます。^[1] NASA研究契約（NRA）は、電気推進コンポーネントの開発に付与されています。これらは2019年に完了し、NASA内部の作業は2020年までに完了し、^{[更新が必要]、}その後、メガワット規模の駆動システムに組み立てられ、ナローボディサイズのNEATでテストされます。^[2]

イリノイ大学は、ロールスロイス社製リバティワークス社の電動可変エンジンターボファンをバッテリーで駆動し、並列ハイブリッド機の地上走行、離陸、アイドル降下を行うために、毎分18,000回転する1メガワットの永久磁石同期モーターを開発している。 オハイオ州立大学は、毎分2,700回転、直径1メートル（3.3フィート）、2.7メガワットの液冷リング誘導モーターなど、300kWおよび1メガワットのプロトタイプモーターを製造しており、毎分5,000回転、10メガワットのターボファン一体型リングモーターを設計した。これらの電気機械は13kW/kgと93%以上の効率を目標としており、NASAグレン研究センターは16kW/kgを目標とし、98%以上の効率を持つ超伝導電気機械を開発している。これは、自己冷却式の高温超伝導回転子巻線を使用した、直径0.4m、6,800rpm、1.4メガワットの巻線界磁同期モータである。^[2]

現在使用されている最高電圧は540（±270）ボルトですが、メガワット規模の電力を配電するには、より小型で軽量な電線に流す電流を減らすために、より高い電圧が必要になります。1メガワットで150フィート（46メートル）を超えるには、540Vで900kgが必要ですが、2,000V DCでは200kgまで減ります。近い将来、ハイブリッドでは1,000～3,000ボルト、完全ターボ電気の大型航空機では5,000～10,000ボルトが必要になります。これは船舶の電力システムと同じですが、低圧では海面よりもはるかに低い電圧でアークが発生します。 ^[2]

バッテリー電源は直流配電を使用するが、ガスタービン電源は交流も可能で、モーターの速度とトルクを制御するために直流を制御された可変周波数交流に変換する 電力変換器、主にインバータが必要となる。炭化ケイ素（SiC）および窒化ガリウム（GaN）スイッチは、より高い周波数で動作し、損失が少ないため、効率が向上する。GE は、SiCスイッチと1.7kW MOSFETパワーモジュールを使用して、2,400ボルト直流、1メガワットのインバータを構築している。イリノイ大学は、GaNベースの電界効果トランジスタスイッチを使用して、1メガワットまで拡張可能な1,000ボルト直流、200kWの「フライングコンデンサ」を構築している。どちらも液体冷却式で、99%の効率で19kW/kgを目標としているが、ボーイングは市販のシリコン半導体を使用して26kW/kg、99.3%の効率を実現する極低温冷却式1メガワットインバータを開発しており、現在は1メガワットインバータの前に液体窒素冷却式200kWインバータを製造している。^[2]