根據(jù)全球權(quán)威化合物半導(dǎo)體行業(yè)雜志 Compound Semiconductor 的報(bào)道，美國(guó)阿肯色大學(xué)的工程研究人員在混合動(dòng)力飛機(jī)上采用 SiC 電機(jī)驅(qū)動(dòng)，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(zhuān)精技術(shù)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)做出了重要貢獻(xiàn)。

研究人員開(kāi)發(fā)出采用 SiC 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的混合動(dòng)力飛機(jī)，并成功試飛

像塞斯納 337 這樣的小型飛機(jī)主要用作島嶼地區(qū)和偏遠(yuǎn)地區(qū)的短程飛機(jī)，會(huì)配置兩個(gè)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，可以執(zhí)行高要求的空中推進(jìn)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(dòng)機(jī)都是惡名昭著的高油耗“油老虎”。

在過(guò)去的幾年里，由阿肯色大學(xué)國(guó)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(tuán)隊(duì)參與了一個(gè)雄心勃勃的項(xiàng)目，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)由電池驅(qū)動(dòng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以用來(lái)代替燃油發(fā)動(dòng)機(jī)。

該項(xiàng)目得到了美國(guó)能源部先進(jìn)能源研究計(jì)劃署（Advanced Research Projects Agency – Energy, ARPA-E）“利用獨(dú)創(chuàng)的拓?fù)浣Y(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(jì)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(jì)了一個(gè) 250 千瓦的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，為尾部電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，用于 Ampaire Inc. （一家位于南加利福尼亞州的電動(dòng)飛機(jī)公司）開(kāi)發(fā)的混合動(dòng)力飛機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)。尾部電動(dòng)機(jī)與飛機(jī)前部的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)相結(jié)合，在滑行、起飛、巡航和著陸過(guò)程中推動(dòng)飛機(jī)。 在機(jī)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(zhuān)注于熱管理設(shè)計(jì)，而阿肯色大學(xué)的研究人員則貢獻(xiàn)了電氣、機(jī)械和控制方面的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。 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(zhuān)精技術(shù)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)發(fā)做出了重要貢獻(xiàn)。 Ampaire 指導(dǎo)學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)完成了環(huán)境測(cè)試要求，這些要求源自航空航天硬件標(biāo)準(zhǔn)，是鑒定和驗(yàn)證電機(jī)驅(qū)動(dòng)在試飛過(guò)程中的性能和可靠性所必需的。

經(jīng)過(guò)大約 18 個(gè)月的地面測(cè)試和驗(yàn)證，證明了這項(xiàng)技術(shù)，Ampaire 成功測(cè)試了這架由研究團(tuán)隊(duì)的逆變器技術(shù)賦能的飛機(jī)。試飛于 2 月 20 日在洛杉磯附近的卡馬里奧（Camarillo）機(jī)場(chǎng)進(jìn)行。

Mantooth 表示：“通過(guò)最近的改進(jìn)，我們成功地優(yōu)化了電氣-熱學(xué)-機(jī)械-控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) — 換句話(huà)說(shuō)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的各個(gè)方面現(xiàn)在都得到了同步優(yōu)化。這對(duì)于新興的交通工具電氣化時(shí)代有著重大影響，無(wú)論是飛機(jī)、火車(chē)、汽車(chē)、重型設(shè)備、船舶還是無(wú)人機(jī)。我們對(duì)這項(xiàng)工作感到非常興奮。”

該混合動(dòng)力飛機(jī)于 2022 年在丹佛舉行的 ARPA-E 能源創(chuàng)新峰會(huì)上展出，并接受了美國(guó)能源部長(zhǎng)詹妮弗·格蘭霍姆（Jennifer Granholm）的視察。在經(jīng)過(guò)廣泛的測(cè)試和評(píng)估之后，試飛在 2023 年 ARPA-E 能源創(chuàng)新峰會(huì)（3 月 22 日至 24 日在華盛頓特區(qū)舉辦）之前進(jìn)行。在研究團(tuán)隊(duì)的幫助下，Ampaire 將進(jìn)行更多的試飛，并繼續(xù)收集數(shù)據(jù)以改進(jìn)未來(lái)的設(shè)計(jì)。

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(yàn)平臺(tái)的實(shí)力，為 Ampaire 提供了一個(gè)快速測(cè)試工具，用于在相關(guān)環(huán)境中評(píng)估新興技術(shù)。成功評(píng)估的技術(shù)有機(jī)會(huì)成為 Ampaire 商業(yè)電氣化航空產(chǎn)品路線(xiàn)圖的一部分，并提供更強(qiáng)的能力?！?/p>

ARPA-E 技術(shù)副主任 Isik Kizilyali 表示：“阿肯色大學(xué)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)是第一項(xiàng)在 ARPA-E 混合電動(dòng)飛機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)上成功進(jìn)行飛行測(cè)試的 ARPA-E 技術(shù)，也是 ARPA-E 和 CIRCUITS 計(jì)劃的重要成果之一。在實(shí)際飛行環(huán)境中，在航空平臺(tái)上測(cè)試變革性的電動(dòng)航空技術(shù)，使得可以在現(xiàn)實(shí)世界條件下驗(yàn)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(jī)驅(qū)動(dòng)是 ARPA-E 資助的眾多電動(dòng)航空技術(shù)（例如斷路器、逆變器、電機(jī)、配電系統(tǒng)、電池、燃料電池，甚至高效內(nèi)燃機(jī)等）中的第一個(gè)，這些都將在試飛過(guò)程中進(jìn)行測(cè)試。我們正在致力解決飛機(jī)的電氣化問(wèn)題，以使得我們邁向一個(gè)更加電氣化的未來(lái)?！?

審核編輯 ：李倩