CONVERTIDOR DC DC PARA AVIONES MÁS ELÉCTRICOS

Los convertidores de potencia DCDC ya se utilizan ampliamente en la industria aeroespacial y de defensa. Esto se debe principalmente a la existencia de la red de 28VDC que se encuentra en todos los aviones comerciales, helicópteros, aviones de negocios,… Esta red se utiliza principalmente para alimentar los sistemas secundarios de los aviones, como la aviónica.

En este artículo nos vamos a concentrarse en los convertidores dc-dc bidireccionales aeroespaciales de alta potencia que son un sistema clave en el desarrollo de Aviones Más Eléctricos.

AVIONES MÁS ELÉCTRICOS:

El Aviones Más Eléctricos es una tendencia de diseño que impulsa la integración de más sistemas eléctricos en un diseño de avión tradicional. La razón es de utilizar un sistema eléctrico para mejorar el rendimiento de la aeronave, reducir los costes de mantenimiento y reducir el peso. Hay tres pasos principales en el diseño de aviones más eléctricos

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Un diseño de Aviones Más Eléctricos:

El avión Boeing 787 es el mejor ejemplo para ilustrar este primer paso de desarrollo de MEA( Aviones Más Eléctricos ) . Con el programa 787, Boeing logró eliminar la red de Air Power que históricamente se utilizaba para el sangrado de la aeronave y el deshielo de las alas. Boeing logra esta tecnología a través de la integración de Más Sistemas Eléctricos como el deshielo eléctrico de las alas, el sistema de presión de la cabina eléctrica, el arrancador/generador eléctrico,…

Boeing 787 More Diseño de Aviones Eléctricos

Este nuevo diseño de Aviones Más Eléctricos da como resultado una mayor demanda de potencia en la distribución y conversión. Para optimizar el peso de la red de distribución de energía, Boeing integró una nueva red de 270VDC en el 787.

El diseño del avión Híbrido-Eléctrico:

El segundo paso hacia el Aviones Más Eléctricos es la solución de diseño Híbrido-Eléctrico. La solución consiste en el uso de un motor de combustible tradicional en combinación con un sistema de almacenamiento de alta energía para propulsar la propulsión eléctrica de la aeronave.

Zunum Hybrid-Electric Aircraft

Pocos proyectos están actualmente en desarrollo como Zunum, Airbus – Rolce-Royce, XTI, Bell Helicopter Air Taxi,…. Los actuales aviones en desarrollo que utilizan este diseño pueden tener el tamaño de un avión VTOL de 4 plazas a un avión comercial regional de 100 plazas. El beneficio de esta solución es optimizar el consumo de combustible y el alcance.

El diseño de la aeronave All Electric:

La última y última solución en la tendencia de Aviones Más Eléctricos es el diseño de aviones totalmente eléctricos. Esto significa que el sistema de almacenamiento de energía puede proporcionar la energía necesaria para todas las necesidades de vuelo de la aeronave (propulsión, aviónica, deshielo, cabina,…).

El futuro del transporte por Lilium

La gran limitación de este diseño proviene actualmente del sistema de almacenamiento de energía que aún no se ajusta a la relación potencia/peso requerida para aviones de gran tamaño con todos los requisitos de seguridad aeroespacial. Por otro lado, este diseño es totalmente viable con la tecnología actual para aviones eVTOL (<4 personas). Por ejemplo, Lilium, Joby aero, Vahana (Airbus), Aurora (Boeing), Cora (Kitty Hawk | Google Boeing),….

El Avión Más Eléctrico por el Profesor Patt Wheeler de la Universidad de Nottingham, Reino Unido

OPORTUNIDADES DE FUTURO PARA AVIONES MÁS ELÉCTRICOS:

Aunque todavía nos quedan algunos años de espera antes de presenciar un avión comercial de más de 100 pasajeros volando todo eléctrico, hoy sabemos que los futuros aviones serían más eléctricos . Con esta tendencia iniciada hace algunos años, están surgiendo nuevas oportunidades de mercado en las siguientes categorías:

  • Actuadores electromecánicos
  • Sistema eléctrico de presión de la cabina
  • Deshielo eléctrico
  • Propulsión eléctrica
  • Distribución de energía
  • Conversión de energía (ACDC, DCDC, DCAC)
  • Almacenamiento de energía (tecnologías de baterías, pilas de combustible,…)

OPORTUNIDADES Y DESAFÍOS DE CONVERSIÓN DE ENERGÍA AEROESPACIAL:

Como resultado de las necesidades de aviones más eléctricos, se necesita más energía eléctrica en el diseño de los aviones del futuro. Con este aumento de la demanda de energía, ayudamos a aumentar la capacidad del sistema de almacenamiento de energía que traduce la red de CC de alta potencia en la aeronave. La red de energía de 270VDC introducida en el Boeing 787 es el primer paso de los fabricantes de aviones en esta dirección. Aquí hay una visión general de las futuras necesidades potenciales de la red de CC dependiendo del diseño de la aeronave:

270VDC 1er paso Más Aviones Eléctricos (B787)
600VDC – 1000VDC Aviones eléctricos H- de 10 plazas | 4 plazas eVTOL
2000VDC – 5000VDC +100 asientos H- eléctrico | -100 asientos todos eléctricos

Con este aumento de la red de energía de CC, actualmente somos testigos de nuevas oportunidades en el sistema de conversión de energía (AC DC, DC DC, DC AC).

AC-DC es necesario para la conversión de la generación (motor) a la red de CC.

DC-AC es necesario para la conversión de la red DC a los sistemas AC (propulsión eléctrica, otros sistemas potenciales que no pueden ser alimentados por la red AC tradicional,….).

DC-DC es necesario para la conversión de la red DC a los sistemas DC (Batería, sistemas secundarios,…)

Los desafíos en el equipo de conversión de energía es igualar el rendimiento requerido por los fabricantes de aeronaves. Actualmente estamos viendo equipos en fase de I+D con una relación de 8 kW/kg y un objetivo para el futuro cercano de 15 kW/kg. También estamos viendo un aumento significativo de la demanda de energía en el futuro diseño de Aviones Más Eléctricos.

PROVEEDORES DE EQUIPOS CONVERTIDORES DE CC-DC BIDIRECCIONALES DE ALTA POTENCIA PARA EL SECTOR AEROESPACIAL:

En la actualidad, los convertidores de CC sólo se utilizan en las problemáticas de conversión de los sistemas secundarios. Estos sistemas secundarios con varias entradas de corriente continua necesitan tomar su energía de la red de aviones de 28VDC. La conversión de alta potencia dc- dc aparece con la necesidad de nuevas aeronaves eléctricas o híbridas para convertir la red de alto voltaje DC.

Aquí hay una lista de proveedores de equipos que son susceptibles de avanzar hacia el desarrollo de convertidores bidireccionales de alta potencia de CC y CC para aplicaciones aeroespaciales.

Los actores aeroespaciales tradicionales:

MEGGITT:

Meggitt tiene la comunicación más avanzada a la hora de discutir sobre Aviones Más Eléctricos y nuevas necesidades de energía a medida para proyectos eléctricos o híbridos.

Tienen una página dedicada con varias soluciones para estos aviones incluyendo motores, actuadores, sistemas de energía, baterías,…. Proponen un interesante enfoque de análisis paso a paso para proporcionar una solución completa. Aquí hay más información.

GENERAL ELECTRIC:

GE es quizás el actor tradicional más avanzado en el desarrollo de sistemas de conversión, generación y distribución de energía para aeronaves, incluyendo sistemas de conversión de CC de alta potencia.

Visión de GE para el sistema de CC para el primer paso de MEA

Ellos abrieron en 2012 un centro de investigación para todos los aviones eléctricos e híbridos de potencia electrónica ver artículo. Su actual línea de productos de conversión de energía está integrada en varias aeronaves importantes.

GRUPO SAFRAN:

Con la experiencia combinada de Safran Electronic & Power y Zodiac Electronic & Power, el grupo Safran es un importante proveedor de soluciones de generación, conversión y distribución de energía para aeronaves. Definitivamente están realmente involucrados en el desarrollo de More Electric Aircraft y aquí hay alguna información que publicaron.

TALES:

Tales es un importante proveedor de equipos de conversión, distribución y generación de energía. Están desarrollando sus capacidades en sistemas eléctricos para el Aviones Más Eléctricos. Esto es lo que comunicaron

CRANE AEROESPACIAL Y ELECTRÓNICA

Crane es un proveedor tradicional e histórico de equipos para Airbus, Boeing,… Sus capacidades de CC se encuentran en pequeños dispositivos convertidores de potencia, sistema de gestión de baterías y distribución y gestión de redes de CC que pueden personalizarse y que pueden incluir un módulo de conversión. Más información aquí.

KGS AEROSPACE:

KGS tiene una línea de productos bastante grande de convertidores de potencia, incluyendo convertidores de CC CC. Su producto DC dc se centra en la problemática de la conversión secundaria con un bajo consumo de energía. Más información sobre sus capacidades.

UTC:

El mayor proveedor de equipos aeroespaciales está realmente involucrado en el diseño de More Electric Aircraft. Incluso si están centrando sus esfuerzos en la distribución y generación de energía, siguen siendo un actor interesante para mencionar sobre este tema. Vea su trabajo en el Boeing 787.

ASTRÓNICA:

Astronics Corporation es también un actor tradicional involucrado en la distribución y generación de energía eléctrica para aeronaves. Astronics está particularmente involucrada en los sistemas de conversión de energía de la cabina, como el suministro eléctrico de pasajeros en el asiento, el suministro eléctrico de la cocina, …. La cartera actual de productos de Astronics no muestra el sistema eléctrico para más de 7kW de aplicaciones. Aquí hay más información sobre sus capacidades.

Nuevos jugadores:

SIEMENS:

La empresa alemana ha estado muy activa en los últimos años, mostrando importantes colaboraciones y proyectos de I+D en el desarrollo de vuelos eléctricos. Los principales proyectos en desarrollo son Airbus EfanX, City Airbus, Siemens Magnus eFusion,….

Siemens Magnus efusión

La compañía está centrando sus esfuerzos de desarrollo en el sistema de propulsión eléctrica, conversión de potencia (DC-AC y DCDC), y distribución de potencia para varias clases de potencia.

Tame-Power:

Tame-Power es un proveedor de soluciones de conversión de energía para la industria automotriz con capacidades de personalización aeroespacial. La línea de productos existente de convertidores DC tiene una potencia de salida de 3,5kW a 80kW con refrigeración líquida, por ventilador y natural.

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La lista anterior se actualizará. Si usted es un proveedor de soluciones y no se menciona en este artículo, póngase en contacto con nosotros. Utilice el siguiente formulario de contacto, no olvide mencionar el título del artículo y adjuntar un enlace a la página de capacidades de su empresa.