使用超导材料制造喷气发动机可能为长期降低飞机排放提供一种途径。研究人员已经确定,超导涡轮机将足够轻便且动力强劲,能够依靠来自清洁燃烧氢燃料电池或消耗相对少量化石燃料的发电机产生的电力运行。
佛罗里达州塔拉哈西的佛罗里达农工大学和佛罗里达州立大学的机电工程师菲利普·马森表示,尽管开发这种技术成本高昂,“但我非常有信心,它将成为一个可行的选择。”
飞机在全球温室气体排放中所占比例越来越大,截至 2003 年,约占美国总量的 3%。喷气发动机点燃空气和喷气燃料的混合物,从而旋转涡轮机产生推力。马森说,更高效的燃气涡轮机可能会减少 10% 到 15% 的燃料消耗,但这还不足以使其实现温室气体零排放。
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美国国家航空航天局和国防部资助了马森及其同事设计一种电动喷气发动机,该发动机将使用相反的磁体来旋转涡轮机。马森说,基于传统磁体的发动机要达到相同的功率,其重量将是当前燃气涡轮机的数倍,且燃油效率也会更低。
然而,超导磁体将具有更高的效率和更大的功率,且尺寸更小。当冷却至 77 开尔文(零下 321 华氏度)或更低温度时,所谓的陶瓷 YBCO(钇钡铜氧化物)等高温超导体开始无电阻地导电,从而产生强大的磁场而不会浪费能量。
他和同事在《超导科学与技术》杂志上报告称,液氢(20 开尔文,或零下 424 华氏度)既可以冷却超导体,又可以为氢燃料电池供电,从而使电流通过超导体。马森表示,根据他们的设计,一个 YBCO 涡轮机可以产生相当于单引擎塞斯纳飞机的动力,而质量大约只有一半。他说,商用飞机可能需要化石燃料发电机来磁化超导体。
马森说,制造超导喷气发动机将需要在燃料电池和其他电子设备方面取得改进,而且仅原型机的价格就可能高达 100 万至 200 万美元,这可能会使超导涡轮机在一段时间内仍停留在地面上。“市场太小了,没人愿意投资。”