MOBILIDADE AÉREA URBANA
Aceleração das inovações em mobilidade aérea urbana com soluções de interconexão de alta potência e alta tensão
O primeiro de uma série de whitepapers da TE Connectivity sobre soluções para os desafios de projetos de mobilidade aérea urbana. Por mais de 75 anos, nossa liderança global em tecnologia e fabricação tem apoiado clientes com uma ampla variedade de produtos de conectividade e sensoriamento em projetos de aviação, aeroespaciais, automotivos e de defesa. Com sua experiência em inovação, a TE oferece um portfólio de produtos em constante evolução para lidar com os requisitos significativos de potência de veículos de transporte aéreo.
Oportunidades
O céu é o limite para os projetos de mobilidade aérea urbana que estão inspirando inovações revolucionárias em transporte aéreo. No entanto, como acontece com aeronaves elétricas e híbridas-elétricas em geral, as aeronaves elétricas de decolagem e pouso verticais (eVTOLs), helicópteros, drones comerciais e veículos aéreos pessoais (PAVs) empregam quantidades significativas de energia elétrica para permitir a decolagem do veículo e manter o voo. Como resultado, projetistas enfrentam muitos desafios de interconexão elétrica ao lidar com as altas tensões e saídas de pico de alta potência de motores de propulsão elétrica, inversores, controladores, baterias, sistemas de infoentretenimento e sensores. Para implementar protótipos e produtos de qualidade com rapidez, projetistas precisam antes compreender os desafios do projeto. As tecnologias e experiência da TE ensinam aos projetistas como solucionar esses desafios e a como “seguir o fio”
Desafios
No início de um projeto de design, é importante que as interconexões sejam tratadas de forma holística, como parte do sistema, em vez de considerá-las apenas no final do projeto. CADA CONEXÃO CONTA para dados e energia. Ao longo dos anos, produtos específicos foram introduzidos (e novos designs continuam sendo desenvolvidos) para lidar com os desafios de gerenciamento de energia do transporte aéreo elétrico. As soluções avançadas da TE fornecem recursos que incluem:
Prevenção de descarga elétrica parcial:
Gerenciar altos níveis de energia elétrica é mais fácil no solo do que no ar. Isso ocorre porque a alta tensão pode ionizar o ar, que pode se tornar condutor e produzir uma descarga de corona. O efeito corona é responsável por perdas de energia elétrica através de vãos, cavidades e arborescências elétricas à medida que o isolamento se rompe. A formação de um arco elétrico é o resultado provável. As ocorrências de descarga de corona podem ser minimizadas pela seleção de materiais isolantes adequados.
Evitar danos causados pela formação de arcos de tracking:
Com fontes de alta tensão, traços de carbono (“tracking”) podem se formar na superfície de isolantes poliméricos, fazendo com que o isolante perca as propriedades dielétricas e se torne um transmissor elétrico. Um arco elétrico pode então ocorrer ao longo do caminho condutor, resultando em perda de potência com uma alta probabilidade de ignição. Mais uma vez, materiais de isolamento adequados devem ser usados para evitar o problema.
Lidar com os efeitos do ambiente nas tensões de início e extinção:
Descargas parciais podem ocorrer quando duas partes de um circuito que não estão adequadamente protegidas uma da outra são submetidas a grandes diferenças de tensão. As diferenças de tensão tornam-se mais extremas à medida que a altitude, a temperatura e a frequência aumentam. A tensão inicial é quando o efeito corona começa; a tensão de extinção é quando ela termina. Consequentemente, os sistemas elétricos devem ser protegidos para minimizar diferenciais de tensão críticos encontrados no ambiente operacional
Anular o efeito pelicular:
Ao determinar a blindagem e a filtragem adequadas para compatibilidade eletromagnética (EMC), projetistas devem levar em consideração o efeito pelicular: a tendência da corrente CA de fluir próximo à superfície de um condutor. O efeito pelicular é o resultado de correntes de fuga induzidas pelas alterações nos campos magnéticos da corrente alternada e, portanto, é um fator em quase todos os designs de CA. As trilhas condutoras da placa de circuito impresso (PCB) e outros aspectos dos circuitos de potência CA podem ser projetados para anular o efeito pelicular, mas exigem um planejamento especializado
Gerenciar as restrições de tamanho e peso:
Os componentes usados no armazenamento e gerenciamento de energia elétrica de alta potência podem adicionar peso e volume. Relés e contatores de alta eficiência da TE estão disponíveis para lidar com tensões e amperagens mais altas em espaços compactos, ajudando a cumprir os rigorosos requisitos de tamanho, peso e potência (SWaP) de aeronaves elétricas. A TE aplica a mesma abordagem em suas soluções SWaP para cabos, terminações e conectores.
Gerenciar problemas térmicos:
A dissipação de calor, especialmente em estruturas compostas, pode apresentar desafios. Quando os fios e relés são expostos a temperaturas mais altas, a tensão de ativação (VPI) e a resistência da bobina (RC) são afetadas. Para garantir a estabilidade, é importante determinar as características de estado estável da combinação de temperatura e tensão na qual um relé de CC deverá operar. O mesmo ocorre para aplicações de CA, embora a VPI varie menos em resposta à temperatura do que nos relés de CC.
Controlar o gerenciamento de energia:
A comutação de alta frequência permite a transferência rápida do barramento em caso de perda de potência. Existem diferenças importantes entre a tecnologia híbrida eletromecânica e a tecnologia de comutação de estado sólido que os especialistas da TE podem avaliar para uma determinada aplicação.
Demanda mais alta de confiabilidade:
O número de pousos e decolagens aumentará significativamente com a mobilidade aérea urbana. Isso exigirá ainda mais do sistema de interconexão elétrica. A TE se esforça para entender os novos níveis de confiabilidade e fornecer as recomendações de produtos apropriadas.
SOLUÇÕES
Os projetos de mobilidade aérea urbana se beneficiam da interdisciplinaridade das soluções de gerenciamento de energia da TE, desenvolvidas para os setores automotivo, aeroespacial, de energia e ferroviário. A TE está trabalhando com os grupos de normatização do setor, como a Society of Automotive Engineers (SAE), que estão começando a lidar com os desafios impostos pelos níveis mais altos de potência e tensão. E os especialistas da TE estão diretamente envolvidos em iniciativas que incorporam as expectativas dos clientes para fornecer insights sobre a solução de problemas de potência da aeronave no nível de subsistemas e componentes. Para projetistas, uma metodologia "siga o fio" revela fatores essenciais para a seleção das soluções apropriadas de alta potência e tensão. A TE atende a essas necessidades com famílias bem conhecidas de produtos de gerenciamento de energia:
Relés e contatores de alta tensão KILOVAC:
Desde 1964, os relés e contatores pequenos e leves da linha de produtos KILOVAC têm sido amplamente usados em aplicações aeroespaciais, espaciais e militares. Com uma excelente relação entre tamanho e potência, os relés e contatores de alta tensão KILOVAC oferecem classificações de tensão de até 70 kV CC e classificações de corrente de até 1.000 A. Hermeticamente vedados para uso em ambientes adversos, os produtos KILOVAC funcionam em uma ampla faixa de temperatura e apresentam excelente desempenho contra choques e vibrações, com resistência baixa e estável ao longo da vida útil do contato.
Relés, contatores e dispositivos de comutação Hartman:
A linha de produtos Hartman é amplamente usada na comutação de energia elétrica em aviões e outras aplicações aeroespaciais altamente sofisticadas que exigem componentes muito especializados. Os contatores de CA e CC Hartman têm designs leves e ambientalmente vedados (com gaxetas) que atendem aos requisitos MIL-PRF-6106 aplicáveis e/ou a especificações exclusivas do cliente. Os contatores de CA são classificados em até 500 amperes. Os contatores de CC, leves e de alto desempenho, em até 1.000 amperes. Estruturas hermeticamente vedadas estão disponíveis para condições ambientais mais severas. Várias configurações de contato principal e de contato auxiliar estão disponíveis. Além disso, as unidades modulares de distribuição de energia Hartman ou painéis do tipo backplane podem ser personalizados para aplicações em aeronaves de asa fixa e helicópteros.
Conexões de alimentação de energia e produtos de proteção de vedação ambiental de alto desempenho Raychem:
Desenvolvido há mais de 60 anos pelo engenheiro elétrico Paul Cook, o polímero de reticulação usado na tubulação termo retrátil Raychem e em outros produtos oferece suporte a ciclos repetidos de aquecimento e resfriamento, mantendo o tamanho as e propriedades protetoras originais
Componentes de alto desempenho AMP para a terminação de conexões de energia em backplanes e terminais STRATO-THERM e COPALUM:
Os terminais, emendas e componentes de terminação de fios individuais STRATO-THERM são projetados para temperaturas de até 649 °C (1200 °F). Os terminais vedados e emendas COPALUM Lite são até 60% mais leves do que terminais de cobre convencionais, o que ajuda a reduzir o peso da aeronave.
Conectores DEUTSCH padrão do setor para potência e tensão:
Por mais de 70 anos, os produtos DEUTSCH apresentam um desempenho confiável em exigentes aplicações aeroespaciais, de defesa, de transporte comercial industrial e de automobilismo. Hoje, a linha de produtos DEUTSCH da TE inclui fios, contatos e conectores, incluindo componentes de especificações militares como a série de conectores MIL-DTL-38999 DEUTSCH
Componentes de alto desempenho AMP para a terminação de conexões de energia em backplanes e terminais STRATO-THERM e COPALUM:
Os terminais, emendas e componentes de terminação de fios individuais STRATO-THERM são projetados para temperaturas de até 649 °C (1200 °F). Os terminais vedados e emendas COPALUM Lite são até 60% mais leves do que terminais de cobre convencionais, o que ajuda a reduzir o peso da aeronave.
IMPLEMENTAÇÃO
Com o amplo portfólio de produtos TE, projetistas de mobilidade aérea urbana podem encontrar tecnologias avançadas e confiáveis para alcançar o equilíbrio ideal entre desempenho, custo e tempo de lançamento no mercado. Com uma herança em aplicações automotivas, de energia e aeroespaciais, a TE oferece soluções inovadoras para ajudar a atender aos requisitos mais exigentes. Aproveite nossa experiência em projetar, personalizar, fabricar e implementar todo e qualquer componente ao longo da fiação de uma aeronave conectada: sensores, monitores, disjuntores, outros fios e conjuntos e muito mais. Veja como nossas soluções de alto desempenho permitem que projetos de mobilidade aérea urbana decolem mais rapidamente. Para obter mais informações sobre os relés de alta tensão, contatores e tecnologias relacionadas da TE, consulte nosso Kit Virtual para Desenvolvedores sobre Gerenciamento de Energia para a Energia Alternativa.
