Ny teknik kan ge lättare flygplan
En jumbojet förbrukar el som ett mindre kraftverk. För att förse planen med all el som behövs krävs stora, tunga generatorer drivna av jetmotorerna och batterier. Forskning vid LTH har i försök visat på betydligt lättare och effektivare generatorer och kraftelektronik, vilket skulle kunna minska vikten på flygplanen rejält. Det gör det möjligt att flyga längre på samma mängd bränsle.
Jonas Andersson – Publicerad den 30 april 2025
Det är mycket i ett flygplan som kräver el, som navigationssystem, lampor, kylning, värme och mycket annat.
– Genereringen av el har traditionell gjorts med gasturbindrivna generatorer, vilka väger mycket och är ganska ineffektiva. För att få lättare plan som förbrukar mindre bränsle behövs effektivare system, säger Mats Alaküla, professor i industriell elektroteknik och automation, som leder forskningen tillsammans med de seniora forskarna Max Collins och Johan Björnstedt.
Tillsammans med GKN, som tillverkar motorer och andra delar till flyg (före detta Volvo flygmotorer), i Trollhättan arbetar man nu med att utveckla nya system som genererar elektrisk energi med effektivare och lättare teknik. Nyligen genomfördes nya lovande försök i ett nytt laboratorium på LTH.
– Gårdagens generatorer levererar 1-2 kilowatt per kilo vikt. Nu hoppas vi på 6-8 kW per kilo eller kanske till och med 10 kW. Testerna som nu gjorts visade överraskande bra resultat, säger Lars Hoffmann, huvudingenjör för elektroniska system på GKN Aerospace Engine Systems.
Stora krav på funktionalitet under extrema förhållanden
Mer effektiv utrustning med högre verkningsgrad kan göra att flygplan kan flyga längre, men också exempelvis hantera tyngre last eller fler passagerare.
I stället för att som traditionellt starta gasturbinerna med tryckluftskompressorer utvecklar man nu flera subsystem med en större grad av elektrifiering och användande av batterier. Den konventionella tekniken har slagit i taket gällande hur mycket effekt man kan använda.
Utvecklingen av nya system ställer stora krav på funktionalitet. Förhållanden för flygplan är besvärliga med temperaturer från 50 minusgrader till 50 plusgrader. Den termiska belastningen, alltså den stress som uppstår på material, kan vara extrem.
– Vi är med och utvecklar framtidens drivsystem för flygtillämpningar, vilka ställer betydligt högre krav än de från eldrivsystem för vägfordon, säger Mats Alaküla.
Mer elektrisk energi i framtidens flygplan
Det finns många runt om i världen som räknar på hur man kan förbättra drivsystemen. Men i den nya testutrustningen på LTH har man kunnat prova styrmetoder under simulerade mycket svåra förhållanden i praktiken. Och resultaten är mycket bra.
– Vi har visat att våra nya laborativa resurser räcker för att klara detta och försöken så här långt är mycket framgångsrika, säger Mats Alaküla.
Max Collins berättar att man vanligtvis använder 400 Hz konstant växelspänning i flygplanens elektriska system. Avsikten med forskningen är att gå över till ett likspänningssystem där modern kraftelektronik, batterier samt elmaskiner med variabel frekvens och spänning används för att effektivisera energianvändningen. Det krävs mycket energi från batterierna när flygplanets gasturbiner ska starta, men väl uppe i luften uppstår ett överskott av energi som kan användas till att ladda batterierna, så att dessa är fulladdade igen när planet landar (beroende på flygsträcka).
– Framtidens flygplan använder betydligt mer elektrisk energi. Det ställer höga krav på tillförlitlighet och prestanda hos batterierna, kraftelektroniken och elmaskinerna. De kan ju inte sluta fungera under en flygning, säger han.
Lars Hoffmann säger det är tack vare det nya labbet och den starka forskningen som bedrivs på LTH som försöken blivit möjliga.
– De har gjort ett strålande jobb. Vi bryter ny mark, säger han.
Detta är än så länge grundläggande forskning, innan det finns flygplan som faktiskt flyger med denna typ av utrustning krävs betydligt mer utveckling.
Ökad kapacitet ger nya möjligheter
I och med renoveringen av M-huset har avdelningen Industriell elektroteknik och automation fått betydligt ökad kapacitet i sitt labb. Det är detta som har möjliggjort de nya försöken. Nu kan man i forskningen använda betydligt mer elektrisk effekt och större och bättre batterier i testsystemen. Detta har bland annat blivit verklighet tack vare ett nära samarbete med Comsys, ett bolag som startats av tidigare LTH-studenter. I labbet forskar man bland annat även på solceller och mikronät. GKN har köpt in den testrigg som användes i försöken som det återges för i artikeln.