Создание сверхпроводниковых электрических машин с высокой удельной мощностью для перспективных более/полностью электрических самолетов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-19-01269

НазваниеСоздание сверхпроводниковых электрических машин с высокой удельной мощностью для перспективных более/полностью электрических самолетов

Руководитель Ковалев Константин Львович, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" , г Москва

Конкурс №18 - Конкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-306 - Инженерно-физические проблемы электротехники и технической сверхпроводимости

Ключевые слова более электрифицированный самолет, ВТСП, сверхпроводимость, электрогенератор, авиационный генератор, электромеханика

Код ГРНТИ45.29.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Целью работы является разработка и создание основ расчета и проектирования новых типов электрических машин на основе высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) второго поколения (ВТСП-2) для более/полностью электрических самолетов (БЭС/ПЭС). Также целью работы является разработка, проектирование, изготовление макета ВТСП-2 электрической машины с существенно улучшенными массогабаритными характеристиками для БЭС/ПЭС. Исследования по разработке и созданию новых типов ПЭС в последние годы активно ведутся в России и за рубежом. Как показывают исследования, наиболее перспективными энергоустановками и двигателями для ПЭС являются электрические машины на основе эффекта сверхпроводимости (СП). При использовании СП технологий возможно снижение расхода топлива и увеличение КПД средне- и дальнемагистральных самолетов. Одной из концепций ПЭС является летательный аппарат (ЛА) с гибридной силовой установкой. В такой схеме высокооборотная газовая турбина приводит во вращение электрогенератор классической конструкции, либо сверхпроводниковый. Преимуществом ВТСП синхронных генераторов является то, что они обладают существенно меньшей массой (до 6 раз) и размерами (в 3-4 раза) и увеличенным КПД по сравнению с традиционными аналогами. Электрическая энергия от ВТСП генераторов через преобразователи частоты подается на маршевые ВТСП электродвигатели. Применение высокотемпературных сверхпроводников в составе электрической машины позволяет увеличить значения удельной мощности до 10–15 кВт/кг, что является необходимым требованием для создания подобной системы, в то время как величина удельной мощности лучших авиационных электрических машин традиционного исполнения находится на уровне не выше 4 кВт/кг. Распределенная схема привода несущих винтов может быть выполнена с помощью достаточно большого количества маршевых двигателей, что обеспечит более высокую маневренность и живучесть ЛА. При реализации данной схемы возможно многократное резервирование генерирующих мощностей ПЭС, а также повышение КПД и экологичности ЛА гражданского и военного назначения. Немаловажным преимуществом является также снижение шума (в десятки раз) традиционного авиадвигателя при замене его электродвигателем. При этом может быть сохранена или даже увеличена степень двухконтурности. ВТСП электрические машины с повышенной удельной мощностью являются новыми типами электрических машин, для разработки и создания которых необходимо проведение фундаментальных и прикладных научных исследований. Данная работа предполагает создание методик расчета и проектирования ВТСП электрических машин с удельной мощностью более 10 кВт/кг для ПЭС с учетом электромагнитных, тепловых и механических процессов, а также создание макета такой электрической машины.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Дежин Д.С.,Ильясов Р.И., Ковалев К.Л. HTS inductor electric machine with combined excitation IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Volume 194, Issue 5, Номер статьи 052007 (год публикации - 2018)
10.1088/1755-1315/194/5/052007

2. Дежин Д.С.,Иванов Н.С., Ковалев К.Л.,Кобзева И.Н., Семенихин В.С System Approach of Usability of HTS Electrical Machines in Future Electric Aircraft IEEE Transactions on Applied Superconductivit, Том 28, Выпуск 4, Номер статьи 8239830 (год публикации - 2018)
10.1109/TASC.2017.2787180

3. Модестов К.А., Ковалев К.Л.,Дубенский А., Журавлев С.В Brushless Nonsteel HTS Generator with Combined Excitation with Trapped Field Plates on the Rotor IEEE Transactions on Applied Superconductivity, Том 28, Выпуск 4, Номер статьи 8272455 (год публикации - 2018)
10.1109/TASC.2018.2799327

4. Ковалев К.Л., Пенкин В.Т., Иванов Н.С., Некрасова Ю.Ю., Ильясов Р.И.,Дежин Д.С., Журавлев С.В Перспективы применения сверхпроводниковых устройств на борту полностью электрического самолета с гибридной силовой установкой Электричество, номер 10, страницы 45-53 (год публикации - 2018)
10.24160/0013-5380-2018-10-45-53

5. С.В.Журавлев, Б.С.Зечихин, Н.С.Иванов, Ю.Ю.Некрасова, А.Е. Ларионов Аналитическая методика расчета магнитного поля в активной зоне электрических машин со сверхпроводящими обмотками индуктора и якоря ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО АВИАЦИОННОГО ИНСТИТУТА, Том 25, номер 4 (год публикации - 2018)

6. ЗЕЧИХИН БОРИС СЕМЕНОВИЧ, ЖУРАВЛЕВ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ, МИСЮТИН РОМАН ЮРЬЕВИЧ АВИАЦИОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ Электричество, Номер 6, страница 49-59 (год публикации - 2018)
10.24160/0013-5380-2018-6-49-59

7. Пенкин В. Т., Здорова М. В., Некрасова Ю. Ю., Задачин А. В., Ахунов М. Т. К ВОПРОСУ О ВЫБОРЕ ГЛАВНЫХ РАЗМЕРОВ СВЕРХПРОВОДНИКОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА ДЛЯ ПРИВОДА ВИНТА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ЭЛЕКТРОНИКА И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ТРАНСПОРТА, номер 4, страницы: 38-42 (год публикации - 2019)

8. Колесов К. А., Дежин Д. С., Ларионов А. Е. СХЕМА ПИТАНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВЫХ КАТУШЕК БЕСКОНТАКТНЫМ СПОСОБОМ Электричество (год публикации - 2020)

9. Журавлев С.В., Зечихин Б.С., Иванов Н.С., Некрасова Ю.Ю. Analytical calculation of the magnetic field in electrical machines with HTS excitation and armature windings MATERIALS RESEARCH EXPRESS, Том: 6 Выпуск: 7 Номер статьи: 076001 (год публикации - 2019)
10.1088/2053-1591/ab18be

10. Ковалев К.Л., Пенкин В.Т., Иванов Н.С., Кошелева Н.А., Сероваев Г.С. Multidisciplinary Approach to the Design of Superconducting Electrical Machines IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Том 581, номер 1,номер статьи 012012 (год публикации - 2019)
10.1088/1757-899X/581/1/012012

11. Пенкин В.Т., Ковалев К.Л. Синхронные электрические машины с композитными и объемными сверхпроводниками в роторе для транспортных систем Издательство МАИ, Монография, 216 стр., 500 экз. (год публикации - 2018)

12. Ковалев К.Л., Некрасова Ю.Ю.,Иванова Н.С., Журавлев С.В. DESIGN OF ALL-SUPERCONDUCTING ELECTRICAL MOTOR FOR FULL ELECTRIC AIRCRAFT IEEE 2019 International Conference on Electrotechnical Complexes and Systems (ICOECS), стр.362-366 (год публикации - 2019)

13. Ковалев К., Иванов Н.,Кобзева И., Тулинова Е. High specific power HTS electric machines Przeglad Elektrotechniczny, Том 93, Выпуск 11, Стр. 125-128 (год публикации - 2017)
10.15199/48.2017.11.27

14. Дежин Д.С., Ковалев К.Л., Вержбицкий Л.Г.,Козуб С.С., Фирсов В.П. Design and Testing of 200 kW Synchronous Motor with 2G HTS Field Coils IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Том 87, Выпуск 3,Номер статьи 032007 (год публикации - 2017)
10.1088/1755-1315/87/3/032007

15. Зечихин Б.С.,Ковалев К.Л.,Пенкин В.Т.,Задачин А.В. Аналитический расчет индуктивных параметров тороидальной высокотемпературной сверхпроводниковой обмотки якоря синхронной электрической машины ЭЛЕКТРОНИКА И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ТРАНСПОРТА, номер 5,страницы 2-6 (год публикации - 2017)

16. Дежин Д.С.,Иванов Н.С.,Кобзева И.Н.,Ковалев К.Л Полностью сверхпроводниковая электрическая машина с высокой удельной мощностью Электротехника (год публикации - 2018)

Публикации