Электрический мотор как сделать для самолета



Российский авиационный электродвигатель на сверхпроводниках позволит навсегда изменить рынок гражданской авиации

Высокая цена на нефть, а как следствие и на авиационный керосин, заставило авиакомпании сделать выбор в пользу экономии расхода топлива.

В связи с ужесточившимися экологическими нормами для авиакомпаний, выбор пассажирских лайнеров у перевозчиков, теперь напрямую зависит от более экологичных и энергоэффективных силовых установок.

Композитные лопатки современных турбовентиляторных двигателей, а также части корпуса из композитного материала, ощутимо влияю на его вес. Так же меньшее число лопаток и более низкие обороты делают современные двигатели более тихими.

Они способны пропустить через себя больше воздуха с меньшим усилием, а это означает, что двигатель будет расходовать меньше топлива. Стоит отметить, что современные авиационные турбовентиляторные двигатели, пожалуй, являются самыми дорогими компонентами лайнера.

Как утверждает большинство мировых производителей авиационных двигателей, что подобные технологии находятся на пределе совершенствования их эффективности, но они настолько закрепили свои позиции в авиастроении, что ближайшие несколько десятилетий альтернатива им вряд ли появится.

Но буквально в прошлом году, российская компания ЗАО «СуперОкс» совместно с немецкой Oswald Elektromotoren представила прототип новейшего авиационного электродвигателя большой мощности на ВТСП платформе (Высокотемпературные сверхпроводники), который позволит навсегда изменить рынок гражданской авиации.

Двигатель был разработан по заказу российского Фонда Перспективных Исследований. Конструкция представляет собой авиационный синхронный двигатель, с вращающимся моментом, за счет электромагнитного поля с использованием высокотемпературных сверхпроводников, что позволяет значительно снизить вес и размер силовой установки.

По словам разработчика и генерального директора компании «СуперОкс» Сергея Самойленкова, подобные отечественные технологии позволят России значительно опередить западных конкурентов в инновационных разработках силовых установок.

На сегодняшний день инновационные двигатели разной мощности уже проходят стендовые испытания, а первые летные испытания перспективного сверхпроводникового авиационного электродвигателя демонстратора, в составе экспериментальной авиационной гибридной силовой установки, планируется провести в 2021 году на летающей лаборатории Як-40.

Как заявляет разработчик, что именно использование сверхпроводников позволяют сегодня создать сверхмощные энергоэффективные и малошумные двигатели. При этом их масса и размер будет гораздо меньше, чем у традиционного турбовентиляторного двигателя такой же мощности.

По словам Самойленкова, благодаря имеющимся технологиям сверх энергоэффетивности позволяет уже сегодня реализовать питание подобных двигателей не только от вспомогательных силовых генераторных установок, но и от аккумуляторов.

Такие инновационные технологии дают возможность создавать не только полностью электрические летательные аппараты, но и сверхэкономичные морские суда и подвижные железнодорожные составы.

Уже на начальном этапе производства, в зависимости от требований заказчика, компания «СуперОкс» готова наладить выпуск авиационных силовых установок мощностью от 1 до 10 МВт (от 1400 л.с. до 14000 л.с.), а в перспективе и более мощные.

Читайте также:  Снять мотор bosch maxx 5

Стоит так же отметить, что в гибридном исполнении силовой установки на ВТСП платформе позволит экономить до 75% топлива. Так что благодаря таким технологиям Россия сможет выйти на лидирующие позиции не только среди производителей авиационных двигателей и самолетов гражданской авиации, но и среди производителей морского и железнодорожного транспорта.

На данный момент многие крупнейшие мировые исследовательские институты и авиационные компании, такие как Airbus и Boeing, сегодня так же активно инвестируют колоссальные средства в проекты по исследованию энергоэффективных экологически чистых электрических авиационных силовых установок и электрических лайнеров.

Но на сегодняшний день Россия безусловный лидер в разработке технологии электродвижения, которые является приоритетным технологическим направлением развития оборонно-промышленного комплекса Российской Федерации.

Не забывайте ставить палец вверх, подписываться на мой канал и оставлять комментарии.

Впоследствии все вышеизложенные действия очень помогут мне в продвижении моего канала. ЖМИ ПОДПИСАТЬСЯ

Источник

«Бесколлекторные двигатели» ЛикБез и проектирование

Принцип работы электрического двигателя:
В основу работы любой электрической машины положено явление электромагнитной индукции. Поэтому если в магнитное поле поместить рамку с током, то на неё подействует сила Ампера, которая создаст вращательный момент. Рамка начнет поворачиваться и остановится в положении отсутствия момента, создаваемого силой Ампера.

Устройство электрического двигателя:
Любой электрический двигатель состоит из неподвижной части — Статора и подвижной части — Ротора. Для того чтобы началось вращение, нужно по очереди менять направление тока. Эту функцию и выполняет Коллектор (щетки).

Бесколлекторный двигатель — это двигатель ПОСТОЯННОГО ТОКА без коллектора, в котором функции коллектора выполняет электроника. (Если у двигателя три провода, это не значит что он работает от трехфазного переменного тока! А работает он от «порций» коротких импульсов постоянного тока, и не хочу вас шокировать, но те же двигатели которые используются в кулерах, тоже бесколлекторные, хоть они и имеют всего два провода питания постоянного тока)

Устройство бесколлекторного двигателя:
Inrunner
(произносится как «инраннер»). Двигатель имеет расположенные по внутренней поверхности корпуса обмотки, и вращающийся внутри магнитный ротор.

Outrunner
(произносится как «аутраннер»). Двигатель имеет неподвижные обмотки (внутри) вокруг которых вращается корпус с помещенным на его внутреннюю стенку постоянными магнитами.

Принцип работы:
Для того чтобы бесколлекторный двигатель начал вращаться, напряжение на обмотки двигателя надо подавать синхронно. Синхронизация может быть организованна с использованием внешних датчиков (оптические или датчики холла), так и на основе противоЭДС (бездатчиковый), которая возникает в двигателе при его вращении.

Бездатчиковое управление:
Существуют бесколлекторные двигатели без каких либо датчиков положения. В таких двигателях определение положения ротора выполняется путем измерения ЭДС на свободной фазе. Мы помним, что в каждый момент времени к одной из фаз (А) подключен «+» к другой (В) «-» питания, одна из фаз остается свободной. Вращаясь, двигатель наводит ЭДС (т.е. в следствии закона электромагнитной индукции в катушке образуется индукционный ток) в свободной обмотке. По мере вращения напряжение на свободной фазе (С) изменяется. Измеряя напряжение на свободной фазе, можно определить момент переключения к следующему положению ротора.

Что бы измерить это напряжение изпользуется метод «виртуальной точки». Суть заключается в том, что, зная сопротивление всех обмоток и начальное напряжение, можно виртуально «переложить провод» в место соединения всех обмоток:

Читайте также:  Какие моторы ставят волгу

Регулятор скорости бесколлекторного двигателя:
Бесколлекторный двигатель без электроники — просто железка, т.к. при отсутствии регулятора, мы не можем просто подключить напряжение на него, чтоб он просто начал нормальное вращение. Регулятор скорости — это довольно сложная система радиокомпонентов, т.к. она должна:
1) Определять начальное положение ротора для запуска электродвигателя
2) Управлять электродвигателем на низких скоростях
3) Разгонять электродвигатель до номинальной (заданной) скорости вращения
4) Поддерживать максимальный момент вращения

Принципиальная схема регулятора скорости (вентильная):

Бесколлекторные двигатели были придуманы на заре появления электричества, однако систему управления к ним никто не мог сделать. И только с развитием электроники: с появлением мощных полупроводниковых транзисторов и микроконтроллеров, бесколлекторные двигатели стали применятся в быту (первое промышленное использование в 60-х годах).

Достоинства и недостатки бесколлекторных двигателей:

Достоинства:
-Частота вращения изменяется в широком диапазоне
-Возможность использования во взрывоопасной и агрессивной среде
-Большая перегрузочная способность по моменту
-Высокие энергетические показатели (КПД более 90 %)
-Большой срок службы, высокая надёжность и повышенный ресурс работы за счёт отсутствия скользящих электрических контактов

Недостатки:
-Относительно сложная система управления двигателем
-Высокая стоимость двигателя, обусловленная использованием дорогостоящих материалов в конструкции ротора (магниты, подшипники, валы)
Разобравшись с теорией, перейдем к практике: спроектируем и сделаем двигатель для пилотажной модели МХ-2.

Список материалов и оборудования:
1) Проволока (взятая из старых трансформаторов)
2) Магниты (купленные в интернете)
3) Статор (барашек)
4) Вал
5) Подшипники
6) Дюралюминий
7) Термоусадка
8) Доспуп к неограниченному техническому хламу
9) Доступ к инструментам
10) Прямые руки 🙂

Ход работы:
1) С самого начала решаем:

Для чего делаем двигатель?
На что он должен быть рассчитан?
В чем мы ограничены?

В моем случае: я делаю двигатель для самолета, значит пускай он будет внешнего вращения; рассчитан он должен на то, что он должен выдать 1400 грамм тяги при трех-баночном аккумуляторе; ограничен я в весе и в размере. Однако с чего же начать? Ответ на этот вопрос прост: с самой трудной детали, т.е. с такой детали, которую легче просто найти, а все остальное подгонять под неё. Я так и поступил. После многих неудачных попыток сделать статор из листовой мягкой стали, мне стало понятно, что лучше найти её. Нашел я её в старой видеоголовке от видеорекоудора.

Читайте также:  Что такое серво моторы

2) Обмотка трехфазного бесколлекторного двигателя выполняется изолированным медным проводом, от сечения которого зависит значение силы тока, а значит и мощность двигателя. Незабываем что, чем толще проволока, тем больше оборотов, но слабее крутящий момент. Подбор сечения:

1А — 0.05мм; 15А — 0.33мм; 40А — 0.7мм

3А — 0.11мм; 20А — 0.4мм; 50А — 0.8мм

10А — 0.25мм; 30А — 0.55мм; 60А — 0.95мм

3) Начинаем наматывать на полюса проволоку. Чем больше витков (13) намотано на зуб, тем большее магнитное поле. Чем сильнее поле, тем больший крутящий момент и меньшее количество оборотов. Для получения высоких оборотов, необходимо мотать меньшее количество витков. Но вместе с этим падает и крутящий момент. Для компенсации момента, обычно на мотор подают более высокое напряжение.

4) Дальше выбираем способ соединения обмотки: звездой или треугольником. Соединение звездой дает больший крутящий момент, но меньшее количество оборотов, чем соединение треугольником в 1.73 раз. (впоследствии было выбрано соединение треугольник)

5) Выбираем магниты. Количество полюсов на роторе должно быть четным (14). Форма применяемых магнитов обычно прямоугольная. Размер магнитов зависит от геометрии двигателя и характеристик мотора. Чем сильнее применяемые магниты, тем выше момент силы, развиваемый двигателем на валу. Также чем больше количество полюсов, тем больше момент, но меньше оборотов. Магниты на роторе закрепляются с помощью специального термоклея.

Испытания данного двигателя я проводил на созданной мной витномоторной установке, которая позволяет измерить тягу, мощность и обороты двигателя.

Чтобы увидеть отличия соединений «звезда» и «треугольник» я соединял по разному обмотки:

В итоге получился двигатель соответствующий характеристикам самолета, масса которого 1400 грамм.

Характеристики полученного двигателя:
Потребляемый ток: 34.1А
Ток холостого хода: 2.1А
Сопротивление обмоток: 0.02 Ом
Количество полюсов: 14
Обороты: 8400 об/мин

Видеоотчет испытания двигателя на самолете. Мягкой посадки 😀

Расчет КПД двигателя:

Очень хороший показатель. Хотя можно было еще выше добиться.

Выводы:
1) У бесколлекторных двигателей высокая эффективность и КПД
2) Бесколлекторные двигатели компактны
3) Бесколлекторные двигатели можно использовать во взрывоопасных средах
4) Соединение звездой дает больший крутящий момент, но меньшее количество оборотов в 1.73 раза, чем соединение треугольником.

Таким образом, изготовить собственный бесколлекторный мотор для пилотажной модели самолета- задача выполнимая

Если у вас есть вопросы или вам что-то не понятно, задавайте мне вопросы в комметариях этой статьи. Удачи всем)

Источник

Поделиться с друзьями