Что такое реакивный двигатель

Что такое реакивный двигатель

Самолет на атомной тяге и другие шедевры GE Aviation. История реактивных двигателей

Когда Соединенные Штаты Америки вступили в Первую мировую войну, авиация находилась еще в отрочестве. Но уже тогда молодому авиационному ведомству армии США требовались такие самолеты, которые летали бы выше и не теряли бы при этом мощности.
У Сэнфорда Мосса — инженера компании GE и одного из ярчайших умов в отрасли паровых турбин — возникла на этот счет интересная идея. Он был первым в мире, кто додумался, как использовать горячий выхлопной газ для работы турбины, и он предположил, что этот принцип можно применить и к аэропланам.

Мосс и его бюро начали проектировать устройство под названием «турбокомпрессор», выхлопные газы которого использовались для работы небольшой турбины. Она, в свою очередь, увеличивала давление воздуха в цилиндрах и придавала двигателю больше энергии — особенно на больших высотах, где воздух более разрежен.

В 1918 году Мосс отвез это устройство на гору Пайкс-Пик в Колорадо (высота 4267 м, см. рис. выше) и доказал, что авиационный двигатель Liberty V-12 с компрессором работает на такой высоте гораздо лучше, чем обычный двигатель. Правительству это решение понравилось, и компания GE получила соответствующий заказ.

Мосс приспособил свой турбокомпрессор, который он испытывал на горе Пайкс-Пик, для установки на самолете.
Благодаря этому контракту GE вошла в сферу авиастроения, и с этого начался ее взлет. В 2013 году авиаподразделение компании получило $ 22 млрд. выручки с изготовления авиакомпонентов, авионики и, конечно же, собственно двигателей. Сейчас в мире эксплуатируется более 30 тыс. единиц авиатехники GE/ двигателей от GE — начиная от турбовинтовых самолетов сельхозавиации и самолетов местного сообщения до самых больших и самых мощных в мире реактивных двигателей самолетов «Боинг-777».

Давайте, познакомимся с историей подразделения GE Aviation.

Первый авиационный турбокомпрессор: в 1921 году на биплане Ле Пера (см. выше), оборудованном турбокомпрессором Мосса, был поставлен мировой рекорд высоты — 12435 метров. В 1937 Говард Хьюз использовал это устройство для своего рекордного трансконтинентального перелета из Ньюарка (Нью-Джерси) в Лос-Анджелес, который длился 7 часов 28 минут и 25 секунд. Авиаподразделение GE изготавливало турбокомпрессоры в течение нескольких десятилетий. Более современные версии этой технологии использовались на американских бомбардировщиках В-17, В-24 и В-29 во время Второй мировой войны. Так как тогда GE еще не изготавливала двигатели полностью, она работала с поршневыми двигателями Pratt & Whitney и Curtiss-Wright.

Первый реактивный двигатель в США: осенью 1941 года засекреченная группа инженеров GE под названием «Хаш-хаш бойз» («Ребята Шшш!», на фото выше) использовала двигатель Фрэнка Уиттла для разработки первого американского реактивного двигателя. Прототип поднялся в воздух в 1942 году, а в 1944 году реактивный двигатель поступил в производство. Он использовался для самолета «Локхид Р-80 Шутинг Стар» — первого реактивного истребителя в арсенале ВВС США.

Первый коммерческий реактивный двигатель в США: в 1947 году двигатель J47, произведенный GE, стал первым реактивным двигателем, сертифицированным для коммерческой авиации в США. Компания произвела их более 35 000 единиц по цене $ 32 000 каждый. Они применялись для широкого круга задач. Один такой двигатель использовался в реактивном автомобиле «Спирит оф Америка», а два других приводили в движение реактивный поезд, который до сих пор считается самым быстрым в мире (см. выше).

Первые сверхзвуковые двигатели: в 1948 г. компания GE наняла немецкого пионера авиации Герхарда Ноймана, который незамедлительно приступил к работам по реактивному двигателю. Он создал революционную конструкцию, благодаря которой летчики могли поворачивать лопатки у статора двигателя (см. выше). При этом менялось внутреннее давление, и самолет мог лететь быстрее скорости звука. Когда в GE начали испытывать первый реактивный двигатель с поворотными лопатками Ноймана, инженеры даже подумали, что их приборы неисправны — такова была вырабатываемая мощность.

В 1960-е гг. самолеты «XB-70 Валькирия» с двигателем GE (см. выше) достигали скорости более чем 3 Маха — это в три раза больше скорости звука.

Два экспериментальных реактора для испытания реактивных атомных двигателей в Арко, штат Айдахо. Графические материалы предоставлены: Wtshymanski.
Атомный реактивный двигатель: в 1954 GE поставила атомный реактивный двигатель на испытательный стенд в Арко, штат Айдахо. Он проработал в безотказном режиме более 100 часов перед тем, как проект был отправлен в архив. Предполагалось, что в самолете будет использоваться тепло от атомного реактора — самолет с такими двигателями теоретически мог бы оставаться в воздухе и сутками, и неделями. Хотя ВВС США и приспособили бомбардировщик «В 36 Peacemaker» под установку атомного реактора, на практике эти двигатели никогда не использовались.

Первый турбовентиляторный двигатель с высокой степенью двухконтурности: в 1960-х гг. инженеры GE занялись разработкой нового мощного реактивного двигателя, который мог бы поднимать тяжелые грузы и переносить их на дальние расстояния, но при этом и мог более эффективно расходовать топливо. В итоге был создан двигатель TF39 (см. выше), обеспечивавший тягу в более чем 18 000 килограммов). Хотя он разрабатывался для военных задач, последующие версии этого двигателя (семейство CF 6) использовались и для пассажирских самолетов — «Боинг-747», «DC 10», «Локхид L1011» и «Эйрбас А-300». Двигатели типа CF-6 и сейчас используются для президентского борта № 1 США.

Первый турбовентилятор с открытым ротором: после нефтяного кризиса в 1970-е гг. GE и NASA разработали забавно выглядящий двигатель под названием «турбовентилятор с открытым ротором» (см. рис. выше, а также основной рисунок). Этот двигатель, названный GE36, стал своего рода гибридом между реактивным и винтовым двигателем. В этой экономичной машине впервые были использованы лопатки, изготовленные из легких и прочных углеродно-волоконных композитных материалов. GE до сих пор является единственной компанией-производителем реактивных двигателей, которая использует эти материалы для лопаток таких двигателей. В 1988 г. пассажирский лайнер «MD-80» с двигателем GE36 совершил полет из США в Англию на авиашоу в Фарнборо (смотрите архивную съемку демонстрационного полёта).

Самый большой и самый мощный двигатель в мире: хотя турбовентилятор с открытым ротором и не стал популярным, технология производства углеродно волоконных лопаток позволила инженерам GE создать новую линию массивных турбовентиляторов с высокой степенью двухконтурности. К этому относится и двигатель GE90-115B (см. выше) (самый мощный в мире реактивный двигатель, с тягой более 52 000 килограммов), двигатель GEnx, а также GE9X — самый большой в мире двигатель с вентилятором диаметром 3,25 метра (этот двигатель до сих пор находится в разработке).

Читать еще:  Что такое разморозился двигатель

Первые двигатели с деталями, изготовленными на 3D-принтере, и из новых керамических материалов: реактивный двигатель LEAP — первый реактивный двигатель с топливными форсунками, выполненными на 3D-принтере, и с компонентами, изготовленными из прочных композитных материалов с керамической матрицей (КМКМ), которые весят гораздо меньше, чем материалы даже из высокосортных сплавов. Двигатель LEAP, который на 15% экономичнее сравнимых с ним двигателей GE, был разработан компанией CFM International — совместным предприятием GE Aviation и Snecma (Safran), Франция. CFM получила заказов и гарантий более чем на $100 млрд. США на более 7700 двигателей LEAP, даже если они и не будут введены в эксплуатацию до 2016 г.

«ОДК-Климов» отметил 105-летие

КАТЕГОРИИ

  • Новости Союза
  • Анонсы
  • Работа в регионах
  • Донорство крови
  • Новости предприятий
  • Социальное партнерство
  • Мнения
  • СМИ о нас

ПОПУЛЯРНОЕ

Холдинг «Вертолеты России» Госкорп.

2 сентября в Самаре состоялось мер.

25 августа в рамках деловой програ.

26 августа 2021 года в Кубинке про.

В рамках форума «Армия-2021» состо.
  • бюро
  • Деятельность бюро ЦС
  • Донорство крови
  • Инженеры будущего
  • Комитеты и комиссии
  • Конференции
  • Неделя без турникетов
  • Новости предприятий
  • Работа в регионах
  • социальное партнерство
  • СПК
  • Съезды

Двадцатого октября санкт-петербургскому АО «ОДК-Климов» (входит в Объединенную двигателестроительную корпорацию Госкорпорации Ростех) исполнилось 105 лет.

«ОДК-Климов» – российское предприятие-разработчик газотурбинных двигателей полного цикла: от осевой линии до сертификации. Климовские двигатели в составе силовых установок вертолетов и самолетов эксплуатируются более чем в 80 странах мира. Большинство вертолетов «Ми» и «Ка», реактивные самолеты-истребители МиГ-29 оснащаются двигателями ОДК-Климов. Сегодня ключевыми компетенциями предприятия являются не только разработка и серийное производство авиационных двигателей, но и их сервисное сопровождение на протяжении всего жизненного цикла.

Среди современных разработок конструкторов «ОДК-Климов» – высокоэффективный двигатель ТВ7-117В, который в своей размерности превосходит конкурентов. Эти моторы применяются в составе двухдвигательной силовой установки семейства многоцелевых вертолётов Ми-38.

Еще одна важная разработка предприятия – турбовинтовой двигатель ТВ7-117СТ. Эти двигатели весной 2019 года впервые подняли в небо новый российский военно-транспортный самолет Ил-112В. Двигатель ТВ7-117СТ-01 создается для силовой установки самолета Ил-114-300.

Самый массовый двигатель разработки «ОДК-Климов» – вертолетный турбовальный двигатель ВК-2500 и его модификации. Внедрение цифровой системы автоматического регулирования и контроля двигателя БАРК-78 позволяет повысить точность управления двигателем, усилить контроль работы на всех режимах, а также упрощает его эксплуатацию. ВК-2500 дает российским вертолетам «Ми» и «Ка» принципиально новые возможности при их эксплуатации в высокогорных районах и районах с жарким климатом. В рамках программы импортозамещения предприятием освоено серийное производство данных двигателей из отечественных комплектующих в широкой кооперации с предприятиями ОДК.

Реактивный двигатель РД-33 разработки «ОДК-Климов» – самый массовый в своем классе, он состоит на вооружении множества стран мира в составе истребителей МиГ-29. Для сверхманевренного самолета МиГ-29ОВТ была создана модификация двигателя с отклоняемым вектором тяги (ОВТ). Благодаря этой разработке самолет может совершать самые сложные фигуры высшего пилотажа. Для истребителя морского базирования был разработан реактивный двигатель РД-33МК.

Модернизация и развитие основной линейки двигателей не прекращается. На предприятии создаются новые двигатели мощностью 400-650 л.с. и 1400-1800 л.с. Новые отечественные двигатели разрабатываются с использованием только отечественных комплектующих. Закладываемые характеристики призваны обеспечить высокую конкурентоспособность на рынке существующих моторов.

Предприятие было основано в Санкт-Петербурге в 1914 году как Акционерное общество «Русский Рено». В условиях Первой Мировой войны оно стало выполнять заказы военных ведомств, в частности, выпускать двигатели для четырёхмоторных бомбардировщиков «Илья Муромец».

Во время Великой Отечественной войны предприятие освоило выпуск поршневых двигателей сотой серии. М-105-й называли «Мотором победы». Завод эвакуировали в Уфу, где под руководством главного конструктора Владимира Климова продолжался выпуск и модернизация двигателей серии М-100. В 1946 году в Ленинграде Опытно-конструкторское бюро возглавил Климов. Здесь был сконструирован первый крупносерийный турбореактивный двигатель ВК-1. Он устанавливался на истребителях МиГ-15-бис, МиГ-17 и на других самолетах, ставших главными представителями отечественной военной реактивной авиации первого поколения.

С 60-х годов «визитной карточкой» завода стало производство силовых установок для вертолётов. На заводе спроектировали турбовальные двигатели ГТД-350, ТВ2-117 и ТВ3-117, а также главные редукторы для вертолетов Миля и Камова.

В 60-х на заводе разрабатывались жидкостные ракетные двигатели для зенитно-ракетных комплексов С-200 и межконтинентальных ракет УР-100.

В 70-е годы климовцы спроектировали танковый газотурбинный двигатель для танка Т-80. В конце 70-х на предприятии создан легендарный реактивный двигатель РД-33 для истребителя МиГ-29.

Для Олимпиады-80 в рекордно короткие сроки климовцы создали факел.

В ЮУрГУ запустили ракетный двигатель, разрабатываемый в рамках УМНОЦ

Научно-лабораторную базу ЮУрГУ представили журналистам Уральского федерального округа, заинтересованным в освещении деятельности УМНОЦ. ЮУрГУ работает сразу над несколькими проектами в рамках научно-образовательного центра, ключевой из них – разработка двигателя для многоразовой ракеты-носителя. Чтобы показать успешные результаты деятельности ЮУрГУ, был продемонстрирован запуск двигателя, разработанного учеными вуза совместно со специалистами НИИМаш (г. Нижняя Салда).

Южно-Уральский государственный университет продемонстрировал главные площадки, где ведется работа над проектами в рамках Уральского межрегионального научно-образовательного центра «Передовые производственные технологии и материалы». Ключевые лаборатории и центры посетили журналисты из Екатеринбурга, Челябинска и Кургана в рамках пресс-тура, организованного 25 марта.

«Наш ключевой проект – разработка двигателя для ракеты-носителя «Корона», но мы выполняем большое количество проектов для предприятий Челябинской области, которые будут актуальны для всех предприятий Уральского федерального округа. Наша задача не только создать эффективную технологию, но и подготовить специалистов, которые в будущем смогут продолжать реализацию проектов по направлениям НОЦ», – сказал ректор Южно-Уральского государственного университета Александр Шестаков.

Начальной точкой стала Лаборатория суперкомпьютерного моделирования. В ЮУрГУ установлены два самых мощных суперкомпьютера в Уральском федеральном округе и вычислительный кластер «СКИФ Урал», на них выполняется более 250 исследований в год. Именно в Лаборатории суперкомпьютерного моделирования начинается работа над каждым проектом. Выполненные расчеты позволяют уменьшить количество физических испытаний готовых разработок, сэкономить время и ресурсы.

Читать еще:  Газель бизнес почему не включается вентилятор двигателя

Яркий пример проекта, выполняемого с использованием суперкомпьютера ЮУрГУ, – комплекс управления экологическими рисками «Экомонитор». Он позволяет не только точно определить количество загрязняющих веществ, но и источники загрязнения.

Материаловедческими вопросами занимаются сотрудники научно-образовательного центра «Нанотехнологии». В НОЦ создают наноматериалы и проводят исследования широко используемых веществ – металлов и сплавов, керамики и стекол, строительных, полимерных, композиционных и прочих. Оборудование НОЦ «Нанотехнологии» используется для выполнения междисциплинарных проектов

Например, с использованием установок центра проводилась значительная часть лабораторных испытаний проекта переработки техногенных отходов медеплавильных предприятий. Его цель – извлекать из шлаков полезные компоненты, которые можно вернуть на производство, а остатки отправлять на производство пропанта.

Также в ЮУрГУ представили проект «Производство сотового заполнителя из препрегов на основе угле-, стекло- и базальтоволокна методом непрерывного формования». Он нацелен на производство материала с заданными характеристиками. Технической особенностью данного проекта является принципиально новый подход к формованию с организацией непрерывного процесса. Разработчики проекта, используя на входе технологической цепочки различные листы сырья (препреги), способны регулировать механические характеристики современных композитных материалов, оптимизируя их под конкретные задачи.

Физические характеристики создаваемых материалов проверяются в НИИ «Опытное машиностроение», там же создаются образцы изделий. В состав НИИ входят лаборатории композиционных материалов, конструирования оболочек электронных систем управления, машиностроения, физического моделирования термомеханических процессов, экспериментальной механики, а также ресурсный центр специальной металлургии и центр компьютерного инжиниринга.

Установленное в НИИ «Опытное машиностроение» оборудование позволяет разрабатывать новые детали, создавать их, проверять свойства изделий экспериментальным путем. Например, на станках изготавливали комплектующие для «Арктического автобуса» – транспорта, который рассчитан на работу в условиях Крайнего Севера. Аналогов такого автобуса сегодня нет.

«При аварийных ситуациях кабина жизнеобеспечения такого автобуса позволяет людям выдержать условия окружающей среды до приезда помощи. Даже если автобус провалится под лед, он в течение определенного количества времени может сохранять плавучесть. Специалисты ЮУрГУ работают над кабиной жизнеобеспечения, рассчитываем ее устойчивость в аварийных ситуациях, решаем вопросы управления транспортом», – пояснил к.т.н., директор НИИ «Опытное машиностроение» Рамиль Закиров.

Финальной точкой пресс-тура стали лаборатории НОЦ «Аэрокосмические технологии». В центре коллективного пользования в энергетике исследуются закономерности и режимы работы систем энергоснабжения. Работа ведется в одном из ключевых направлений УМНОЦ «Новая энергетика»: ученые используют солнечные батареи, установки для потребления энергии земли, ветроустановку.

Помимо центра, в состав НОЦ «Аэрокосмические технологии» входят лаборатории микропорошковых технологий, импульсных систем и быстропротекающих процессов и учебно-исследовательский лабораторный комплекс «Жидкостный ракетный двигатель». В нем проходят испытания макета нового ракетного двигателя, отрабатываются и оптимизируются его параметры.

Запуск жидкостного ракетного двигателя продемонстрировали участникам пресс-тура. Управление процессом обеспечивает система видеонаблюдения, с ее помощью ведется управление узлами комплекса и отладка режима его работы.

Шестнадцать таких двигателей будут установлены на демонстраторе двигательной установки для одноступенчатой ракеты-носителя многократного использования. Проект «Исследование, разработка и создание демонстраторов двигательной установки с центральным телом, системы управления контроля с искусственным интеллектом ракетно-космического комплекса с полностью многоразовой одноступенчатой ракетой-носителем и универсальной космической платформой» – визитная карточка УМНОЦ. На данный момент оформляется заявка на получение патента.

«В УМНОЦ объединены три серьезных направления: наука, производство, власть. Такой слияние впервые обеспечено на мировом уровне, и именно это, на мой взгляд, приведет проект к успеху. Мы рады тому, что наша программа была выбрана победителем из двадцати представленных инициатив. Все мероприятие в рамках УМНОЦ проводятся в соответствии с этой программой, и мы нацелены на получение результатов, важных не только для отдельных регионов, но и для Уральского федерального округа в целом», – прокомментировал проректор по научно-образовательным центрам и комплексным научно-техническим программам Сергей Ваулин.

ЮУрГУ первым из университетов, входящих в УМНОЦ, представил свои лаборатории и центры. Главная цель мероприятия – знакомство с научно-лабораторной базой, которая используется для реализации междисциплинарных проектов.

Южно-Уральский государственный университет (ЮУрГУ) – это университет цифровых трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В Год науки и технологий ЮУрГУ примет участие в конкурсе по программе «Приоритет–2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня.

Вентильный реактивный двигатель SRM. Снижение пульсации момента.

Вентильный реактивный двигатель (switched reluctance motor SRM ) является потенциальным кандидатом для использования его в качестве тягового двигателя электромобиля следующего поколения из-за его низкой стоимости, высокой эффективности, способности работать при высоких температурах и в других жестких условиях. Тем не менее, SRM имеют существенный недостаток – это пульсации вращающего момента, что может создавать неприятный шум в транспортных средствах. Компания Continuous Solutions использовала программное обеспечение ANSYS Maxwell для электромагнитного моделирования. В результате удалось снизить пульсации вращающего момента электрической машины на 90 процентов и общий шум на 50 процентов, что позволяет использовать SRM для электрификации транспортных средств сельскохозяйственной, горнодобывающей техники, а также для гражданского применения

Концепция коммутируемого реактивного двигателя ( SRM ) существует уже 180 лет, но до недавнего времени двигатели этого типа использовалась только в промышленных целях из-за сложной системы управления. За последние десять лет мощные микроконтроллерные интегральные схемы и вычислительно-интенсивные стратегии управления сделали SRM более жизнеспособными. Нерешенной проблемой является излучение SRM значительного шума во время работы, который недопустим в таких приложениях, как роскошные легковые автомобили, тактические транспортные средства и другие машины в суровых условиях эксплуатации.

Инженеры Continuous Solutions решают перечисленные проблемы, создавая виртуальные прототипы перспективных конструкций SRM в программном обеспечении моделирования электромагнитного поля ANSYS Maxwell. Алгоритмы управления для подавления пульсаций вращающего момента создаются и исследуются в симуляторе системного уровня ANSYS TwinBuilder , в качестве объекта управления выступает модель SRM в ANSY S Maxwell . Оптимизация пульсаций момента существенно снижает общий шум и вибрацию двигателя.

В итоге электрические машины SRM типа на 20 процентов дешевле, рабочие температуры на 50 процентов выше, чем у аналогичных двигателей с постоянными магнитами.

Читать еще:  Двигатели харлей дэвидсон сколько цилиндров

SRM

В основе работы SRM лежит магнитный поток. Магнитные поля аналогичны электрическому току и предпочитают путешествовать по пути наименьшего магнитного сопротивления потоку. Это объясняет, почему магнитные материалы с низким магнитным сопротивлением, такие как железо и сталь, имеют сильную тенденцию выравниваться с магнитным полем. На статоре SRM расположены концентрические обмотки фаз, а его ротор изготовлен из материала с низким магнитным сопротивлением с чередующимися зонами высокого и низкого сопротивления. При подаче напряжения на обмотку статора, магнитное сопротивление ротора создает силу, которая пытается выровнять полюс ротора, пик низкого сопротивления, с ближайшим полюсом статора. В SRM вращение поддерживается путем последовательного включения и выключения обмоток статора, таким образом, что каждое новое состояние магнитного поля статора вызывает поворот ротора.

Модель SRM в ANSYS Maxwell

Схема асимметричного мостового преобразователя и полученные формы кривых SRM

Ротор может быть изготовлен цельным стальным или набран из тонких стальных штамповок с выемками для магнитных полюсов. Отсутствие постоянных магнитов и обмоток на роторе делает SRM значительно дешевле в производстве чем обычные электродвигатели с постоянными магнитами. В роторе отсутствует токонесущие конструкции, поэтому нет необходимости в коммутаторах и обмотках якоря, как в двигателе постоянного тока, либо в короткозамкнутой обмотке из литого металла, как в асинхронном двигателе. Кроме того, отсутствие постоянных магнитов и обмоток ротора позволяет SRM работать при более высоких температурах окружающей среды, что очень важно в тяговых двигателях транспортных средств.

Пульсации момента

Одна из самых больших проблем при разработке SRM состоит в том, что индуктивность каждой фазы пропорциональна степени совмещения её с полюсами ротора. Избыточная вибрация и акустический шум возникают из-за структурной деформации и гармонических магнитных моментов, возникающих в результате взаимодействия статора и ротора. К этому добавляется относительное резкое изменение индуктивности в зависимости от положения ротора и нелинейного управления.

Результаты ANSYS Maxwell показывают зависимость потокосцепления и вращающего момента, как функции от положения ротора, при различной нагрузке

Эти взаимодействия проявляются как изменения вращающего момента, известные как пульсации вращающего момента. С точки зрения конструкции двигателя, например, дисбаланс в роторе или статоре, также могут вызывать пульсации вращающего момента. Все эти причины приводят к вибрации двигателя, которая создаёт акустический шум и сокращает срок службы механических узлов.

При разработке нового тягового двигателя целью Continuous Solutions являлось создание более дешевого двигателя и привода, которые могут работать при более высоких температурах, чем обычные двигатели с постоянными магнитами, в то же время достигая высоких показателей эффективности, плотности мощности и шума, равных двигателям с постоянными магнитами. Инженеры Continuous Solutions начали с использования собственной многоцелевой пользовательской программы оптимизации трехмерных магнитных эквивалентных цепей ( MEC ) для ускорения процесса исследования пространства проектирования и нахождения перспективных конструкций для дальнейшего исследования. Программа использует генетический алгоритм для изучения различных параметров конструкции, таких как высота зубца статора, ток возбуждения и число пар полюсов, итеративно улучшая цели проектирования, такие как повышение эффективности и уменьшение массы.

Моделирование SRM

Инженеры Continuous Solutions разработали детальные модели перспективных вариантов SRM, определенных программой оптимизации в ANSYS Maxwell . Использовался шаблонно-ориентированный инструмент проектирования RMxprt для быстрого определения геометрии двигателя. Вместо того чтобы рисовать компоненты двигателя, использовались возможности параметрического проектирования в RMxprt для определения магнитной системы SRM : количество полюсов и обмоточные данные и т.д. Корпус двигателя также добавляется к модели с помощью стандартных инструментов.

Векторный график магнитной индукции в сечении SRM

Трехмерная геометрическая модель автоматически создаётся в ANSYS Maxwell для детального анализа магнитного поля методом конечных элементов. Модель содержит все необходимые настройки: движение ротора, механическая нагрузка, коэффициенты потерь в шихтованных стальных пакетах, обмотки фаз, схема управления и многое другое. ANSYS Maxwell рассчитывает рабочие характеристики: вращающий момент в зависимости от скорости, потери мощности, индукция в воздушном зазоре, коэффициент мощности и КПД. Максвелл подготовил отчет о крутящем моменте, который показал вращающий момент двигателя в ньютон-метрах как функцию угла поворота. Для более детального диагностического рассмотрения график магнитной индукции строится в поперечном сечении ротора и статора в ключевые моменты, когда вращающий момент достигает своих экстремумов. Графики показывают, что одним из основных источников шума был является, сжимаемый к ротору силами притяжения, действующими на каждую пару полюсов. Решением этой проблемы может стать усиление статора, но это увеличивает стоимость и вес двигателя.

Разработка системы управления

Вместо того, чтобы искать конструкционное решение для минимизации пульсаций момента, вибрации, Continuous Solutions разработали алгоритм управления для подачи тока в обычно неактивные обмотки в точное время, чтобы нейтрализовать отклоняющиеся векторы силы от активных полюсов. Они разработали алгоритм управления в своих собственных аналитических инструментах и встроили его в обычный инвертор SRM , собранный в ANSYS TwinBuilder. Инвертор в TwinBuilder был подключен к модели двигателя ANSYS Maxwell , рассматривалось взаимодействие SRM со схемой управления с разработанным алгоритмом. Детальные графики нестационарного режима позволили инженерам Continuous Solutions сгладить колебания вращающего момента: как только ротор SRM собирается дергаться влево, контроллер вводит сигнал для рывка вправо, подавляя сопротивление движению в нужном направлении, удаляя волну пульсаций вращающего момента.

Контроллер Continuous Solutions 100 kW SRM MILSPEC с технологией снижения пульсаций вращающего момента

Была усовершенствована как конструкция двигателя, так и алгоритм управления, пока интегрированный двигатель и алгоритм управления не достигли всех поставленных целей. Такой подход позволил за несколько итераций завершить проектирование .

Инженеры Continuous Solutions создали и испытали прототип новой конструкции двигателя. Производительность соответствовала результатам моделирования. Кроме того, для непрерывного производства компания Continuous Solutions заключила стратегическое партнерство с Nidec Motor Corporation , чтобы сделать эту технологию коммерчески доступной. Новый двигатель на 20-50 процентов дешевле, работает на 50 процентов более высоких температурах, чем похожие двигатели с постоянными магнитами, предлагая сопоставимую эффективность, плотность мощности и шумовые характеристики.

График зависимости потокосцепления, как функция от тока и положения ротора

График зависимости момента, как функция от тока и положения ротора

Снижение пульсации крутящего момента в SRM, обеспечиваемое контроллером Continuous Solutions Torque Riple Mitigation

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector