Электрические машины на основе высокотемпературных сверхпроводниковых материалов с водородным охлаждением для системы электродвижения полностью электрических самолетов.

Целью данной работы является разработка теории и создание методик расчета, оптимизации и основ конструирования электрических машин на основе высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) второго поколения при охлаждении их жидким водородом.На данном этапе проекта был разработан ВТСП генератор с водородным охлаждением. Были решены следующие задачи: определены зависимости основных параметров ВТСП генератора энергосиловой установки от частоты вращения ротора и выходной мощности; проведены расчеты распределения магнитных полей методом конечных элементов в активной зоне ВТСП генератора с водородным охлаждением, рассчитана прочность основных элементов ВТСП генератора; разработана методика оптимизации размеров активной зоны ВТСП электрических машин с использованием конечно-элементного анализа с учетом критических параметров используемых в составе машины ВТСП материалов.На данном этапе были получены следующие основные научные результаты:1. По разработанной методике спроектирован ВТСП генератор с водородным охлаждением, предназначенный для размещения на борту перспективных ЛА.2. При проведении прочностных расчетов создана методика оценочного аналитического расчета крепления постоянных магнитов на роторе замком типа «ласточкин хвост», позволяющая увеличить окружную скорость ротора до значений более 140 м/с, без применения дополнительных титановых или углепластиковых бандажей.3. Проведены серии численных расчетов магнитных полей для различных режимов работы спроектированного генератора, подтвердившие правильность аналитических методик и результатов расчетов. По результатам проведенных расчетов была создана цифровая твердотельная модель ВТСП генератора для последующей конструкторской проработки.4. Предложен оригинальный подход при расчете критического тока в ВТСП на основе итерационного численного моделирования, который состоит в аппроксимации зависимости критического тока от магнитного поля в области ВТСП катушки. Следует отметить, что предложенный подход позволяет моделировать состояние ВТСП катушек при различных криогенных температурах.5. Введение в конструкцию разработанной электрической машины комплектов резервных резистивных обмоток на основе сверхчистого алюминия, добавило возможность функционирования генератора (на пониженной мощности), в случае отказа всех его сверхпроводящих обмоток. Повышена живучесть и надежность.6. Произведенные аналитические и численные расчеты магнитоэлектрического ВТСП генератора с водородным охлаждением мощностью 5 МВт, показали, что его номинальная удельная мощность составит > 36 кВт/кг.