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

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.