Ученые кафедры 310 «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы» Московского авиационного института (МАИ) создали демонстратор полностью сверхпроводникового электрогенератора, который является прототипом более крупной машины, изготавливаемой в рамках совместного масштабного проекта с Министерством науки и высшего образования России. Изделие было представлено широкой публике на Международной выставке вертолетной индустрии HeliRussia-2022.

Применение сверхпроводниковых материалов в роторе и статоре машины позволяет достичь высоких значений удельной мощности (отношение мощности к массе машины), недостижимых для классических электрических машин. Основной эффект — снижение массы устройства, увеличение его эффективности и снижение затрат на охлаждение.

Как пояснил начальник кафедры 310 Николай Иванов, сверхпроводниковый электрогенератор выполнен с применением высокотемпературных сверхпроводниковых обмоток на роторе и статоре.

«Это позволяет увеличить электромагнитные нагрузки, но накладывает некоторые ограничения на размеры — маленькие машины делать сверхпроводящими невыгодно. Такая конструкция позволяет при определенных параметрах отказаться от стальных деталей в активной зоне машины, то есть сделать ее «безжелезной». В результате при сохранении ее мощности может быть уменьшена масса», — рассказал эксперт.

Заменить стальной магнитопровод могут композитные материалы, а также материалы, получаемые методом аддитивного производства (3D-печать). К слову, в демонстраторе сверхпроводникового электрогенератора использованы детали, изготовленные методом аддитивных технологий в МАИ.

Одной из перспективных областей применения полностью сверхпроводниковых машин является использование их в составе гибридных силовых установок подвижных объектов. Это актуально для больших объектов, когда становится невозможным удовлетворить требования с помощью существующих технологий. Например, это касается создания перспективного электрического (или гибридного) самолета на 40–70 пассажиров. Это же касается и вертолетной техники, морских систем и железнодорожного транспорта. В целом применение сверхпроводниковых электрических машин оказывается актуальным при мощности более 1 МВт. При этом схем силовых установок может быть много.

На текущий момент в России разработкой высокотемпературных сверхпроводниковых электрических машин занимается ряд научных центров. Однако школа МАИ в этой части — одна из лидирующих. Если говорить про мировой рынок, то всего существует около десяти электрических машин с обмотками из высокотемпературных сверхпроводников, и все они имеют формат маломасштабного макета. В сравнительных характеристиках работы ученых МАИ в этом направлении не отстают от иностранных коллег и в некоторых аспектах даже их превосходят.

«На выставке мы представили демонстратор полностью сверхпроводниковой машины. Следующий шаг — поиск заказчика, изготовление опытного образца и передача его в опытную эксплуатацию. При этом накопленные знания, апробированные технологии и широкая кооперация МАИ с производственными предприятиями позволяют быстро изготавливать изделия — как опытные, так и серийные», — добавил Иванов.

Источник