В МАИ представили демонстратор полностью сверхпроводникового электрогенератора
Учёные кафедры 310 «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы» МАИ создали демонстратор полностью сверхпроводникового электрогенератора, который является прототипом более крупной машины, изготавливаемой в рамках совместного масштабного проекта с Министерством науки и высшего образования Российской Федерации. Изделие было представлено широкой публике на Международной выставке вертолётной 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.
— Можно сказать, что полностью сверхпроводниковый электрогенератор — это четвёртый этап развития технологий. Он 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 определённых параметрах отказаться от стальных деталей в активной зоне машины, то есть сделать её «безжелезной». В результате при сохранении её мощности может быть уменьшена масса, — говорит начальник НИО-310 «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы» МАИ Николай Иванов.
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) самолёта на 40-70 пассажиров. Это же касается и вертолётной техники, морских систем и железнодорожного транспорта. В целом, применением 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 учёных 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, — отмечает Николай.
