ВЛИЯНИЕ ОКРУЖНОЙ СКОРОСТИ И ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ НА КОНСТРУКЦИЮ, СИСТЕМУ ОХЛАЖДЕНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ В СОСТАВЕ ГИБРИДНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ
DOI:
https://doi.org/10.14529/power250106Ключевые слова:
гибридная силовая установка, электрическая машина, удельная мощность, прочностные расчеты, система охлажденияАннотация
В статье представлен анализ конструкции электрической машины с внешним ротором мощностью 200 кВт, обеспечивающей высокие удельные характеристики и предназначенной для применения в составе гибридных силовых установок. Конструкция высокообротной синхронной электрической машины с возбуждением от постоянных магнитов и внешним ротором выбрана по результатам обзора как наиболее перспективная с точки зрения достижения требуемых удельных характеристик. Основным ограничением для получения предельного значения удельной мощности в подобных конструкциях являются вопросы прочностной надежности ротора. С целью определения достижимого уровня удельной мощности электрических машин при существующем уровне технологий проведен анализ электромагнитных и прочностных характеристик конструкции с различными окружными скоростями на периферии (u=200–300 м/с) и частотами вращения ротора (n=20000–30000 об/мин). В ходе расчётно-аналитического исследования установлено следующее: для минимизации пульсации крутящего момента и зубцового момента рекомендуется обеспечить окружную скорость более 230 м/с; оптимальное соотношение длины активной части машины к её диаметру составляет λ= 0,24–0,26; в качестве материала ротора целесообразно применять титановый сплав. Определено соотношение окружной скорости и частоты вращения, обеспечивающее максимальные значения удельной мощности (11 кВт/кг) и КПД электрической машины (92,653 %) обеспечиваются при следующем. Для получения указанных значений удельных характеристик определена конструкция системы охлаждения и учтены затраты мощности на нее.
Скачивания
Библиографические ссылки
Simon D.L. System-level control concepts for electrified aircraft propulsion systems. 2022. No. E-20015.
Spierling T., Lents C. Parallel hybrid propulsion system for a regional turboprop: conceptual design and benefits analysis // 2019 AIAA/IEEE Electric Aircraft Technologies Symposium (EATS). Indianapolis, IN, USA, 2019. P. 1–7. DOI: 10.2514/6.2019-4466
The modernization concept of aircraft An-26 and An-140 based on the use of a hybrid power system / V. Shmyrov, V. Loginov, S. Fil et al. // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2020. Vol. 5, no. 1 (107). P. 6–17. DOI: 10.15587/1729-4061.2020.212150
Рябов П.А. Методика многодисциплинарной оценки эффективности применения маршевых гибрид-ных газотурбинных двигателей магистрального самолета: дис. … канд. техн. наук. М., 2021. 139 с.
Vratny P.C. Conceptual design methods of electric power architectures for hybrid energy aircraft: Dr.-Ing. diss. Technische Universität München, 2019. 166 p.
Основы теории, расчета и проектирования воздушно-реактивных двигателей: учеб. / В.А. Григорьев, Д.С. Калабухов, В.С. Захарченко и др. Самара: Самар. нац. исслед. ун-т им. акад. С.П. Королева, 2021. 268 с.
Duffy K.P., Jansen R.H. Turboelectricand hybrid electric aircraft drive key performance parameters // 2018 AIAA/IEEE Electric Aircraft Technologies Symposium (EATS). Cincinnati, OH, USA, 2018. P. 1–19.
National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine. Commercial Aircraft Propulsion and Energy Systems Research: Reducing Global Carbon Emissions. National Academies Press, 2016.
Review of electric machines in more-/hybrid-/turbo-electric aircraft / E. Sayed, M. Abdalmagid, G. Pietrini et al. // IEEE Transactions on Transportation Electrification. 2021. Vol. 7, no. 4. P. 2976–3005. DOI: 10.1109/TTE.2021.3089605
High-speed electric machines: Challenges and design considerations / S. Li, Y. Li, W. Choi, B. Sarlioglu // EEE Transactions on Transportation Electrification. 2016. Vol. 2, no. 1. P. 2–13. DOI: 10.1109/TTE.2016.2523879
Особенности конструкции дискового электродвигателя для привода винта летательного аппарата / Е.О. Жарков, М.Ю. Янтураев, И.Р. Гарипов и др. // Materials. Technologies. Design. 2022. Т. 4, № 4 (10). С. 20–33. DOI: 10.54708/26587572_2022_441020
Vavilov V.Y., Argakov A.S., Garipov I.R. Integrated Starter-Generator for a More Electric Engine: a Brief Overview // 2023 Russian Workshop on Power Engineering and Automation of Metallurgy Industry: Research & Practice (PEAMI). Magnitogorsk, Russian Federation, 2023. P. 23–28. DOI: 10.1109/PEAMI58441.2023.10299921
Исмагилов Ф.Р., Вавилов В.Е., Саяхов И.Ф. Обзор конструкций дисковых электромеханических преобразователей энергии для различных областей применения // Электротехнические системы и комплексы. 2018. № 1 (38). С. 68–79. DOI: 10.18503/2311-8318-2018-1(38)-68-79
Mechanical Design Considerations of an “Ironless,” High-Specific-Power Electric Machine / Y. Chen, R. Sanchez, A. Yoon, K.S. Haran // IEEE Transactions on Transportation Electrification. 2017. Vol. 3, no. 4. P. 855–863. DOI: 10.1109/TTE.2017.2733763
High Efficiency Megawatt Machine Rotating Cryocooler Conceptual Design / R.W. Dyson, R.H. Jansen, K.P. Duffy, P.J. Passe // 2019 AIAA/IEEE Electric Aircraft Technologies Symposium (EATS). Indianapolis, IN, USA, 2019. P. 1–15. DOI: 10.2514/6.2019-4515
High-Speed Electrical Machines: Technologies, Trends, and Developments / D. Gerada, A. Mebarki, N.L. Brown et al. // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2014. Vol. 61, no. 6. P. 2946–2959. DOI: 10.1109/TIE.2013.2286777
Саяхов И.Ф. Разработка безжелезных дисковых электрических машин с магнитной сборкой Халь-баха для летательных аппаратов: дис. … канд. техн. наук. 2023. 119 с.
Libert F., Soulard J. Investigation on pole-slot combinations for permanent-magnet machines with con-centrated windings // Proc. ICEM. 2004. P. 530–535.
Bharathan D. Air Cooling Technology for Advanced Power Electronics and Electric Machines. Technical Report May, National Renewable Energy Laboratory, 2009. 26 p.
Tong W. Mechanical design of electric motors. CRC Press, 2014. 736 p. DOI: 10.1201/b16863
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
