Mio-tech-service.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое электрореактивные двигатели

Что такое электрореактивные двигатели

Когда 27 мая (по новому стилю) 1703 года Петр I заложил на Заячьем острове в дельте Невы будущую Петропавловскую крепость, он знал, что «прорубает» этим окно в Европу. Однако он и представить себе не мог, что через двести лет здесь, на Заячьем острове, другие люди «прорубят» дверь в космос.

«Питерскую» космонавтику связывают, прежде всего, с Газодинамической лабораторией (ГДЛ), музей которой расположен в Иоанновском равелине Петропавловской крепости.

Прямой предшественницей ГДЛ являлась Лаборатория для реализации изобретений инженера-химика Николая Ивановича Тихомирова, созданная в марте 1921 году и размещавшаяся в Москве в доме № 3 по Тихвинской улице. В состав этой организации входили химическая и пиротехническая лаборатория и слесарно-механическая мастерская.

Николай Тихомиров занимался ракетным делом с 1894 года. Произведя серию опытов с пороховыми и жидкостными ракетами, он счел нужным предложить Морскому министерству проект боевой ракеты, в качестве энергоносителя которой можно было использовать не только твердое топливо – порох, но и жидкое – смеси спиртов и нефтепродуктов. Экспертиза предложения продолжалась с 1912 по 1917 год, затем наступила пауза. Только в мае 1919 года управляющий делами Совнаркома Владимир Бонч-Бруевич получил от Тихомирова предложение реализовать его изобретение – «самодвижущуюся мину для воды и воздуха», которая, по сути дела, являлась пороховой ракетой. Тихомиров просил Бонч-Бруевича довести свое ходатайство до председателя Совнаркома и вождя мирового пролетариата Владимира Ленина. Изобретение было подвергнуто ряду новых экспертиз и в начале 1921 года признано имеющим важное государственное значение.

Николай Иванович Тихомиров – основатель и руководитель Газодинамической лаборатории

К тому времени Тихомиров пришел к заключению, что применявшийся в ракетах черный дымный порох не может обеспечить ни значительной дальности, ни стабильности полета ракет. Поэтому он сосредоточил все усилия лаборатории на создании принципиально нового пороха.

Существенный прогресс был достигнут в 1924 году, когда преподавателю Артакадемии и сотруднику Центрального государственного научно-технического института в Ленинграде Сергею Андреевичу Серикову удалось изготовить шашки из пироксилино-тротилового пороха (ПТП). Эти шашки горели без дыма, с огромным газообразованием и вполне стабильно.

В 1925 году лаборатория перебазировалась в Ленинград. Ее сотрудники занимались, в основном, разработкой ракетных двигателей: сначала – на бездымном порохе (шашки для боевых активно-реактивных снарядов, твердотопливные ускорители для самолетов), затем – на жидком.

Серийное производство шашек из ПТП началось только в 1927 году. Оно велось в детонаторной мастерской завода «Красногвардеец», а потом – в законсервированной лаборатории порохов и взрывчатых веществ Военно-морского флота, размещавшейся в Гребном порту морской гавани Ленинграда. Шашками, внешне напоминавшими хоккейную шайбу, начинались первые твердотопливные ракеты лаборатории. 3 марта 1928 года с Главного артиллерийского полигона на Ржевке поднялась в воздух одна из них – первая в мире ракета на бездымном порохе.

Деятельность лаборатории уже вышла за рамки «разработки изобретения Тихомирова», для чего она была создана. В ней трудилось уже десять человек. Тематика исследований расширялась, и в июне 1928 года лаборатория была переименована в Газодинамическую лабораторию (ГДЛ). Подчинялась она Военно-научному исследовательскому Комитету при Реввоенсовете СССР.

Не прошло и года, как в коллектив лаборатории влился недоучившийся студент и будущий академик Валентин Глушко.

Валентин Петрович Глушко родился 2 сентября 1908 года в Одессе. Любознательность и пытливость юного Глушко поощрялась его отцом. Школяр стал своим человеком в Одесской народной астрономической обсерватории. В период противостояния Марса он часами просиживал у телескопа, делая зарисовки красной планеты и ее загадочных каналов.

Естественно, он увлекался научной фантастикой, и в поздних своих трудах использовал это свое увлечение на полную катушку, довольно компетентно рассуждая о сюжетах и идеях, изложенных в тех или иных книгах.

«Весной 1921 года, – вспоминал Глушко, – я прочел „Из пушки на Луну“, а затем „Вокруг Луны.“ Эти произведения Жюля Верна меня потрясли. Во время их чтения захватывало дыхание, я был как в угаре. Стало ясно, что осуществлению этих чудесных полетов я должен посвятить свою жизнь.»

С этого момента юный Валентин начал интересоваться вопросами космонавтики, с 1923 года переписывался с Константином Циолковским, а уже в 1924 году (в период первого «космического» бума) опубликовал несколько научно-популярных работ по космонавтике.

Жизненный выбор был предопределен. По ходатайству одесского отделения Общества Любителей Мироведения Наркомпрос Украины выдал Глушко командировку в Ленинградский университет на физико-математический факультет. Заехав в Харьков и Москву, поздним летом 1925 года он прибыл в Ленинград.

Валентин Петрович Глушко

В семейном архиве семьи Глушко сохранился интересный документ – удостоверение Русского общества любителей мироведения, выписанное специально для предъявления в приемной комиссии:

«. Им проводились наблюдения и отработки по разным областям астрономии и геофизики и велась популяризаторская работа на народных обсерваториях в городе Одессе. Его наблюдения представляют несомненную научную ценность, публиковались в общих сводках работ Одесского отделения, в печатных изданиях Р.О.Л.М. В течение двух лет тов.В. П. Глушко состоял председателем Кружка Молодых Мироведов при Одесском О-ве Любителей Мироведения.

В 1925 году В. П.Глушко был избран членом-сотрудником Р.О.Л.М., каковое звание предоставляется лицам, не состоящим действительными членами, но принимающим постоянное участие в научно-исследовательской работе О-ва, представляя работы, имеющие научную Ценность.

Настоящее удостоверение выдано тов. В. П. Глушко для представления в подлежащие учреждения при исходатайствовании разрешения для поступления в Ленинградский Государственный Университет, на физико-математический факультет, причем Совет Р.О.Л.М. всецело поддерживает ходатайство, как будущего полезного научного сотрудника. Председатель Николай Морозов.»

Обратите внимание – документ подписал все тот же народоволец Николай Морозов, прославившийся своим многолетним и столь полезным для саморазвития сидением в Шлиссельбургской крепости.

Учиться в ЛГУ провинциалу из Одессы оказалось непросто: стипендию он не получил, более того – приходилось платить за учебу. Нужно было подрабатывать, но все свободное от учебы время поглощали обязанности, которые Валентин на себя принял, став членом Русского Общества Любителей Мироведения и сотрудником Научного Института имени Лесгафта.

Несмотря на финансовые затруднения и катастрофическую недостачу времени, студент Глушко проектировал совершенно необычный космический корабль – гелиоракетоплан, использующий для своего полета солнечную энергию. Сама идея к тому времени была уже не нова, но технически воплощалась весьма оригинально. Солнечные батареи, расположенные в виде диска, давали электрическую энергию кораблю, помещенному в центр. Вся конструкция внешне напоминала «летающие тарелочки», ставшие знаменитыми много позже. Ток высокого напряжения шел в камеру двигателя космического корабля, куда подавалось твердое топливо в виде тонких проволочек алюминия, никеля, вольфрама, свинца или жидкое в виде ртути и электропроводящих растворов. Сильный электрический разряд приводил к тепловому взрыву. Такой тепловой взрыв уже исследовали зарубежные ученые, но никто из них не додумался применить этот эффект для ракетного двигателя. А между тем расчеты показывали, что истечение продуктов этого взрыва может происходить со скоростями во много раз большими, чем при химических реакциях. Глушко придумал новый тип ракетного двигателя: электрический ракетный двигатель (ЭРД).

Но жизнь не стала ждать, когда Валентин станет богатым и знаменитым: постановлением правления ЛГУ от 20 февраля 1929 года он был исключен за неуплату 112 рублей 50 копеек.

Потратив полтора месяца на попытки восстановления, в начале апреля 1929 года Глушко по совету сокурсника отнес третью часть своего незащищенного дипломного проекта «Металл как взрывчатое вещество» в Управление военных изобретений. И через несколько дней получил вызов к уполномоченному начальника вооружений РККА Ильину, который сообщил экс-студенту, что начальник Газодинамической лаборатории Тихомиров ждет молодого изобретателя для оформления на работу.

Окрыленный этим известием, Глушко рассказал Ильину о своих трудностях в университете, и тот пообещал помочь. И обещание свое выполнил. На свет появился такой документ:

«Студент 4-го курса ЛГУ – физмата т. Глушко В. П. привлечен к секретной работе по заданию Военно-Научно-Исследовательского Комитета НВС Союза.

Сделанное т. Глушко предложение заслуживает самого серьезного внимания.

Исходя из этого прошу Комиссию об освобождении тов. Глушко В. П. от платы за ученье в 1928 и 29 г. как научного работника, работающего по заданию Военного ведомства.»

Но даже эта бумага не помогла – вот ведь крохоборы! Валентин так и не был восстановлен и допущен к защите диплома, над реализацией которого уже несколько месяцев шли работы под его непосредственным руководством.

Глушко энергично приступил к экспериментам с токопроводящими материалами и соплами различной конфигурации. Опыты проводились в лаборатории «Миллион вольт» академика Чернышева в Лесном.

Следует подчеркнуть, что этим изобретением Глушко более чем на три десятилетия опередил всех остальных ученых. Впоследствии в качестве рабочего вещества в ЭРД использовались потоки плазмы или ионов, ускоряемых электромагнитным или электрическим полями. В нашей стране такие ЭРД были установлены на автоматической межпланетной станции «Зонд-2» (шесть плазменных двигателей) и на космическом корабле «Восход-1» (ионные двигатели), стартовавших в 1964 году. Работали эти ЭРД в составе навигационных систем для коррекции траектории полета.

Читать еще:  Электрический двигатель как защитить

Но сам Глушко быстро разочаровался в ЭРД. Подробные расчеты и опыты показали, что такой двигатель имеет ограниченную тягу и не способен вывести в космос пилотируемый корабль. ЭРД – вторичен, потому что это двигатель для невесомости, но ведь в невесомость надо сначала попасть.

«Мне стало ясно, – вспоминал академик Глушко, – что при всей перспективности электрореактивный двигатель понадобится нам лишь на следующем этапе освоения космоса, а чтобы проникнуть в космос, необходимы жидкостные реактивные двигатели, о которых так много писал Константин Эдуардович Циолковский. С начала 1930 года основное внимание я сосредоточил на разработке именно этих моторов. »

Отдел Глушко создал целую серию ЖРД: от «ОРМ-1» до «ОРМ-52» (сокращение от «Опытный Ракетный Мотор»).

«ОРМ-1» был первым в длинном ряду. Топливо – четырехокись азота (окислитель) и толуол (горючее); при испытании на жидком кислороде и бензине двигатель развивал тягу до 20 кг. Камера двигателя была плакирована изнутри медью и охлаждалась водой, заливавшейся в наружный кожух. Весь двигатель состоял из 93 деталей.

Схема двигателя «ОРМ-1» (продольный и поперечный разрезы)

Электротермический двигатель конструкции Валентина Глушко

«ОРМ-1» показал себя довольно капризным двигателем, работал нестабильно, часто взрывался. В конце концов работы по двигателям с монотопливом были в ГДЛ прекращены.

Следующие двигатели были лучше. Уже в «ОРМ-3» и «ОРМ-5» двигатель охлаждался одним из компонентов топлива. Количество переходило в качество. А ГДЛ становилась ведущей организацией в стране по исследованиям в области ракетных двигателей на жидком топливе.

Хозяйство расширилось, разветвилась тематика. Над ракетными снарядами работали на Ржевском полигоне под Ленинградом. Порох готовили в Гребном порту на Васильевском острове. Стартовые ускорители отрабатывали на Комендантском аэродроме. Двенадцать комнат получили в знаменитом здании Главного Адмиралтейства с золотым шпилем. И, наконец, Глушко со своими ЖРД занимал Иоанновский равелин Петропавловской крепости.

Реактивный двигатель: принцип действия и типы

Двигатель, в котором создается сила тяги за счет преобразования внутренней энергии топлива в кинетическую энергию рабочего тела, называется реактивным.

Рабочее тело с большой скоростью выходит из сопла, сообщая ему реактивную силу, направленную в противоположную сторону. Действуя согласно закону сохранения импульса, продукт сгорания топлива и двигатель перемещаются относительно друг друга в противоположных направлениях.

Если надуть воздушный шарик и, не завязывая, отпустить его, то получится простейший реактивный двигатель. Рабочее тело – накачанный в шарик воздух – будет вырываться наружу, заставляя шарик перемещаться в противоположном направлении.

Для работы реактивного двигателя нужны составляющие:

  1. Топливо.
  2. Камера сгорания (реактор), в которой внутренняя энергия топлива преобразуется в тепловую энергию рабочего тела.
  3. Сопла, из которых под давлением вырываются наружу продукты сгорания топлива, сообщая двигателю реактивную тягу.

Бывает двух типов:

  1. Воздушно-реактивный – тепловая энергия образуется при сгорании топлива в присутствии кислорода.
  2. Ракетный – работающий в безвоздушном пространстве.

Двигателестроение

текст Владимир Тесленко , кандидат химических наук

Россия — абсолютный мировой монополист в разработке энергодвигательной установки с ядерным реактором мегаваттного класса.

Проект создания транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса выполняется совместно предприятиями Росатома и Роскосмоса в соответствии с решением, принятым в 2009 году президентской комиссией по модернизации. Не имеющая аналогов энерготранспортная установка позволит создать качественно новую технику высокой энерговооруженности для изучения и освоения дальнего космоса. Новый проект предполагает использование ионных электрореактивных двигателей, в которых реактивная тяга создается за счет ускоренного электрическим полем потока ионов. При использовании космических ядерных энергоустановок можно приступить к решению таких задач, как полет на Марс, детальные исследования планет и их спутников, промышленное производство в космосе. Также можно будет заниматься очисткой околоземного космического пространства от космического мусора, бороться с астероидной опасностью, создавать на планетах автоматизированные базы.

Большими достоинствами проекта являются практически важные эксплуатационные характеристики — высокий ресурс (10 лет эксплуатации), значительный межремонтный интервал и продолжительное время работы на одном включении. Они не могут не впечатлять специалистов из других стран, в первую очередь США.

Тайный проект

ЯЭДУ содержит три главные устройства: 1) реакторную установку с рабочим телом и вспомогательными устройствами (теплообменник-рекуператор и турбогенератор-компрессор); 2) электроракетную двигательную установку; 3) холодильник-излучатель.

Проблема радиационной безопасности решается теневой защитой — реактор закрывают только с одной стороны, с той, где расположено оборудование и полезный груз. Излучение может свободно распространяться во все остальные стороны, там нет ничего, кроме космической пустоты. Так можно существенно сэкономить на весе защиты.

рис.01 Компоновка ЯЭДУ. Транспортно-энергетический модуль

Масса кг 20290
Габаритные размеры (рабочее положение), м 53,4-21,6-21,6
Электрическая мощность ЭБ, МВт 1,0
Удельный импульс ЭРД, км/с не менее 70,0
Мощность ЭРД, МВт не более 0,94
Суммарная тяга маршевых ЭРД, Н не менее 18,0
Ресурс, лет 10
Средство выделения РН «Ангара-А5»

    Назначение
  • межорбитальная буксировка полезной нагрузки
  • передача на полезную нагрузку энергии (до 225 кВт)

Главным конструктором реакторной установки и координатором работ от Росатома является НИКИЭТ — Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники имени Н.А. Доллежаля.

С атомным реактором для космического применения нет принципиальных затруднений. В период с 1962 по 1993 год в нашей стране был накоплен богатый опыт производства аналогичных установок. Похожие работы велись и в США таб. 01 .

По состоянию на июль 2015 года в НИКИЭТ уже защищен технический проект активной зоны — ключевого элемента ядерного реактора. В конце года планируется защитить технический проект всей реакторной установки.

С физической точки зрения это компактный газоохлаждаемый реактор на быстрых нейтронах.

Сейчас в двух центрах — Институте реакторных материалов в городе Заречном Свердловской области и Научно-исследовательском институте атомных реакторов в Димитровграде — проходят испытания тепловыделяющих элементов (твэлов). Они разработаны в Физико-энергетическом институте им. А.И. Лейпунского (Обнинск), а изготовлены в прошлом году на Машиностроительном заводе в Электростали (ОАО «ТВЭЛ»).

Этому топливу придется работать при очень высоких температурах. В обычной ядерной топливной энергетике температуры на тысячу градусов ниже. Поэтому необходимо было выбрать такие материалы, которые смогут сдерживать негативные факторы, связанные с температурой, и в то же время позволят топливу выполнять его основную функцию — нагревать газовый теплоноситель, с помощью которого будет производиться электроэнергия.

В качестве топлива используется соединение (диоксид или карбонитрид) урана, но, поскольку конструкция должна быть очень компактной, уран имеет более высокое обогащение по изотопу 235, чем в твэлах на обычных (гражданских) атомных станциях, возможно, выше 20%. А оболочка их — монокристаллический сплав тугоплавких металлов на основе молибдена (разработка НПО «Луч» в Подольске).

Уникальность проекта в использовании специального теплоносителя — гелий-ксеноновой смеси. В установке обеспечивается высокий коэффициент полезного действия. Схема дана на рис. 02 .

рис. 02 Компоновка ядерной установки. 3D-модель РУ с карбонитридным топливом

Охлаждение газа в процессе работы ядерной установки совершенно необходимо. Как же сбрасывать тепло в открытом космосе?

На Земле для охлаждения электростанций используется либо вода, либо гигантские градирни. В космосе эти способы не доступны. Единственная возможность — охлаждение излучением. Нагретая поверхность в пустоте охлаждается, излучая электромагнитные волны в широком диапазоне, в том числе видимый свет.

Общая схема холодильника представлена на рис. 03-04 .

По состоянию на лето 2015 г. промежуточные результаты такие:

  • для экспериментального подтверждения принципа работы капельного холодильника-излучателя был проведен первый этап космического эксперимента «Капля-2» на российском сегменте Международной космической станции;
  • для теплообменных аппаратов выбрана, экспериментально обоснована и изготовлена моноблочная бескорпусная конструкция с использованием теплообменной матрицы из унифицированных штампованных пластин.

Рис. 03 Параметры холодильника ЯЭДУ

    Вариант компоновки ЯЭДУ в составе многоразового межорбитального буксира:
  • с панельным холодильником-излучателем
  • с капельным холодильником излучателем

Рис. 04

    Варианты размещения ЯЭДУ под обтекателем в транспортном положении:
  • с панельным холодильником-излучателем
  • с капельным холодильником излучателем

В 2010 году были сформулированы технические предложения по проекту. С этого года началось проектирование.

Известно, что с начала 1960-х годов в мире было разработано несколько типов электрореактивных двигателей: ионный, стационарный плазменный, двигатель с анодным слоем, импульсный плазменный двигатель, магнитоплазменный, магнитоплазмодинамический.

Исследовательский центр имени М.В. Келдыша (ранее РНИИ, НИИ-1, НИИТП) разработал и изготовил опытный образец ионного двигателя высокой мощности ИД-500. Его параметры такие: мощность 32-35 кВт, тяга 375-750 мН, удельный импульс 70000м/с, коэффициент полезного действия 0,75.

На данном этапе опытный образец ИД-500 имеет электроды ионно-оптической системы, выполненные из титана с диаметром перфорированной отверстиями зоны 500 мм, катод газоразрядной камеры, который обеспечивает ток разряда в диапазоне 20-70 А и катод-нейтрализатор, способный обеспечить нейтрализацию ионного пучка в диапазоне токов 2-9 А. На следующем этапе разработки двигатель будет оснащен электродами из углерод-углеродного композиционного материала и катодом с графитовым поджигным электродом.

Принцип действия ионного двигателя следующий. В газоразрядной камере с помощью анодов и катодного блока, расположенных в магнитном поле, создается разреженная плазма. Из нее эмиссионным электродом «вытягиваются» ионы рабочего тела (ксенона или другого вещества) и ускоряются в промежутке между ним и ускоряющим электродом.

Читать еще:  Двигатель c20ne датчик холостого хода

По планам, к концу 2017 года будет осуществлена подготовка ядерной энергодвигательной установки для комплектации транспортно-энергетического модуля (перелетного межпланетного модуля). К концу 2018 года ЯЭДУ будет подготовлена к летно-конструкторским испытаниям. Финансирование проекта осуществляется за счет средств федерального бюджета. Смета на период 2010-2018 гг. составляет 7245 млн руб.

Проект создания транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса вызвал нешуточные научно-технологические дискуссии в среде двух выликих кланов — атомного и космического. Но пока живы «проигравшие», подробности решено не выносить на публику.

Таб. 01 Сравнительные показатели результатов, полученных по программам разработок ядерных реактивных двигателей в СССР и в США в 1959-1989 гг.

Гибридный мотор

Когда эко-нормы ужесточились, а экологи массово забили тревогу, по всему Миру стали появляться альтернативы ДВС. Гибридная установка, состоящая из двигателя внутреннего сгорания и электромотора сама по себе не нова. Еще в 30-х годах подобные решения применялись на железных дорогах и на большегрузном транспорте. Технология непроста, но понятна. На ЖД, дизельный мотор работает как генератор, вырабатывая ток, электродвигатель преобразует эту энергию в крутящий момент и передает колесам. В серийных авто все несколько иначе. ДВС и электротяга работают по очереди, или одновременно. Например, до 40 км/час авто двигается исключительно на электротяге, а после этой отметки переходит на работу от ДВС, попутно заряжая батарею.

Преимущества гибридов

• Экономичность. На малых и средних скоростях гибриды демонстрируют неплохие показатели экономии. Они в два, а иногда даже в три раза экономичнее бензиновых моторов.
• Хороший КПД и отдача. Новые разработки и различные инновации позволяют гибридам обеспечивать хорошую производительность и при этом экономить топливо.
• Экологичность. Не сложно догадаться, что частичное использование электродвигателя существенно снижает уровень вредных выбросов. Поэтому гибрид обычно экологичнее бензиновых и дизельных моторов.

Минусы

• Сложное устройство. Гибриды все еще остаются чем-то неизведанным для большинства «сервисменов». Найти хорошего мастера, способного выполнить качественное ТО или диагностику, очень непросто.
• Стоимость обслуживания. Из-за дефицита знаний и кадров, способных выполнить обслуживание и ремонт, содержать гибрид выходит дорого. Мастера, которые берутся за работу знают об этом, поэтому не стесняются ставить «космические» ценники за работу.
• Высокая себестоимость. Супер-технологии требуют больших затрат на производство, поэтому купить гибрид намного дороже по сравнению с аналогичным авто с дизельной или бензиновой установкой.

Понятие КПД электродвигателя

Что такое КПД электродвигателя и его простейшая формула

Эффективность работы любого электропривода, в первую очередь, определяется коэффициентом полезного действия электродвигателя (КПД). Говоря простым языком, электрическая машина, потребляя электрическую энергию, преобразует её в механическую для работы различных устройств, станков, инструментов и проч. Соотношение величин полезной механической мощности на валу двигателя (Р 2 ) к мощности, потребляемой из сети (Р 1 ), и есть КПД (η). КПД является номинальной величиной и указывается в процентах: η = (Р 2 / Р 1 ) х 100%.

Совершенно очевидно: чем большая механическая мощность развивается на валу электродвигателя, тем больше полезной работы выполняется и выше КПД электрической машины .

Важность такого показателя как КПД обусловлена прежде всего тем, что около 70% вырабатываемой во всём мире электроэнергии потребляется электродвигателями, начиная от простейших бытовых электроприборов до вентиляционных установок и приводов оборудования крупнейших предприятий.

Величины КПД современных электродвигателей

У большинства современных электродвигателей КПД лежит в пределах 80-90%. Нередко встречаются маломощные модели с КПД до 75%.

Для машин, работающих в особых условиях, современные технологии позволяют увеличивать КПД до 96%. Это достигается не только за счёт их высокоточного производства, но и благодаря использованию дорогостоящих материалов для сердечников, перемагничивание которых не сопряжено с высокими энергетическими затратами.

Факторы, влияющие на изменение КПД электрической машины

Сразу следует сделать уточнение: КПД электропривода никогда не превышает 100%.

Это объясняется расходом потребляемой мощности на нагрев обмоток двигателя, перемагничивание статора (в асинхронных двигателях), вихревые токи, механическое сопротивление при движении ротора.

Нагрев обмоток двигателя – явление закономерное. Из курса физики известно:

  1. при прохождении электрического тока проводник нагревается;
  2. чем однороднее среда, тем легче происходит теплоотдача.

Если с первым пунктом всё ясно, то пункт 2 требует дополнительных объяснений. Традиционно внимание акцентируется на том, что пропитка обмоток статора делается для их защиты от влияния влаги или агрессивной среды. Но также следует учитывать, что после пропитки не остаётся свободных зазоров между обмоткой и сердечником статора, а это позволяет значительно увеличить теплоотдачу и снизить нагрев во время работы. Для этой же цели предусмотрена такая конструктивная особенность как монолитная отливка корпуса с охлаждающими рёбрами, что в значительной мере стабилизирует рабочий нагрев электропривода и препятствует снижению КПД.

Бывает так, что во время работы электродвигателя наблюдается стремительный рост температуры. Зачастую это происходит из-за замыкания в обмотках статора .

Расчётная температура нагрева для двигателей класса “А” лежит в пределах 90℃, для класса “В” не превышает 110℃.

Любая электрическая машина – это воплощение взаимодействия электрических и магнитных полей. Поэтому в обязательном порядке следует учитывать такое явление как перемагничивание сердечника статора в результате изменения направления тока в обмотках. Чтобы не углубляться в теорию, достаточно вспомнить, что магнитная индукция (В) запаздывает от изменения напряжённости магнитного поля (Н). Эта зависимость отражается на графике под названием “петля гистерезиса”. Дешёвые материалы для сердечников почти всегда имеют широкий график, что указывает на большие энергозатраты на более длительное перемагничивание. И наоборот: чем уже петля гистерезиса, тем быстрее перемагничивается сердечник, и выше КПД двигателя.

Вихревые токи или токи Фуко (иногда можно встретить термин “паразитарные токи”) возникают в металлических элементах там, где есть переменное магнитное поле. Согласно закону Ленца они являются причиной наведения магнитных потоков, противодействующих рабочему магнитному потоку вокруг катушек. Понятно, что это влияет на крутящий момент и вызывает дополнительный нагрев двигателя, снижая КПД.

Для уменьшения потерь от вихревых токов надо увеличить электрическое сопротивление магнитопровода. Поэтому магнитопроводы и сердечники якорей набирают (шихтуют) из очень тонких (до 0,5 мм) пластин электротехнической стали, иногда с добавлением кремния, покрытых специальным лаком для их изоляции друг от друга. До сих пор существуют производственные участки, где для этой цели применяют тяжёлый ручной труд.

Механические факторы снижения КПД электродвигателя возникают в результате конструктивных изменений, трения в подшипниках, воздушного сопротивления

Нередко в процессе эксплуатации наблюдаются искривление вала и другие дефекты, вызывающие вибрации на опорных подшипниках ротора, и, соответственно, увеличение механического сопротивления.

Бывает так, что в случае заводского брака при изготовлении обмоток (несоблюдении расчётного количества витков одной из обмоток) нарушается плавность хода ротора, что тоже сказывается на эффективности работы электродвигателя. (Утверждение, что опытный электромеханик определяет эту неполадку на слух, является правдой.)

Также следует указать на недопустимость превышения номинальной нагрузки , как на один из факторов снижения КПД. В этом случае нагрев элементов электродвигателя приближается к критическому, и коэффициент полезного действия начинает снижаться.

Важно помнить: никогда производитель электродвигателей не указывает КПД при максимальной (предельной) нагрузке на валу электрической машины. В техническом паспорте прописывается величина КПД при номинальной нагрузке .

Может ли КПД быть более 100%?

Если говорить об электродвигателях, то следует однозначно заявить: нет!

Выше уже отмечалось, что в электрических машинах мы сталкиваемся с энергией магнитного поля, электрической энергией, тепловой и механической. Достаточно минимальных знаний из области физики и основ электротехники, чтобы раз и навсегда усвоить: преобразованию одного вида энергии в другой всегда сопутствуют процессы обратной направленности. Для примера можно вспомнить токи Фуко.

Существует ещё один важный аргумент в пользу утверждения о невозможности достижения КПД свыше 100%. На данном этапе развития человечество не обладает технологиями производства универсальных материалов, которые не нагревались бы в процессе работы или демонстрировали молниеносное перемагничивание, а также не подвергались бы механической усталости.

Многочисленные энтузиасты не оставляют попыток создать устройства, которые могли бы, выполнять механическую работу и одновременно вырабатывать электроэнергию, покрывая потери и собственные энергозатраты. При этом они не учитывают элементарный принцип обратимости электрических машин: либо генератор, либо двигатель.

Особенности прямоприводных мотор-колес

Мотор-колеса прямого привода имеют более простую конструкцию без шестерен, поэтому отличаются еще более высокой надежностью и долгим сроком службы. Диапазон мощностей у них шире – от 500 до 6000 Вт, что позволяет получать высокие скорости. Фактически при установке мощного прямоприводного МК велосипед превращается в электромопед.

Приведем сравнительную таблицу сильных и слабых сторон мотор-колес прямого привода:

Преимущества

Широкий диапазон мощности.

Сопротивление качению, которое препятствует свободному накату и вращению педалей при выключенном моторе.

Высокая надежность и долговечность.

Вес и размеры – больше, чем у редукторных моделей.

Возможность получения высоких скоростных характеристик – вплоть до 100 км/ч и выше, если фактически нужен электромотоцикл.

Читать еще:  Что такое разкоксовка двигателя

КПД – меньше, особенно на малых скоростях. Крутящий момент – ниже.

Допустимость нагрузок в 4 раза выше номинальной мощности с малым риском поломки – за счет повышения напряжения.

Необходимость установки аккумуляторов высокой емкости и крепкой рамы с усиленными дропаутами.

ФСБ задержала за госизмену главного конструктора гиперзвуковых систем

ИА SakhaNews. ФСБ задержала в Москве генерального директора, главного конструктора ОАО «Научно-исследовательское предприятие гиперзвуковых систем» (НИПГС) Александра Куранова в рамках расследования уголовного дела о государственной измене. ФСБ намерена просить столичный суд арестовать его на два месяца, передает ТАСС со ссылкой на источник в правоохранительных органах.

Позже Лефортовский суд Москвы на два месяца отправил Куранова в СИЗО. По данным собеседника ТАСС, Куранов подозревается в передаче научных разработок иностранным спецслужбам.

Согласно данным из открытых источников, Александр Куранов является доктором технических наук, генеральным директором и главным конструктором ОАО «Научно-исследовательское предприятие гиперзвуковых систем» ХК «Ленинец».

Справка:

Куранов Александр Леонидович родился 2 января 1948 г. в Ленинграде.

В 1972 г. окончил физический факультет Ленинградского государственного университета. Специалист в области физики и химии плазмы.

С 1972 по 1988 гг. работал научным сотрудником в Научно-исследовательском институте физики Ленинградского государственного университета, где защитил диссертацию кандидата физико-математических наук в области плазмохимии молекулярных лазеров.

С 1988 г. работает в ХК «Ленинец». Прошел трудовой путь от старшего научного сотрудника до генерального директора – главного конструктора ОАО «Научно-исследовательское предприятие гиперзвуковых систем». Под его руководством и личном участии проводятся научно-исследовательские и экспериментальные исследования по развитию новой концепции освоения гиперзвуковых скоростей атмосферного полета (концепция «Аякс») и основных направлений создания гиперзвуковых технологий, реализующих концепцию (технологии химической регенерации тепла и преобразования углеводородного топлива; плазменной аэродинамики; методов электромагнитного управления потоком при разработке магнитоплазмохимического двигателя).

В 2003 году защитил докторскую диссертацию по специальности «Тепловые, электрореактивные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов».

Александр Куранов участвует в международных ассоциациях, ведет работы по заказам многих стран мира. На протяжении многих лет является организатором российско-американского Международного Симпозиума «Термохимические и плазменные процессы в аэродинамике», проходящего в Санкт-Петербурге на базе Холдинговой компании «Ленинец».

Александр Куранов по совместительству, являлся заведующим филиалом кафедры «Распределенные интеллектуальные системы» Санкт-Петербургского государственного политехнического университета.

Является исполнительным директором Дирекции по проблеме «Новые гиперзвуковые технологии» ХК «Ленинец», координирует работу большого коллектива ученых различных предприятий аэрокосмического комплекса РФ.

Автор более 120 научных трудов, в том числе патентов и авторских свидетельств.

Доктор технических наук, профессор.

Поделиться в соцсетях

В стране 12.08.2021 20:55

Бабло победило честь и совесть.

При чем тут бабло? 12.08.2021 22:19

Ихтамнет 12.08.2021 21:15

Честь и совесть 12.08.2021 21:17

Ушли с советской эпохой. Сейчас мерилом успешности являются любые деньги, которые не пахнут.

Ты точно уверен , в этом? 12.08.2021 22:20

Кухарка руководит 14.08.2021 00:20

Прибалт 12.08.2021 21:23

вовремя не эвакуировался из России — вот и результат .

Путинские неуправляемые гиперзвуковые ракеты в опасносте.

Путинские 12.08.2021 21:49

Если бы успешно летали, этого бы учёного не арестовали бы. 12.08.2021 22:15

Ты там охранником работаешь? ))) 12.08.2021 22:43

Главные конструктора в России должны сидеть за шпионаж или заговор. Это такая старая традиция. 12.08.2021 22:40

Туполев сидел, Петляков сидел, Поликарпов сидел, Королев сидел, Глушко сидел,Б.Стечкин сидел и ещё много какого народа! А какие в тюрьме шедевры создали?! Пе-2 , Ту-2, Ер -2, легендарная сорокопятка (пушка) , 130мм корабельная пушка, плавающий танк Т-37, пороха, под руководством профессора Е. И. Шпитальского осваивалось производство иприта и фосгена! Посадка ученых это движение вперёд для нашей страны! Шпионы и заговорщики должны работать на благо Родины.

05 25 12.08.2021 22:52

Посадка ученых это действительно прорыв! Давно ждал этого) 12.08.2021 23:03

Прибалт 13.08.2021 00:00

Иван Терентьевич Клеймёнов

Ученые инженеры — создатели знаменитой «Катюши» в 1938г РАССТРЕЛЯНЫ КАК ВРЕДИТЕЛИ .

Если бы Королёву на допросах не сломали челюсть 13.08.2021 00:32

Без шарашек нам Маска не догнать! 13.08.2021 15:47

«Я бы не сказал, что это усиление контроля, это скорее сеянье страха внутри рядов наших ученых. А они берут самих видных, самих ярких людей, которые вырастили не одно поколение наших российских ученых, которые известны в своей среде, и привлекают их по таким статьям. И у всех обвинения как под копирку. Это не только один Виктор Кудрявцев, не только сегодняшний задержанный, это и Валерий Митько, которому почти 80 лет, он до сих пор обвиняется, под стражей, это и Валерий Голубкин, которому 70 лет, это и Анатолий Губанов, и еще много-много таких людей. Их обвиняют как под копирку за то, что они общаются с иностранцами, за то, что они участвуют в каких-то официальных проектах, за то, что они ездят на семинары и конференции. Но этими делами наша власть, наши органы госбезопасности сеют страх, чтобы молодые ученые просто не смели даже общаться с иностранцами, не смели куда-то ездить и участвовать в каких-то международных проектах».

Прибалт 13.08.2021 01:52

Действительно 13.08.2021 02:21

Странно все это.

полярник 13.08.2021 04:59

Причин — как стать изменник великое множество . Есть информация, с грифом для служебного пользования, есть секретная, есть совершенно секретная. Открытия, изобретения, новые технологии идут «сплошным» потоком 24 часа в сутки. Изобретатель может работать в специальном институте , то есть работать по заданию государственных органов, а может работать самостоятельно ( без доступа к секретным документам и на свои деньги) , от этого зависит — есть ли в действиях ученого состав преступления. которое также может быть умышленным или не умышленным ( из-за халатного отношения к своим обязанностям, например). Здесь тонкостей много. Есть примеры, когда на экраны СССР вышел художественный фильм, где был показан технический прием документирования преступной деятельности подозреваемых. когда разобрались, фильм был снят с проката. Так и в жизни до определенного момента те или иные изобретения, технологии и пр. находятся в свободном доступе, затем эта информация получает гриф секретно. Государство полагает, что распространение этой информации может нанести вред .. Четко поставить грань — что можно, а что нельзя, конечно же должна экспертиза, которая должна быть независимой и объективной ( вот здесь могут появиться вопросы..).

Независимой должна быть не только экспертиза , но и суд. А раз этого нет то сядут все. 13.08.2021 14:25

Бырпах 13.08.2021 06:24

Теперь не только у нас будут мультики.

За госизмену надо задержать правителей Якутии, которые сожгли весь лес в Якутии.

Добавить комментарий:

ЧТО ВЫ ДОЛЖНЫ ЗНАТЬ, ЕСЛИ ХОТИТЕ ОСТАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ К СТАТЬЕ

Комментарии на портале SakhaNews удаляются, если они содержат:

  1. Призывы к войне, свержению существующего строя, терроризму (в т.ч. хакерским атакам), экстремизму.
  2. Публичные призывы к сепаратизму, к осуществлению действий, направленных на нарушение территориальной целостности Российской Федерации.
  3. Пропаганду фашизма, геноцида, нацизма. Посягательства на историческую память в отношении событий, имевших место в период Второй мировой войны, отрицание фактов, установленных приговором Международного военного трибунала для суда и наказания главных военных преступников европейских стран оси, одобрение преступлений, установленных указанным приговором, а также распространение заведомо ложных сведений о деятельности СССР в годыВторой мировой войны.
  4. Разжигание межнациональной, межрелигиозной, социальной розни, грубые высказывания в адрес представителей любых национальностей, рас и вероисповеданий.
  5. Пропаганду курения, наркомании.
  6. Угрозы физической расправы, убийства, сексуального насилия.
  7. Описание средств и способов суицида, любое подстрекательство к его совершению.
  8. Переход на личности, оскорбления в адрес официальных и публичных лиц (в т.ч. умерших), грубые выражения, оскорбления и принижения других участников комментирования, их родных или близких.
  9. Заведомо ложную, непроверенную, клеветническую информацию.
  10. Нарушают права несовершеннолетних лиц.
  11. Оскорбления журналистов и других сотрудников SN, авторов, модераторов, администрации сайта, руководства издания, читателей «SN», грубые высказывания о самом портале.
  12. Присвоение чужих имен и фамилий, комментирование от чужого имени.
  13. Распространение персональных данных, нарушение тайны переписки и связи.
  14. Брань (в т.ч. измененное написание мата).
  15. Дублирование комментариев (флуд).
  16. Бессмысленные комментарии (флейм).
  17. Комментарии, не относящиеся к темам статей (офф-топ).
  18. Реклама других сайтов (в т. ч. ссылки на другие сайты). Реклама товаров и услуг.
  19. Сообщения, оставленные не на русском языке.
  20. Сообщения, содержащие более 3000 символов и пробелов.
  21. Прочие нарушения законодательства РФ.

Комментарии, нарушающие правила поведения на портае, удаляются без предупреждения. При вторичном размещении уже удалённого сообщения, модератор вправе заблокировать («забанить») пользователя.

Почему вы не можете оставить свой комментарий?

  • Администрация портала оставляет за собой право по собственному усмотрению или решению автора закрыть материал для комментирования.
  • Возможно, вы попали в черный список.

Добыча угля всегда была делом мужественных и надежных людей

Создание нового угольного терминала в Ванино в перспективе позволит якутскому углю совершить настоящий прорыв на мировой угольный рынок.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector