На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)

Космос

8 383 подписчика

Свежие комментарии

  • Сергей Бороздин
    Мой алгоритм - в статье на Самиздат и дзен "Библия как научный источник истории Мира"Единый алгоритм э...
  • дмитрий Антонов
    прошу прощения, меня тут небыло давно. А где Юрий В Радюшин? с Новым 2023 годомБыл запущен первы...
  • дмитрий Антонов
    жаль, что тема постепенно потерялась. а ведь тут было так шумно и столько интересного можно было узнать, помимо самих...Запущен CAPSTONE ...

В России будет создан компактный электродвигатель на сверхпроводниках

Научно-технический совет Фонда перспективных исследований одобрил проект по разработке образца электродвигателя на основе высокотемпературных сверхпроводящих материалов второго поколения (ВТСП-материалов). Образец будет компактным, легким и достаточно мощным для того, чтобы использовать его в реальных транспортных средствах. Основным подрядчиком по проекту станет российский производитель ВТСП-провода второго поколения ЗАО "СуперОкс".
 "Создание электродвигателя с высокой удельной мощностью открывает путь к прорывным электрическим энергоустановкам наземного, водного и воздушного транспорта. Расчеты показывают, что применение распределенной электрической тяги и гибридного привода в пассажирском самолете позволяет достичь снижения расхода топлива на 70% и шума на 65%, что будет революцией в авиации", - сообщает генеральный директор ЗАО "СуперОкс" Сергей Самойленков. 

Сверхпроводники – это материалы с нулевым электрическим сопротивлением, но они приобретают свои удивительные свойства лишь при низких температурах. В течение более 70 лет после открытия эффекта сверхпроводимости необходимость глубокого охлаждения сдерживала широкое практическое применение. Уникальность высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) состоит в том, что требуемые свойства могут быть реализованы при температуре жидкого азота, которая сегодня легко достижима технически. 

"В России есть технология мирового уровня по производству сверхпроводящего провода – ключевого элемента для построения сверхпроводниковых электрических машин. Одобренный сегодня проект может стать одним из шагов на пути создания в России новой индустрии высокотемпературных сверхпроводников. В частности, проблема охлаждения уже решена технически: для создания оптимальных условий работы двигателя можно использовать как сравнительно недорогой жидкий азот, так и современные системы криообеспечения, которые позволяют работать в замкнутом цикле без использования жидкого азота", - комментирует руководитель проекта Фонда Алексей Воронов. 

При тех же размерах и весе сверхпроводниковые электродвигатели могут быть в несколько раз более мощными и при этом более экономичными, нежели обычные. Двигатель на сверхпроводниках очень эффективен уже при 5% номинальной мощности; в этих условиях обычные электромоторы практически неработоспособны из-за низкого КПД. На номинальном режиме сверхпроводники поднимают КПД машины выше 98%, что означает снижение потерь более чем в 3 раза по сравнению с используемыми сегодня электродвигателями. 

Несмотря на то, что сегодня стоимость сверхпроводящего провода значительно выше, чем для медных проводов, эффект от использования ВТСП в электрических машинах тем выше, чем больше мощность машины.

Сферы применения высокотемпературных сверхпроводников
ВТСП имеет смысл применять везде, где необходима передача больших количеств энергии. ВТСП-провода имеют плотность тока более 500 А/мм2, что позволяет передавать без потерь по тонкому сверхпроводнику столько же энергии, сколько по медному кабелю с сечением в сотни раз больше. 

Очевидная сфера применения сверхпроводников – электроэнергетика. Недавно разработанные сверхбыстрые токоограничивающие устройства на основе ВТСП и компактные сверхпроводниковые кабельные линии уже начинают внедряться в сетевой инфраструктуре развитых городов и крупных промышленных объектов. Это позволяет снизить потери, повысить надежность электроснабжения, снизить требования к закупаемому оборудованию, а значит, и его стоимость. 

Сверхпроводники за счет высокой плотности тока позволяют в разы снизить размеры и вес электрических машин. Это уникальная возможность, так как большие габариты и вес современных электродвигателей и генераторов сдерживают развитие сразу в нескольких отраслях, не позволяя создавать региональные и магистральные летательные аппараты на электрической тяге, осложняя изготовление и эксплуатацию больших морских судов и ветрогенераторов. Например, современные судовые электродвигатели мощностью более 20 мегаватт имеют размеры и вес на пределе допустимого для их транспортировки от места производства. 

Низкотемпературные проводники, промышленное использование которых началось в 1960-х, активно применяются в медицине для изготовления томографов. ВТСП-томографы смогут работать без применения жидкого гелия для охлаждения, что снизит стоимость эксплуатации: гелий является невозобновляемым ресурсом, стоимость которого выросла с 2000 года в 2 раза. Переход на безгелиевые томографы – серьезная стратегическая задача в сфере медицинской техники, и она может быть решена с помощью ВТСП-материалов. 

Большие перспективы у сверхпроводниковых технологий в ускорительной технике: как для физики высоких энергий, так и для радиационной медицины. В перспективе, ВТСП будут применяться в новых космических устройствах, а также при создании высокочувствительных датчиков. Такое необычное свойство сверхпроводников, как магнитная левитация, найдет применение для манипуляторов и конвейеров "чистых комнат", в бесконтактных подшипниках, системах высокоскоростного транспорта.

В ближайшее время Фонд перспективных исследований планирует объявить открытый конкурс на лучшее применение высокотемпературных сверхпроводников для создания уникальных устройств и механизмов. Основная цель конкурса – акцентировать внимание научного сообщества на проблеме внедрения и использования ВТСП-материалов. Предполагается, что в конкурсе примут участие представители российских научно-исследовательских институтов и университетов.
Источник информации: Фонд перспективных исследований
 
ВТСП для авиации

В последние годы устройства на основе ВТСП материалов находят своё место во многих отраслях промышленности. Новая область, в которой сверхпроводники, вероятно, смогут занять достойное положение – авиастроение.

 Рис. 1. Схема электрического привода для самолёта.


В частности, использование ВТСП хорошо вписывается в красивую концепцию о создании самолётов с электрическим приводом, работающим от экологически чистых топливных элементов, либо, что более реалистично, работающих по схеме: газовая турбина - генератор – электродвигатель (рис. 1, 2). Электрические самолеты, несомненно, явились бы значительным скачком в авиастроении, и в научной периодике начинают всё чаще возникать работы, касающиеся различных аспектов применения сверхпроводников в этой области [1-5]. Электрическая тяга имела бы много преимуществ по сравнению с традиционными технологиями – лучшая управляемость, более высокий КПД, снижение затрат на техническое обслуживание. Однако, исторически, электрическая энергия была достаточно далека от неба. Современные электродвигатели обладают достаточной мощностью и крутящим моментом для авиационных применений, однако связка генератор + электродвигатель получается слишком тяжелой и громоздкой, чтобы ее можно было поставить на самолет. Использование сверхпроводящих материалов позволит существенно уменьшить массогабаритные характеристики электрических машин, а это, в свою очередь, поднимет мощные электрические силовые установки в небо.

Одним из основных стимулов к созданию электрических самолётов является обеспокоенность общественности загрязнением окружающей среды. Выбросы углекислоты представляют очевидную угрозу для экологии. Так как около 30% вредных выбросов в атмосферу происходит в результате сжигания топлива в двигателях различных транспортных средств: машин, тепловозов, самолетов и морских судов, то поиски новых технологий, способных уменьшить потребление ископаемого топлива транспортом, представляются весьма актуальными. Электрические самолёты, будут более безопасны для окружающей среды, в силу меньшего потребления углеводородного топлива. Кроме того, переход на электрический привод способен существенно снизить шум от работы двигателей, что стало серьезной проблемой: ”рёв” современных авиамоторов некомфортен как для пассажиров, так и для населения и фауны прилегающих к аэропорту территорий.

Рис. 2. Турбовентиляторный двигатель и электрический вентилятор

Может возникнуть вопрос о том, откуда самолёту брать электроэнергию. В качестве источника энергии может выступать работающая на водороде газовая турбина, приводящая в движение генератор или топливные элементы, высокий КПД которых позволит увеличить дальность полета без дозаправок.

Экономически оправданным способом хранения топлива на борту будут криогенные баки с водородом, в которых он хранится в жидком виде. Так как температура жидкого водорода составляет около 20 K, то его присутствие на борту позволит выполнять сразу две задачи: помимо получения электроэнергии жидкий водород может использоваться и как хладагент устройств на основе ВТСП или MgB2.

Предложенные рядом разработчиков модели ВТСП привода [2-4], несомненно, потребуют значительных усовершенствований до начала их установки на самолёты. Особенно остро возникнут вопросы, связанные с надежностью систем криогенного обеспечения, возможные способы их разрешения предложены в [5]. Но можно смело надеяться, что все препятствия будут успешно преодолены с развитием сверхпроводниковых и криогенных технологий.
М.П. Смаев
P.J. Masson et al., IEEE Trans. Appl. Super-cond, 15, 2218 (2005).
P.J. Masson et al., Supercond. Sci. Technol., 20, 748 (2007).
P.J. Masson et al., IEEE Trans. Appl. Super-cond, 17, 1533 (2007).
P.J. Masson et al., IEEE Trans. Appl. Super-cond, 17, 1579 (2007).
P.J. Masson et al., IEEE Trans. Appl. Super-cond, 17, 1619 (2007).

Источник: perst.isssph.kiae.ru

Картина дня

наверх