На выставке «АРМИЯ-2023», проходящей с 14 по 20 августа в городе Кубинке, ЮУрГУ представил демонстратор тягового электромагнитного двигателя для беспилотных летательных аппаратов. Ученые кафедры «Летательные аппараты» Политехнического института ЮУрГУ смогли сделать двигатель легче и не потерять в мощности.
Двигатели беспилотных летательных аппаратов должны быть легкими и мощными. В этом и кроется загвоздка для проектировщиков: как сохранить мощность при меньшей массе? Помимо массы, которая не должна быть больше 1,25 кг, ученые ЮУрГУ должны были учесть и другие важные параметры: полезная мощность на валу (не менее 2600 Вт), частота вращения лопастей (6000-10000 об./мин.), наружный диаметр двигателя (не более 20 см) и многое другое. Все параметры были строго соблюдены.
Ученые ЮУрГУ предложили взять за основу нового электродвигателя конструкцию вентильного типа: кручение лопастей обеспечивает постоянный магнит-ротор, который вращается в магнитном поле катушек статора. Но в нашем случае двигатель отличается от традиционной модели и имеет обращенную конструкцию, то есть вращающаяся часть, ротор, расположена снаружи, а не внутри.
Главным же нововведением в конструкцию стала специальная алюминиевая обмотка, изготовленная c помощью технологий 3D-печати. Хотя обычно обмотку делают из медного провода. Особая конструкция обмотки в виде двух плотно скрученных спиралей позволила сократить площадь паза, за счет чего уменьшились и габариты двигателя. Масса двигателя также уменьшилась, так как алюминий в три раза легче меди.
«Наиболее серьезной для нас проблемой остается способ установки такой обмотки на зубцы. Поэтому мы предлагаем сделать зубцы съемными, а в нижней части зубца предусмотреть элементы замкового соединения со спинкой статора. Сердечник статора при этом стоит собирать в единую конструкцию после установки обмотки на зубцы. При таком подходе, однако, неизбежны замыкания листов в местах примыкания зубцов к спинке статора и дополнительные энергетические потери от вихревых токов», – объясняет Виктор Федоров, кандидат технических наук, доцент, начальник центра ракетно-космической техники имени академика В. П. Макеева.
По сравнению с традиционной конструкцией подобных двигателей разработка ученых ЮУрГУ сохраняет высокий уровень электромагнитной нагрузки, при этом увеличивает удельную мощность двигателя на 15 процентов.
Южно-Уральский государственный университет – это университет трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В 2021 году ЮУрГУ победил в конкурсе по программе «Приоритет-2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ), который призван решить задачи национального проекта «Наука и университеты».