Подсказка: сделать все маленьким.
Вступление
Всем привет. По образованию я инженер по эксплуатации летательных аппаратов и авиационных двигателей, но в данной статье я опишу как сделал небольшой электродвигатель на сверх проводниках, и поэтому мое вступление прошу принять как оправдание тому, что в разработке и изготовлении электродвигателей, я не обладаю достаточной компетенцией и опытом, но все-же я его сделал. А посему, уважаемые эксперты, специалисты, профессионалы и аналитики прошу сделайте поблажки для дилетанта, а всю критику и доказательства вашей правоты прошу предоставить в виде решений, изготовленных собственными руками.
Начало
Так получилось, что весной 2019 я начал работать инженером в компании СуперОкс. Я принимал участие в разработке электродвигателя на сверхпроводниках (Фото). Работа по началу была интересная и иногда пыльная в перемешку со стружкой из различных материалов. Столько проблем удалось решить :). Спустя полгода я понял, что путь до полноценного самолета с двигателем на сверхпроводниках будет долгим и сложным. Тогда родилась идея сделать свой двигатель, поставить его на маленький беспилотник или радиоуправляемый самолет и совершить хотя бы один полет.
Для справки. Когда я только узнал об этой компании, то я знал что такое сверхпроводник, но не предполагал, что производство такого продукта существует в РФ. Реально было приятно, что такие производства существуют и развиваются.
В процессе работы и общения с коллегами узнавал всякие тонкости и особенности применения сверхпроводников. По мере приобретения знаний менялась и адаптировалась конструкция двигателя.
Где-то в январе 2021 года появилось чувство, что если ничего не начать делать, то момент может быть упущен навсегда (пока семь раз отмеришь, другие уже давно отрежут). На этот момент я считал, что накопил достаточное количество знаний для реализации всего проекта и начал параллельно с основной работой заниматься своим двигателем.
Изначально идея была разработать двигатель на базе какого-либо доступного бесколлекторного электродвигателя для радиомоделей, с внешним ротором на постоянных магнитах (аутранер).
Но на этом пути были такие явные сложности как:
трудоемкость намотки обмоток на статор. (Дело в том, что провод из сверхпроводника представляет собой металлическую ленту с несколькими слоями напыления. Сам по себе сверхпроводник - это тонкий слой керамики. Если ленту сильно гнуть, то можно повредить слой сверхпроводника (https://kokos-asi-production-hot.hb.bizmrg.com/blockeditor/cfd/cfd21b82899873e22f77f08b0916d74b/5_2_1x.jpg );
статорное железо (магнитопровод) будет в жидком азоте. На его охлаждение требуется потратить дополнительный объем азота. Также статорное железо при работе электродвигателя будет греться и поэтому азот будет испаряться интенсивнее;
сложность вывода вала воздушного винта. Нужно обеспечить теплоизоляцию между ротором и криостатором. Так же необходимо защитить полость ротора от намерзания льда и конденсации кислорода;
сложность при коммутации обмоток. Лента проводника тонкая и гнется с некоторыми ограничениями, паять 24 контакта, пытаясь уложить в малый объем, должно быть сложно.
Было непонятно как изолировать термостат, как избежать намерзания влаги на выходной вал и подшипники, и как выводить вал воздушного винта.
Дальнейшие размышления были о возможности перейти к бесщеточным электродвигателям с внутренним ротором на постоянных магнитах (инранер). Эта идея выглядела более привлекательнее. Важное изменение - это решение продувать испаряющимся азотом полость ротора. Благодаря этому при постоянном потоке испаряющегося азота внутрь не должен проникать воздух вместе с влагой и кислородом. и поэтому не должны замерзать подшипники. Если бы внутрь начал проникать воздух, то влага из него стала бы конденсироваться на поверхности внутренней части корпуса ротора. Образовавшийся лёд мог легко прихватить как подшипники, так и сам ротор к внутренней стенке. Но не меньшую опасность мог представлять кислород. Дело в том, что он конденсируется при температуре порядка -183 градусов Цельсия (для сравнения азот кипит при -196,5 градусах Цельсия). Это приводит к более интенсивному испарению азота при поглощении энергии конденсации кислорода и его охлаждении, через тонкую стенку. И сам факт наличия жидкости в полости, где должен вращаться ротор, отрицательно влияет на работоспособность двигателя.
У этой конструкции плюсов было больше чем у предыдущего решения. Однако наличие магнитопровода статора также грозило существенным увеличением трудоемкости. Самый простой выход из этой ситуации это избавиться от магнитопровода. Так пришла идея сделать двигатель без магнитопровода статора (статорного железа).
Но ещё оставался вопрос как увеличить взаимодействие магнитного потока между катушками статора и постоянными магнитами ротора. Магнитопровод нужен для того чтобы передавать магнитный поток, но если катушку поднести максимально близко к магниту (ещё лучше чтобы магнит находился внутри катушки), то возможно, это позволит компенсировать отсутствие магнитопровода.
И тогда постепенно выкристализовалась идея конструкции с шестью распределенными катушками через один полюс и ротором с двумя полюсами.
План "А"
На виде сверху это выглядело так:
Далее я начал прорисовку идеи в 3d-cad T-Flex. К этому времени удалось раздобыть несколько постоянных магнитов, геометрия которых определила габариты ротора и, как следствие габариты всего двигателя в последующем.
Так появилась примерно такая конструкция:
Пришлось потратить кучу времени на разработку рамки для катушки. Основная проблема заключалась в том, лента ВТСП фактически гнется только в одной плоскости, но допускает некоторое кручение. Сочетание этих двух факторов ограничивают траекторию по которой эта лента может быть уложена. Но в конце концов удалось начертить и напечатать на 3д принтере первый прототип рамки, на который удалось успешно закрепить ленту сверхпроводника.
Помимо рамки также был напечатан корпус ротора, для размещения магнитов, опоры и цилиндр внутренней трубы. Добыты подшипники и ось ротора.
Для отладки двигателя, на рамки вместо ленты ВТСП была намотана обмоточная медная проволока. На каждую рамку уместилось 4 витка (по рекомендации человека, который занимался расчетами двигателя, необходимо было 5 витков).
Все было собрано, спаяно и подключено к регулятору скорости ESC Castle Talon 90.
Первая попытка запуска медного аналога показала очевидное - низкий крутящий момент. В первоначальный момент контроллер начинает принудительно вращать ротор без обратной связи. После того как начинает работать обратная связь, контроллер может нормально управлять двигателем. Но из-за отсутствия магнитопровода обратная связь по обратной ЭДС была затруднена, а низкий крутящий момент и момент инерции ротора приводили к тому, что ротор не успевал раскручиваться и совершал колебательные повороты около некоторого равновесного положения.
Но после принудительной раскрутки ротора двигатель запустился. И начал вращаться так лихо, что у меня возникло опасение, что напечатанный ротор разлетится на сегменты и магниты как шрапнель полетят в стороны. Тогда удалось намерять 14 тыс.об./мин и замечена ещё одна особенность: на больших оборотах момент был больше чем на малых. В следующем эксперименте я поднял входное напряжение с 12 В до 24 В и тогда двигатель начал самостоятельно запускаться.
Этот предварительный успех окрылил меня. Полагая, что при больших токах и оборотах порядка 10 тыс. об/мин, мощности двигателя будет достаточно для вращения воздушного винта небольшого диаметра и малого шага, я решил сделать двигатель горизонтальной компоновки, с прямым приводом на воздушный винт.
Но предстоял ещё один неприятный момент. Дело в том, что в вертикальной компоновке катушки должны были быть в термозащитном контейнере (термокружка из икеи? :)), а в центре должен находится тонкостенный цилиндр из пластика. Сверху должна быть крышка которая направляет испаряющийся азот в цилиндрическую полость ротора откуда выбрасывается в атмосферу. Этот газообразный азот, при своем истечении, не дает проникать в полость ротора атмосферному воздуху. Решение этой проблемы нашлось довольно изящное на мой взгляд. В верхней части сосуда где размещается азот была спроектирована трубка с отверстиями. Эта трубка отводила испарения азота вниз, вдоль передней стенки двигателя (двигатель с толкающим винтом) и выходила в районе передней опоры. Далее газообразный азот проходил через передний подшипник, в зазор между ротором и статором и выходил через задний подшипник.
Итоговый рецепт получился такой: корпус статора представлял собой емкость с центральной трубой для размещения ротора с опорами. Вокруг центральной трубы были размещены шесть катушек. Катушки у задней стенки коммутировались между собой и тремя токовыводами, к которым подсоединялись клеммы медных проводов. Там же на задней стенке крепилась горловина заправки азотом с крышкой. Для удобства заливки жидкого азота крышка заливной горловины заменялась на воронку.
Ротор состоял из вала 8 мм из нержавеющей стали (вал от сломанного струйного принтера), на который был напрессован пластиковый корпус ротора, напечатанный на 3Д-принтере, с запрессованными в него магнитами. На конце вала крепилась цапфа воздушного винта.
Передняя опора ротора была напечатана из PLA-пластика на 3д принтере и в неё вставлялся керамический подшипник. Задняя опора также напечатана 3Д принтере и также с подшипником.
Все было напечатано, склеено на суперклей, спаяно, собрано, замотано в криогель, красивый блестящий скотч и размещено на стенд.
Первые запуски показали несовершенство конструкции. В принципе двигатель начинал вращаться, но из-за температурных деформаций клинили подшипники и ротор останавливался. А учитывая низкий крутящий момент двигателя, запустить его спустя 5 минут после заливки азотом не представлялось возможным. В какой-то момент показалось что двигатель все же начал крутиться, но вал оставался неподвижным. Как оказалось, из-за низкой температуры сжался пластиковый корпус ротора и, как следствие он развалился в тонких местах.
Корпус ротора был напечатан заново. После установки корпуса ротора на вал и запрессовки магнитов, корпус был обклеен стеклонитью на циакрине.
Далее была борьба с опорами и подшипниками, чтобы они не клинили сразу (это ещё половина недели исследований, доработок и испытаний). В итоге, с новым корпусом ротора и новыми опорами, двигатель начал стабильно запускаться и мог продолжительное время выдавать тягу достаточную для полета самолета массой примерно 3 кг (время непрерывной работы около 1 мин).
Было решено ставить на самолет и лететь.
На тот момент у меня был пустой планер китайского самолета Hunter с размахом крыла 1.8 м. Я его немного адаптировал для установки двигателя. В частности задняя часть фюзеляжа была обрезана до точек крепления крыла для того чтобы сместить двигатель вперед и тем самым легче сбалансировать самолет.
Ещё решил не заморачиваться с автопилотом, а ставить радиоуправление. Итоговый вес самолета оказался в районе 3,6 кг.
У меня уже был опыт использования аппарата такой массы и на обычном бесколлекторном электрическом двигателе с резиновой катапультой этот самолет взлетал и летал продолжительное время и поэтому я решил что полет возможен (https://youtu.be/XcgAAbhTyxM).
Договорился с пилотом, выехал в поле и в итоге полет не получился.
Этому провалу сопутствовало несколько факторов:
Большой вес самолета при низкой мощности двигателя. Резино-катапульта разогнала самолет до начальной скорости, но низкая мощность двигателя и резкий набор высоты сразу после взлета привел к снижению скорости и, как следствие к сваливанию и падению самолета.
Некачественная аэродинамика. Стандартный фюзеляж планера был весьма "пухлый". Также аэродинамичности не прибавляет торчащий кусок силового шпангоута, к которому крепился двигатель, и две вертикальные плоскости в задней части фюзеляжа образованные срезом фюзеляжа и задней стенкой двигателя.
Есть ещё один фактор который по своему мог влиять на работу двигателя. Дело в том, что с наружи двигатель был покрыт алюминиевой лентой на самоклеящейся основе. А учитывая небольшое расстояние между ротором и стенкой переменные магнитные поля при вращении ротора создают противо ЭДС в тонком слое фольги. И при увеличении оборотов этот эффект только усиливается (демонстрация данного эффекта на примере колебания постоянного магнита над алюминиевой плитой).
Решения были следующие:
Чтобы снизить массу самолета, все детали были взвешены, измерены и создана весовая модель самолета. В итоге было решено переставить двигатель ещё ближе к передней части самолета. Убрать две АКБ общей массой 1000 г. Вместо неё будет установлена одна батарея массой примерно 300 г. Для соблюдения балансировки батарею должна быть выдвинута ещё вперед на 150 мм и для этого требовался новый фюзеляж.
Новый фюзеляж также должен улучшить аэродинамику самолета.
Потратив ещё несколько дней. Фюзеляж был спроектирован, вырезан на станке ЧПУ. Обклеен стеклотканью и покрашен.
Алюминиевый скотч с поверхности двигателя был удален.
Помимо фюзеляжа были вырезаны силовые шпангоуты для усиления и подставка под самолет с новым фюзеляжем.
Все было собрано и снова готово к полету.
В поле, перед самым взлетом произошел отказ двигателя. После нескольких попыток запустить двигатель я прозвонил обмотки двигателя и выявил обрыв одной фазы.
Печаль.
После разбора двигателя выяснилось, что во внутренней трубе напечатанной из пластика появилась трещина. В результате уровень азота был намного ниже необходимого и верхние проводники не охлаждались. Как результат, при подаче большого тока, самый верхний проводник, идущий к токовыводу, перегорел.
Но самое важно что корпус из напечатанного пластика уже не подлежал восстановлению.
На этот момент доступа к 3Д принтеру у меня не было, но был фрезерный станок ЧПУ. И так настала очередь плана Б.
План «Б»
Было решено сделать корпус двигателя из пеноплекса на фрезерном станке с ЧПУ. В двигателе, напечатанном на 3Д принтере, пластик выступал как прочная оболочка, обеспечивающая прочность и герметичность емкости, а поверхность теплоизолировалась криогелем толщиной 5 мм.
В новой конструкции внешний корпус статора изготовлен из пеноплекса. Он же должен обеспечивать герметичность,теплоизоляцию и частичную прочность (прямо-таки ТРИЗ). Для повышения прочности корпуса, снаружи пеноплекс обклеивался стеклотканью на эпоксидной смоле. В передней части двигателя также крепился силовой шпангоут из 2 мм стеклотекстолита. Внутри проходила труба для ротора и в верхней части емкости трубка для отвода газообразного азота. Обе трубки изготовлены из стеклоткани на эпоксидной смоле ЭТАЛ-Карбон Light.
Также заливная горловина была перенесена на боковую поверхность, так как при расположении на задней стенке, воронка для заливки мешала вращению воздушного винта и после заливки, перед запуском, приходилось её снимать. Это не принципиально при полетах, но при отработке и испытаниях постоянно менять воронку на крышку и обратно неудобно.
Переднюю опору пришлось доработать, так как в новой конструкции она вставлялась со стороны винта.
Полученная конструкция была собрана и готова к проверке.
В этот раз я решил сделать предварительное опробование на стенде без выезда в поле. И в процессе проверок двигатель сгорел опять.
Снова печаль.
Спустя два дня, моря разочарования, литра пива и 4 литров отборного чая решил предпринять последнюю попытку создать двигатель на сверх проводниках. Настала очередь плана В.
План «В»
У меня оставался второй комплект катушек намотанный на рамки. Также было ещё несколько рамок, из которых восстановил медный аналог.
За неделю восстановлен медный аналог для предварительной проверки, отработки и настроек контроллера.
Двигатель ВТСП, который я до этого собирал и испытывал, обозначен как №1. Он был разобран на отдельные элементы. Перегоревшие две катушки были заменены. Обмотки были заново скоммутированы. Была внедрена новая конструкция токовыводов.
Для медного аналога были выпилены стенки спереди и сзади, чтобы двигатель можно было крепить аналогично криогенному. Два криогенных двигателя собирались параллельно с таким расчетом, чтобы большую часть настроек и испытаний сделать на №1, а окончательную настройку и полет выполнить на №2.
Ротор для всех трех двигателей был один.
Также на станке ЧПУ сделал простой стенд для измерения тяги и проверил его работу на обычном бесколлекторном электродвигателе.
После склейки и сборки ещё два дня занимался настройкой различных контроллеров. Довольно неплохо подходил контроллер Marcus SL110, но после нескольких испытаний все же он сгорел. Есть особенность таких контроллеров. При запуске двигателя они могут давать длительные серии импульсов. При запуске обычного медного бесколлекторного двигателя, ток ограничен сопротивлением подводящих проводов и обмоток, но в случает с двигателем ВТСП, ток ограничивается сопротивлением одних подводящих проводов. По этой причине предположительно и сгорел данный контроллер.
В итоге трех дней настроек удалось получить рабочую схему из батареи литий-полимерных аккумуляторов напряжением 24 В и ёмкостью 3.5 А*ч, контроллера Castle Fenix Edge Lite, и двигателя на сверхпроводниках №2.
Все было проверено на стенде со штатной батарей и приемником радиоуправления, установлено на самолет и проверено ещё раз в сборе.
Итак настал май.
2 мая я с готовым самолетом, жидким азотом и другой сопутствующей «хурмой» выехал на летное поле. Сам я рулить радиоуправляемым самолетом умею плохо, поэтому пришлось уговаривать местных пилотов. На мои просьбы отозвался Василий, хотя и предупредил, что возможно самолет разобьется. Но по сути, разбить самолет у меня было намного больше шансов.
И первый полет закончился аварийной посадкой.
Быстрый осмотр показал, что внешне все целое и было принято решение сделать вторую попытку, но на меньшей мощности.
Перед второй попыткой мы провели небольшую проверку как работает двигатель на некоторых режимах и после определения решили взлетать.
На это раз полет оказался успешным.
На волне этого успеха хотели совершить ещё один полет, но видать подшипники снова начали подклинивать и двигатель не выдавал необходимой мощности, а в некоторые моменты он останавливался. И так мы решили, что одного полета хватит и можно заканчивать эту эпопею.
Самолет взлетел, совершил короткий полет и пусть он был недолгим, но тем не менее я считаю его можно рассматривать как первый полет летательного аппарата с тягой от силовой установки на сверхпроводниках.
Что дальше? Можно улучшить конструкцию ротора для увеличения крутящего момента. Есть идея, как сделать опоры в которых не будут замерзать и клинить подшипники. Сделать безрамочные катушки для улучшения охлаждения. Все это приведет к увеличению надежности, мощности и времени работы двигателя. А после этого прикрепить шасси, поставить на него автопилот, для сбора информации об эффективности двигателя и сделать ещё несколько полетов..., но это уже будет второй или очередной полет - первый полет уже состоялся.
Для этого проекта продолжения не будет. Основная задача была сделать хотя бы один полет (см. начало статьи) и эта задача выполнена.
П.С. Хочу выразить благодарность сотрудникам компании «СуперОкс» за помощь, консультации и поддержку, а также за то что не пытались ограничить моё творческое безумие. Успехов Вам, и хорошего финансирования, на вашем долгом пути внедрения ВТСП в повседневную жизнь. Отдельная благодарность компании «SuperCam» г.Ижевск за предоставленный планер. Также спасибо компании «ЭНПЦ Эпитал» за консультации по эпоксидной смоле для жидкого азота.
И главная благодарность пилоту Василию, за то что не побоялся взять на себя ответственность за первый полет летательного аппарата с моим электрическим двигателем на сверхпроводниках и жидким азотом.
П.П.С. 3D модель двигателя для скачивания: Модели для скачивания
Комментарии (123)
courser
24.07.2021 13:49+15Очень интересно, радует настойчивость автора )
Но хотелось бы понять, что там с КПД получилось(основной смысл крио- ведь в нём)?
Понятно что сейчас скрее всего хуже чем у обычного аутраннера, но есть ли вообще перспективы?
anenkov_a Автор
24.07.2021 17:25+7У больших двигателей КПД свыше 98%. У маленьких я не знаю. Из-за веса системы охлаждения они невыгодны. Мой двигатель при мощности порядка 500 ватт в заправленном состоянии весил 1000 грамм. Обычный китайски безколекторный аутранер должен весить 65...100 грамм. В таких габаритах и можности они не целесообразны.
drWhy
24.07.2021 14:28+6Безумству храбрых инженеров поём мы песню. Да не окончится удалой ТРИЗ тризной по годной идее.
Что если перед подшипниками установить криогенные сальники, а вокруг подшипников устроить воздушные камеры со свободным доступом в них тёплого забортного воздуха, испаряющемуся азоту же предоставить свободный путь в обход подшипников?anenkov_a Автор
24.07.2021 17:26+2Типа того. На некоторых двигателях их ставят снаружи. И это половина подсказки
VaalKIA
26.07.2021 02:33+3Есть такая вещь, как газодинамические подшипники, они сюда, прямо просятся, давление, в испарительной камере, конечно, подскочет, но если это будет не приемлимо, то можно попробовать сделать для них отдельный капилляр, с подогревом. Технически такие подшипники очень просты: это просто подшипник скольжения со сделанной внутри круговой проточкой, в которую подаётся газ под давлением.
anenkov_a Автор
26.07.2021 21:49Звучит как способ завалить проект.
При всем уважении... подшипники с телами вращения создали ряд трудностей и подшипники скольжения тоже. А разбираться газодинамическим, которые требуют соблюдения точности изготовления, поддержания напора и строгой балансировки ротора.... Звучит не очень привлекательно.
zaq1xsw2cde3vfr4
24.07.2021 15:40За проделанную работу респект и уважуха, а вот сама идея, заморачиваться со сверхпроводниками до появления по-настоящему высокотемпературных сверхпроводников, провальная изначально.
anenkov_a Автор
24.07.2021 17:31+18Тогда сколько братья Райт должны были ждать подходящий двигатель? Если бы не их целеустремленность и толковые помощники, то первыми были какие-нибуть французы, или гражданин Кертис.
zaq1xsw2cde3vfr4
25.07.2021 19:49Ну так я и говорю, за целеустремлённость респект и уважуха. А вот братьев Райт сюда приплетать не стоит. Они были первопроходцами в области, где теоретической базы не было совсем. Чего не скажешь про данный случай. Автор мог потратить день на расчёты (возможно не один день) и получить с небольшой погрешностью характеристики ЛА. Так конечно нечего было бы в руках подержать и ролик не про что снять, но времени ушло бы меньше.
Bedal
24.07.2021 21:25+8Нет, это как раз очень большое и перспективное дело!
Для самолёта нормального размера, пассажиров так на сто, движкам требуются десятки мегаватт. То есть 1000А при 10кВ напряжения. Это - огромные потери и нагрев пожарного уровня. Так что ВТСП очень перспективны уже сейчас, уже такие, какие есть.
Кстати, этим занимаются и в большой авиации.
da-nie
24.07.2021 15:56+5Проект интересный, но, если не секрет, ради чего делался двигатель на сверхпроводниках? Какие именно параметры вы хотели улучишь, за счёт чего именно и зачем вам это понадобилось вообще? Ну и удалось достигнуть запланированного или нет.
anenkov_a Автор
24.07.2021 17:40+12Быть первым! Цель достигнута.
Если я далеко не лучший специалист в этой области обладает доступом к материалам смог сотворить такой двигатель, где гарантия, что завтра это не зделает какой-нибудь японец, американец или немец? А потом читать их статьи и комментарии в рунете что "все проспали". Да хрен там. Пусть теперь буржуи пишут что все они проспали.
Кстати сегодня (24 июля 2021) на МАКС летала летающая лаборатория с двигателем на сверхпроводниках. Хоть основная часть тяги создавалась маршевыми двигателями, но думаю это только начало летно программы испытаний этого движка.
da-nie
24.07.2021 18:30-1Хм. Вас, наверное, удивит, но когда хотят стать первыми, то становятся первыми в применении перспективной технологии. То есть, если известно, что эта технология даст определённые выгоды, то стать в ней первым вполне понятная задача, поскольку это означает, что вы эти выгоды получите. А вот что такое быть просто первым? На ум приходит только неуловимый Джо, когда никто не делает не потому, что не может, а потому что нафиг не надо — выгод никаких.
летала летающая лаборатория с двигателем на сверхпроводниках.
С ними-то как раз всё понятно — они точно знают, какую выгоду можно получить, оттого и испытывают свои двигатели на сверхпроводниках. А вот из вашего ответа у меня сложилось впечатление, что вы об этой выгоде понятия не имеете и сделали двигатель именно чтобы просто сделать хоть как-нибудь, потому что где-то слышали, что кто-то такой двигатель делает, но не знаете, зачем.
Кстати, вы токи какие получили? Как они с предельными для вашего сверхпроводника (я так понял, у вас тонкая лента) на керметах соотносятся?drWhy
24.07.2021 19:43А как определить перспективность той или иной технологии без испытания? Сверхпроводники в термоядерной энергетике например перспективны, или тоже неуловимый Джо?
da-nie
24.07.2021 20:02+2Ну приехали… Как минимум есть понятие, что может изменится и куда при применении заданной технологии. А то, если не секрет, что вы будете измерять, коли даже не знаете, что поменяется? В термоядерной энергетике, например, мощные магнитные поля получают сверхпроводниками. А автор этого двигателя почему-то сам не знает, что он может получить и какую проблему решить.
BIGor27
26.07.2021 14:24+1Прошу прощенья, но вы только ответы его прочитали или всю статью? Как мне кажется, автор достаточно ясно описал, откуда возникла потребность сделать ЛА на СП.
Bedal
24.07.2021 21:26+1Эта технология очень перспективна в авиации.
da-nie
24.07.2021 21:41+1Автор об этом не сказал ни слова. ;)
Чем именно перспективна эта технология? Аккумулятора на борту будет мало для питания электродвигателя. Значит, генератор. Чем перспективно включать цепочку генератор-двигатель на борту самолёта? И какого именно самолёта? Винтового? Реактивного? Чем не устроила текущая двигательная установка без посредников?anenkov_a Автор
24.07.2021 22:33+3Посмотрите мультик "Икар и мудрецы".
В догонку:
Братья Райт: Мы сделали самолет.
Скептик 1: А зачем вообще что-то делать?
Скептик 2: А что он может перевозить? А вы посчитали экономическую выгоду?
Скептик 3: Пока законы аэродинамики неизвестны, то делать самолеты опасно.
Полиция: А на каком основании и какое право вы сделали первый полет.
Goupil
25.07.2021 00:55+2Что самолёты очень нужны за 40 лет до братьев все понимали. Публика была готова.
ptica_filin
25.07.2021 08:28"Летательные аппараты тяжелее воздуха невозможны". 1895 г., приписывают лорду Кельвину (тому самому физику, в честь которого названа единица температуры)
da-nie
25.07.2021 08:55-1И как связаны «невозможны» и «нужны»?
И почему мнение Кельвина распространено сразу на всех? Менделеев, например, ядерную физику не признавал никак.
Goupil
25.07.2021 10:21+4"Когда уважаемый, но пожилой учёный утверждает, что что-то возможно, то он почти наверняка прав. Когда он утверждает, что что-то невозможно, — он, весьма вероятно, ошибается." Артур Кларк
da-nie
25.07.2021 06:09То есть, инженерное мышление у вас отсутствует как класс, раз даже вопрос по сути вам не понятен? Тогда что мешало из стремления стать первыми, сделать первый двигатель из резины? Из золота? Терракотовый двигатель? ;) Зачем? Ну так, стать первым.
Ещё раз, какие выгоды даёт сверхпроводящий электродвигатель в авиации, на каких самолётах и за счёт чего? Вам это известно? Или вы делаете на работе ваш 500 кВт движок без понимания, зачем вы это делаете и чего добиваетесь?anenkov_a Автор
25.07.2021 11:42+1Ещё раз читаем первый мой ответ в данной ветке.
Не надо сюда притягивать 500 КВт движок. Он создается как демонстратор для оценки эффективности таких двигателей и для отработки конструкции и технологии. А поскольку он требует показать эффективность, то поэтому его и надо делать мощным, а стоимость и время разработки увеличиваются как следствие.
Я сделал свой двигатель скорее больше для PR. Думайте об этом как о популяризации применения сверхпроводников для решения инженерных задач. Я постарался доказать, что применение сверхпроводников не является научной фантастикой для небожителей или корпоративных монстров, и в принципе они вполне доступны.
da-nie
25.07.2021 12:27Ещё раз читаем первый мой ответ в данной ветке.
Этот ваш ответ показывает, что вы вообще не в теме, зачем занимаются двигателями на сверхпроводимости. В отличие от вот этого комментария. Просто сравните уровень рассуждений.Я постарался доказать, что применение сверхпроводников не является научной фантастикой для небожителей или корпоративных монстров, и в принципе они вполне доступны.
Если не секрет, почему вы считаете ВТСП (которые, на минуточку, можно выпекать дома, если купить нужные реактивы — и это слова одно из авторов открытия ВТСП, насколько я помню) каким-то хайтеком и, по вашим словам, фантастикой? Их мало применяют в быту только потому, что это нафиг никому не сдалось. А так ничего особого там нет. Ну сделали вы в модельном двигателе сверхпроводящую обмотку, ну и чего, лучше стало работать? Нет? Ну так это тот самый случай, когда применение бессмысленно. И так во многих случаях. Вы меня простите, но эти откровения очень похожи на восторг папуаса от радиоприёмника. :) Это не инженерный подход ни разу. Инженер бы сразу сказал, что, например, пытался бы увеличить мощность двигателя при снижении массы, но на модели, ожидаемо, наличие азота увеличит вес больше, чем получаемая выгода, тем не менее, проверка принципа прошла успешно. Тут есть и цель, и прогноз, и результат. А у вас ничего этого нет. Вы, судя по вашим словам и статье, просто бездумно сделали двигатель ничего не проверяя и не планируя проверить и достигнуть (даже научиться делать такие двигатели хорошо). Просто потому, что никто не пожелал сделать обмотки из ВТСП и охладить азотом. Ну не чудо ли? Тогда бегите делайте следующий двигатель с жидким гелием — лишь бы сделать первым. Этого тоже никто, наверное, не сделал. :)
edo1h
25.07.2021 13:31+1Инженер бы сразу сказал, что, например, пытался бы увеличить мощность двигателя при снижении массы, но на модели, ожидаемо, наличие азота увеличит вес больше, чем получаемая выгода, тем не менее, проверка принципа прошла успешно. Тут есть и цель, и прогноз, и результат. А у вас ничего этого нет.
ИМХО вы занудствуете; во всяком случае у меня при чтении статьи возникло ощущение, что автор просто решил опустить банальности вроде «наличие азота увеличит вес больше, чем получаемая выгода»
da-nie
25.07.2021 13:39Я тоже так думал и поэтому в первом же комментарии спросил у автора цели и задачи и результат. И что же оказалось? ;) А оказалось, что автор просто хотел первым опустить обмотку из ВТСП в азот и не более того. При этом он понятия не имеет (я не увидел ни в одном ответе автора), зачем он это делает. Ответ неизменен: просто чтобы быть первей буржуев. Хм. Детский сад да и только.
da-nie
25.07.2021 13:10Кстати, даже вариант «сделал попробовать» несёт гораздо больше смысла, чем «чтобы быть первым», поскольку подразумевает как минимум любопытство и исследование. А вот что такое «чтобы быть первым» без внятного объяснения, что это даёт и зачем нужно, не знает никто.
anenkov_a Автор
25.07.2021 15:26Хух..... Считаю нет смысла с вами дальше разговаривать.
da-nie
25.07.2021 15:29А вы разговаривали? ;) Что-то не заметно. Вот я с вами вожусь, пытаюсь понять, что же стоит за столь странным обоснованием «стать первым». Ответа нет. Зато я пока вижу уровень ответов школьника 5 класса. Связность мышления и логическая обоснованность своих же действий отсутствуют напрочь. Объяснить подробно, что за вашими действиями стоит вы вообще не можете и не пытались. Иными словами, адекватность, я бы сказал, странная, простительная разве что ребёнку, но вы-то судя по фотографиям в статье не ребёнок. Или это сейчас так учат в институтах? Интересно, что за институт вас выпустил, откройте секрет? Или это у вас какое-то восприятие, что коли вас о чём-то спросили и ответ нашли странным, то это вас непременно пытаются обидеть и дальше раскрывать ответ вы уже не будете?
Очень странно и начинается ваша статья:А посему, уважаемые эксперты, специалисты, профессионалы и аналитики прошу сделайте поблажки для дилетанта, а всю критику и доказательства вашей правоты прошу предоставить в виде решений, изготовленных собственными руками.
Откуда такая неуверенность в себе, что вы хотите заранее закрыться от критики, причём, по принципу «сперва добейся», но никак не в виде информации, как надо было бы делать на самом деле? Полагаете, это нормально? Сомневаюсь. Вы заранее уходите от диалога. Это и видно по односложной мысли — она такая простая-простая и такая наивная-наивная. «Быть первым, пока буржуи не опередили». И никакого обоснования, зачем быть первым. Как будто сама первость уже оправдывает всю работу. И я так понимаю, вы просто решили, что просто быть первым достаточно и этим вы просто самоутверждаетесь? Никакой пользы и не надо? Ни цели, ни задачи? Просто быть первым независимо ни от чего?
engine9
25.07.2021 18:03В чем истинная причина вашей агрессии?
da-nie
25.07.2021 18:22+2Агрессии? Про агрессию стоит прочитать вот это.
Тем не менее, после нескольких ответов автора в стиле «смотрите мультик Икар и мудрецы», идиотизм происходящего стал несколько раздражать. Человек не желает ясно выражать свои мысли и даже не пытается (изначальная позиция — раковина от любых вопросов и мнений, не оценивающих сугубо положительно работу). Зачем нужен сверхпроводящий двигатель я так и не узнал от автора. А так как автор позиционирует себя как инженера, то, извините, инженер должен быть инженером, а не школьником, восторгающимся тем, что он опередил Ваську с соседнего двора в совершенно никому не нужном деле (полезность, напомню, так и не показана ). Вот этот детский подход просто самоутвердиться без всякой иной причины у инженера не может, в конце-концов, не раздражать. Встречать такую мотивацию у взрослого (а автору, как я понимаю, за 40) — это такой фейспалм и офигевание, что я даже передать не могу.
niktor_mpt
26.07.2021 09:42+2Не на то смотрите, как мне кажется.
Разумеется А. Крик в своей книге прав, что инженер должен в первую очередь ставить экономику.
Здесь, скорее интерес в том, что у автора не получалось. Одна только задача расчёта и изготовления обмоток из хрупких лент чего стоит.Ситуация в целом, аналогична квантовым компьютерам: ни один ещё не забарывает классический (про генерацию случайного числа - даже не смешно), не говоря уже про способность решать реальные задачи. Но занимаются же.
И здесь вы можете в смысле критики развернуться и в ширь, и в глубину :).А отработанный неэффективный движок даёт отсчёт для оценки того, начиная с каких токов и мощей сверхпроводящий движок будет забарывать обычный медный.
Не нравится масса? Добро пожаловать на флот: там и массы, и места хоть отбавляй :).
Bedal
25.07.2021 22:15+2Тем, что за углеродные выбросы авиаторам уже плешь переели, а там, глядишь, и мозги выедят. При этом взлётная тяга двигателей в 7-10 раз выше крейсерской. Значит, есть возможность иметь двигатель, заметно меньший по мощности, а взлёт делать с поддержкой аккума (подзаряжая его на эшелоне). Кроме того, это позволит значительно увеличить ETOPS, и потому, что электросистемы гораздо надёжнее прежних двигателей, и потому, что можно использовать два источника энергии на разных физических принципах.
Кроме того, компактность электромоторов позволяет разместить их так, как было невозможно с обычными движками. Это - путь к "активной" аэродинамике, где эффективный профиль крыла и фюзеляжа формируется не только "железным" профилем, но и эффектом его обдува. Для фюзеляжа это позволяет его как бы удлинить и уменьшить сопротивление процентов на 10-15. С обычными движками это не делается ещё и потому, что отказ двигателя резко ухудшит летучесть. Но, опять же, электромоторы на порядок (и, возможно, не на один) надёжнее обычных.
Но, конечно, даже самое сейчас необычное по этой части - только начало пути, и точно предсказать, что получится, трудновато.
Вернувшись к ВТСП: на самолётах размера А-320 нужные мегаватты без ВТСП на движок не передать.
wigneddoom
26.07.2021 00:16+1Тут на МАКСе летала «переделка» АН-2 с 8-ю электродвигателями как раз для обдува. Очень короткий разбег.
da-nie
26.07.2021 05:26Спасибо за развёрнутый ответ, которого от автора я так и не дождался.
Вернувшись к ВТСП: на самолётах размера А-320 нужные мегаватты без ВТСП на движок не передать.
А как же тепловозы работают? У них тоже мегаваттные двигатели (1 МВт это же всего 1360 л.с.). Но сверхпроводимость что-то не торопятся использовать.Bedal
26.07.2021 07:53+2А как же тепловозы работают?
Как-то работают :-)
У тепловозов мощность до 4МВт, очень редко до 5МВт, но это чаще в двухсекционниках.
Вполне типовой, но современный, у ТЭП-60 генератор выдаёт максимальное напряжение 635 В при токе 3150 А, то есть 2МВт.
Но. Тепловоз компактен, ограничений по массе нет, проводник может быть хоть в голову толщиной. И нет таких требований к экономичности, как у самолёта. То есть никто, думаю, не возражал бы против экономичности, но раз уж по-другому пока никак...
Но большая для тепловоза мощность - всего лишь стартовое значение для авиации. Два по мегаватту - это Ан-24, не больше и не быстрее.
T_Cirkla
25.07.2021 14:13+2Всегда будут те, кто будет ныть, что что-то сделано там, а не там. Так что важнее, что что-то сделано и реализовано в принципе, а не кем и не где.
sim2q
24.07.2021 16:03Очень круто!
Дальше как понимаю - должны быть криотранзисторы... ?anenkov_a Автор
24.07.2021 17:44+1Меня учили обслуживать и ремонтировать планер и двигатель Ту-22М3. Транзисторы в криожидкости.... не ну нафиг. Есть выпускники МИСИС, Бауманки, МФТИ... Пусть они отрабатывают. Я ни сколько не против если связи слава на этом поприще достанется им
anenkov_a Автор
24.07.2021 17:50+2Поздравляю сотрудников СуперОкс и ЦИАМ с началом демонстрационных полетов летающей лаборатории с электодвигателем на сверхпроводниках.
Лично был сегодня на МАКС и видел из далека. Ребята Вы молодцы.
kanvas
24.07.2021 19:59+2В двигателе на сверхпроводниках большой соблазн полагаю закачивать сверхтоки, например килоамперы в показанную ленту.
da-nie
24.07.2021 20:03У автора лента из керметов. Она может запросто при превышении тока из сверхпроводящего состояния-то и выйти. Вот станнит ниобия, например… это другое дело. И совсем другая температура. :)
Wesha
24.07.2021 20:44+1Прошу прощения, а откуда Вы планируете брать эти сверхтоки на самолёте? Или предлагаете как в том анекдоте - "И во сколько вам обошёлся электромобиль? -- $100 за электродвигатель и $50'000 за удлинитель длиной 100 км"?
Bedal
24.07.2021 21:29+1откуда Вы планируете брать эти сверхтоки на самолёте?
турбовальный двигатель с генератором, очевидно же. И сверхпроводники очень даже нужны для электроавиации: двигатели даже относительно небольшого Ан-24 это больше 3 мегаватт. Посчитайте сами, какие амперы будут в сети, какие при этом будут потери и нагрев.
edo1h
25.07.2021 00:54+3турбовальный двигатель с генератором, очевидно же
а почему не использовать этот двигатель напрямую?
raamid
25.07.2021 02:21+1Я так понимаю, что люди посчитали и выяснили, что будет эффективнее генерировать энергию на одной частоте вращения и использовать ее на другой частоте. А вместо редуктора решили использовать связку генератор-электродвигатель.
Dmitriy_Volkov
25.07.2021 10:59+1Насколько я знаю, использование электродвигателя питаемого от генератора, вращаемого, например, турбовальным ГТД, уменьшает нагрузку на крылья (электродвигатель имеет лучший показатель мощность/масса, в т.ч. не нужен редуктор) -> уменьшается вес крыльев и корпуса -> нужна меньшая тяга/мощность двигателя.
И, если потеря потеря энергии на лишнее преобразование энергии меньше, чем снижение потребной мощности, то вот он профит.
Ключевое слово "если".
Касательно же электродвигателя на сверхпроводниках, предполагаю, что основной упор возможно тоже на снижение массы электродвигателя при той же мощности
edo1h
25.07.2021 13:23+1уменьшает нагрузку на крылья
имеется в виду перенос части веса с крыльев в фюзеляж? суммарный вес, думается, будет заметно больше
da-nie
25.07.2021 13:27+1Перспективной признана технология турбоэлектрического аэродвижения с применением КСГ и КЭД для привода малошумящих тяговых винтов (рис. 6), выдвинутая в МАИ [9] в 1993 г. (рис. 6, а ) и интенсивно разрабатываемая в США в настоящее время [13] (рис. 6, б ).
Применение схемы «турбина–электрогенератор–электродвигатель–движитель» вместо традиционной «двигатель–редуктор–движитель» обеспечивает пониженные выбросы оксида азота, увеличение доступного пространства и гибкость компоновки, а также уменьшение шума и вибраций.
Схема с электроприводом вентилятора может быть реализована, если удельные показатели электродвигателя и источника питания сопоставимы или лучше, чем у турбины. Криогенные машины с резистивным якорем имеют удельные массовые показатели, сравнимые с газотурбинными авиадвигателями, что на порядок лучше по сравнению с авиационными генераторами и общепромышленными электродвигателями. В случае применения обмоток ротора и статора с нулевым сопротивлением ожидается появление КЭМ в три раза более легких.
Bedal
26.07.2021 07:59+1уменьшает нагрузку на крылья
имеется в виду перенос части веса с крыльев в фюзеляж?
Перенос массы с крыльев в фюзеляж утяжеляет самолёт.
Bedal
26.07.2021 15:58не совсем верно ответил: перенос части веса с крыльев в фюзеляж утяжеляет, в том числе, крылья, а не просто весь самолёт.
engine9
25.07.2021 18:07А если эти килоамперы закачать в обмотки ротора, чтобы они вместо постоянных магнитов давали сильные магнитные поля? Есть ли в этом какой-то практический смысл? Я не инженер, не пинайте если что :)
anenkov_a Автор
26.07.2021 22:09+1Так делали на некоторых двигателях и генератора со сверх проводниками, но это означает что нужно иметь скользящие контакты на ротор. А ещё нужно как-то их охлаждать, и это значит поддерживать среду в 20 Кельвинов во всем объеме электрической машины, или городить отдельный криостат на ротор (а может на каждую катушку) и лить в него криожидкость то-же гелий, азот или упаси чего водород.
Технически это реализуемо, но геморой ещё тот.
VT100
25.07.2021 22:24И не только закачать, а коммутировать с высокой частотой. Есть-ли увеличение потерь в контроллере двигателя?
third112
24.07.2021 21:09+1Спасибо, красиво, если не секрет: какая формула у этого сверхпроводника?
Bedal
24.07.2021 21:30для тех, кого на гугле забанили, цитирую википедию:
Провода из высокотемпературных сверхпроводников делают путём намотки из отдельных лент. Подобные провода являются перспективными для ВТСП-ЛЭП[1][6].
Первое поколение ВТСП-кабелей создано на базе сверхпроводящей керамики в серебряной матрице в конце 1990-х, второе поколение — нанесением керамической плёнки на металлические ленты (нержавеющая сталь, хастелой, сплав никель-вольфрам: Ni5%W) со специальным покрытием[5]
third112
24.07.2021 21:47+2Спасибо. За цитату из Вики. Однако Вики, как и некоторые другие источники, допускают принцип "доверяй, но проверяй"- вот я и проверяю.
Bedal
25.07.2021 22:19Проверять стоит, проводя самому смотр состояния дел - хотя бы и через гугл добираясь до первоисточников. А не спрашивать ответа у незнамо кого, вроде меня.
Потому я и предположил, что Вас на гугле - забанили. Бывает же...
Matshishkapeu
24.07.2021 23:14+4Насчет ВТСП провода. Перед его использованием в жидкости рекомендую убедиться в том, что он для этого подходит. Суть истории такова. Прилично времени назад было у меня дело со сверхпроводящими проводами. И одним из потенциальных поставщиков был Брукер. Там прямо говорили - не использовать их провод в "мокром" применении, потому что он был пористый, при квенче и выкипании криогена вокруг закипал криоген в порах, расширялся и приводил к растрестикванию в керамике. Поэтому Брукер свой провод рекомендовал только для сухих применений. Цимес ситуации в том, что сверхпроводниковое подразделение Брукера купил с потрохами Росатом. Если ваш провод российский, он возможно потомок той технологии. Возможно ее улучшили (мои разговоры с Брукером были давно). Но если технология не менялась - могут быть сюрпризы.
anenkov_a Автор
25.07.2021 00:02Мы разрабатывали двигатель на сверхпроводниках 500 КВт у которого обмотки все время в жидком азоте. Это штатный способ охлаждения.
Если вы использовали провод с охлаждением газом, то что-то мне говорит, что в качестве хладагента был гелий или водород.Matshishkapeu
25.07.2021 02:54+1За хладагент в виде водорода готовьтесь отхватить по щщам от любого спеца по ТБ. Особенно в ситуации 'потеря криостатного вакуума, выкипание, аварийный сброс хладагента через вентили избыточного давления'. Говорю как отхватывавший. Если нужна та область температур и охлаждение на фазовом переходе то можно влезть в блудняк с неоном. Блудняк потому что между кипением и замерзанием в лёд три Кельвина.
firewind1
25.07.2021 03:28+1Водород не портит металл, с которым контактирует? Он же вполне может потерять электрон, а без него это очень мелкий протон, который влезет в любую кристаллическую решетку и наделает там дефектов, вплоть до растрескивания. Или нет?
anenkov_a Автор
25.07.2021 11:53Мы не используем водород. Используется жидкий азот.
Я предположил, что водород использовали вы и как видимо оказался прав. Поэтому прошу вас - не надо личные страдания переносить на меня, пусть это остается вашим личным опытом.
Matshishkapeu
26.07.2021 00:23+2>> Я предположил, что водород использовали вы и как видимо оказался прав.
И оказались не правы, но суть не в этом.
>> Поэтому прошу вас - не надо личные страдания переносить на меня
Я не использовал ВТСП провода сделанные по Брукеровской технологии и непригодные для погружения в любой жидкий криоген (азот в том числе). У меня были Американ Суперкондактор. Именно по этой причине, и после общения с собственно спецами из Брукера. Тащемта если вам больно слышать об опыте других людей в области где вы работаете - ваше право, лично набитые шишки - самые поучительные :)
anenkov_a Автор
26.07.2021 12:48Связываться с водородом у меня нет желания. И надеюсь не прийдется. Что было-бы интересно вместо жидкого азота это сжиженный природный газ. Но ВТСП для температуры -163 град.С пока не производят в промышленных масштабах.
Bedal
25.07.2021 22:21За хладагент в виде водорода готовьтесь отхватить по щщам от любого спеца по ТБ.
Всяко бывает, иногда и нет.
Matshishkapeu
26.07.2021 13:22Ой йопта, ужос та какой. Мне кажется это какой-то пережиток 50-х ну когда диффузионный вакуумный насос в котором залито ведро ртути воспринимается как 'ачотакова?' ну и в принципе количество пальцев у рабочего-станочника было как обратный отсчёт до пенсии - три, два, один, бинго!
Сейчас нетерпимость к водороду дошла до таких высот, что, например, в промышленных имплантерах, бомбардирующих полупроводниковые пластины протонами, там баллона с водородом нет вообще. Там стоят электролизаиоры, которые разлагают воды ровно столько, сколько надо сейчас, но не хранят его. В старых версиях были баллоны но куча безопасности с тем что окружение этого баллона под пониженным давлением по отношению к посещению и все это обвешано датчиками абсолютного давления и системами защиты.
Bedal
26.07.2021 13:57не очень понял пафос Вашего коммента, могу только повторить, что практически все энергетические генераторы охлаждаются водородом.
anenkov_a Автор
26.07.2021 14:23Ну не все, но все-же технология до сих пор применяется.
К тому-же прорабатываются элементы водородной экономики. Японцы топят за водородные автомобили (не ДВС, а на топливных элементах). На камчатке наши что-то чудят с приливными электростанциями и водородом. В америке водородные ДВС пытались внедрять (даже Шварценеггер будучи сенатором на таком катался).
Пока не появится полноценная альтернатива нефтяному топливу и емкие аккумуляторы, водород будет актуален как альтернативный источник энергии.
Bedal
26.07.2021 15:14Ну не все, но все-же технология до сих пор применяется.
большинство. На самых мощных охлаждение водяное — но водород там всё равно есть.Японцы топят за водородные автомобили
это только потому, что они в электричество сильно пролетели. Как и, скажем, БМВ: очень заметно, что в водород лезут те автокомпании, что проспали старт электродвижухи. Особенно обидно должно быть тойотам — они, сделав прекрасный гибрид-Приус, остановили НИОКР и пристроились только стричь прибыли.
Почему водородомобиль плох — отдельный разговор. Но это явно так.емкие аккумуляторы
Производители хором утверждают, что к 2030му плотность энергии повысят вдвое.
Matshishkapeu
26.07.2021 23:12Это не пафос, это искреннее изумление. Понимаете там вся пляска с водородом ради увеличения охлаждения раза в полтора и ногами растет из температурной стойкости изолирующих материалов. Материалов годов 50-х, скорее всего.
Для меня это выглядит как характерная черта определенной эпохи. Когда люди ради менее киловатта энергии устраивали блудняк с РИТЭГами и запускали на низкую орбиту (не всегда удачно) атомные реакторы, делали парортутные насосы, красили циферблаты приборов радиоактивной краской, добавляли тетраэтилсвинец в бензин, красили дома изнутри свинцовыми белилами, засыпали поля толстым слоем ДДТ и многое другое. Ну то есть когда устроить себе геморрой на грядущие десятилетия ради мизерного выжимания дополнительного эффект казалось реально хорошей идеей.
Bedal
27.07.2021 08:21Это в домашней мясорубке пофиг мелочи, а на гигаваттных мощностях…
Жителей информационного мира при взгляде на мир материальный многое поражает, да.Matshishkapeu
27.07.2021 14:06А сделать изоляцию обмоток из химически и термически стойкого Каптона и не устраивать пляску с технологиями 50-х не позволяют воспоминания о пионерской молодости в которой Каптона не было и жизнь была полна трудностей и лишений, превозмогая которые закалялся комсомольский характер?
Bedal
27.07.2021 15:18+1Ну точно, к материальному производству отношения иметь не приходилось…
Там такое количество параметров нужно учитывать, что бегать с вычитанным в википедии каптоном не получается.
Бросьте хотя бы взгляд на ту же статью и задумайтесь — почему в числе применений нет энергетических? Я, кстати, не знаю, почему — но знаю, что требований — очень много. Скажем, при низкой теплопроводности будет больно. Или адгезия к меди плохая, или магнитострикционных колебаний не выдерживает, или, или…Matshishkapeu
27.07.2021 20:29+1>>Ну точно, к материальному производству отношения иметь не приходилось…
Мамкины производственники пришли учить!
>> почему в числе применений нет энергетических?
Чего применений, ВТСП? Цимес в том что они есть и какбэ основные - ветровые турбины от AMSC, там же судовые моторы. Для мамкиных экспертов в соседней ветке ссылку кидал - https://www.amsc.com/wp-content/uploads/HTSGen_Bro_0312_forweb.pdf
>> Я, кстати, не знаю, почему
Это заметно
>> Скажем, при низкой теплопроводности будет больно.
Теплопроводность ВТСП проводов очень говняная, особенно поперек структуры и особенно у тех что на ленте из нержавейки (зато радиус разрешенного изгиба лучше чем у проводов на латунной ленте). Дальше что? Там тепло не выделяется под постоянным током. Теплопроводность сверхпроводников настолько говняная, что на них делают теплоизолирующие перемычки в сильноточных токовводах, потому что по медяшкам вы в криостат нагоните дофига тепла прямо в жидкий гелий (а если заузите сечение то это тепло вам выделится на месте из-за сопротивления), ибо для стандартных металлов теплопроводность и электрическая проводимость линейно связаны законом Видемана Франца до температур в пару десятков кельвин. А для сверхпроводников - нет, можно много тока загнать через малое сечение, а небольшое паразитное тепло слить на дешевой первой ступени криокуллера (или ванне с жидким азотом) вместо того чтобы тащить эту утечку на гелиевую температуру, где каждый ватт охлаждающей мощности - золотой.
>> Или адгезия к меди плохая
Я полагаю, что в этой статье, кроме автора, я единственный кто сверхпроводящие провода лично руками паял. И всем мамкиным произведственникам могу сказать, что нормальная адгезия. Паяются индием из-за температурных ограничений на расслаивание провода.
>> или магнитострикционных колебаний
Только вот в десяти мегаваттных ветряных турбинах работают как-то.
Вопсчем, господа производственники из материального мира. Вы перед тем как кидаться других учить, вы убедитесь что вам стоит этим заниматься.
Bedal
27.07.2021 21:11Браво, браво. Грозных слов побольше! А помнить, что сам написал, и на что ответ — зачем?
А сделать изоляцию обмоток из химически и термически стойкого Каптона
Где в _этой_ ветке вообще хоть слово про ВТСП?
Matshishkapeu
27.07.2021 22:35Так вы про каптон чтоли который в моторах не используют? Посмотрели в википедии, не увидели такого и решили что так оно и есть, а дурачки из DuPont и не знают :)
Typical motor applications include magnet wire, turn-to-turn, strand, coil, slot liner, and ground insulation. Kapton is routinely used in laminations with other insulating materials, such as DuPont Nomex paper or mica, as well as in pressure-sensitive adhesive tape.
Даже смешнее. Вы же вроде выше упоминали тепловозы и всякое с ними связанное где-то выше, видимо отношение имеете. Вот российская фирма дедал-провод предлагает вам
Провода обмоточные прямоугольные с короностойкой изоляцией марок ППКСП‑Т, ППКСП‑1 и ППКСП‑2 изготавливаются путем обмотки проволоки прямоугольного сечения ....Провода предназначены для изготовления обмоток тяговых электродвигателей железнодорожного транспорта, городского транспорта (поездов метрополитена, трамваев, троллейбусов) и специальных типов электрических машин.
Вы уже догадались, что их изоляция это полиимидно-фторопластовой пленкой, с использованием комбинированного метода термообработки изоляции с индукционным разогревом, что позволяет обеспечить высокую степень адгезии пленки с токопроводящей медной жилой и тем самым значительно повысить технические характеристики. Изоляция проводов выполнена из короностойких полиимидно-фторопластовых пленок ведущих мировых производителей (DuPont, ты? )
Bedal
27.07.2021 23:11да что ж за истерика с Вами-то? Почему водородное охлаждение продолжает использоваться в генераторах большой энергетики (напряжение до 20кВ, мощность до гигаватта и более) я не знаю. Знаю, однако, что это так. Может, и каптон используют — и всё равно и водяное и водородное охлаждение. КПД 99% при гигаватте мощности — это 10 мегаватт в тепло. Если его не отводить, то и 400° стойкости не помогут, всё к дьяволу поплавится.
Впрочем, продолжайте шуметь про одно чудесное изобретение, которое решит сразу все проблемы — это характерно для офисных специалистов.
Matshishkapeu
28.07.2021 00:05>> да что ж за истерика с Вами-то?
>> это характерно для офисных специалистов
Ну это же не я полез всех учить уму разуму и пугать словами про магнитострикцию, авось забоятся и убегут. Я просто удивился весьма странному по современным меркам техническому решению. Но тут набежали мамкины производственники и стали мне рассказывать как мы смузихлебы офисные за дымом вейпов не видели производства, не таскали чемодан без ручки и колесиков набитый отсыревшими перфокартами и вообще.
>> Может, и каптон используют
Какжетаг, вы же меня двумя комментами выше чморили что
>> Ну точно, к материальному производству отношения иметь не приходилось
>> что бегать с вычитанным в википедии каптоном не получается
Уже попустило?
raamid
25.07.2021 02:23А не рассматривали ли вы вопрос построения мощных генераторов на сверхпроводниках, для электростанций? Можно было бы выиграть несколько процентов КПД, я полагаю.
anenkov_a Автор
25.07.2021 11:57https://old-etr1880.mpei.ru/index.php/electricity/article/view/526/517
Делается давно. Но знаю по большей части специалисты в узком кругу.
schubukov71
25.07.2021 12:00+1Плюс автору за достижение целей! СтОит задуматься о защите от сверхтока, чтобы не ремонтировать отгоревшие обмотки. А ещё лучше - сделать регулирование тока двигателя.
anenkov_a Автор
25.07.2021 12:04Это должен делать контроллер двигателя. Я пытался настроить VESC – Open Source ESC, но без датчика положения ротора он работал нестабильно. Тяги свыше 300 гр с этим контроллером получить не удалось.
third112
25.07.2021 14:05Есть сверхпроводящие устройства, которые размыкают сверхпроводящую цепь при превышении тока? Или возможен плавкий предохранитель — небольшой отрезок сверхпроводящего провода, меньшего сечения, чем остальная цепь?
anenkov_a Автор
25.07.2021 16:27Есть. Это одно из направлений деятельности компании СуперОкс. Но в данном случает, мощность это мегаваты и вес десятки тон. Если бы я занялся таким устройством, то это потребовало больше времени, веса, мощности самолёта.... В итоге я бы не смогла вытянуть этот проект.
rrrav
25.07.2021 12:43+3Реально достижение мирового уровня - надо было официальных репортеров пригласить - все таки впервые...
ВТСП вот уже больше 30 лет будоражат умы, но никак не вырастут из коротких штанишек. Вроде сделали МРТ на жидком водороде, что существенно дешевле. А переход на жидкий азот должен дать экономический эффект в 100 000 раз в сравнении с гелием.
Любой практический успешный шаг использования ВТСП оправдан, и ваш безумный эксперимент - еще одна крепкая ступень к звездам.
И еще вопрос - на последнем видео при проворачивании винта рукой он позиционируется на определенных углах, как-будто на полюсах статора, но вроде в конструкции двигателя нет статорного магнитопровода. С чем это связано?
third112
25.07.2021 13:50Реально достижение мирового уровня
Да! Вспоминаешь де Розье, д’Арланда, Монгольфье, Уточкина, Райт и др.
anenkov_a Автор
25.07.2021 16:36+3Во!!! Кто-то заметил .
Есть такой эффект. Причем когда обмотки теплые, то ротор вращается свободно, а когда они охладились, тогда и возникает этот эффект полюсности.
Я думаю это связано с эффектом Мейснера.
Matshishkapeu
26.07.2021 01:57+3>> ВТСП вот уже больше 30 лет будоражат умы, но никак не вырастут из коротких штанишек.
До-о-о. Десятимегаваттные ветряные турбины со сверхпроводящими генераторами это очень короткие штанишки. Как и судовой двигатель на 36 Мегаватт построенный еще в 2009-ом. По сравнению с такими короткими штанишками - авиамодель это, конечно, гигантский рывок вперед.
Собственно один из первых промышленных производителей ВТСП провода AMSC еще лет десять назад перешел к тому что турбины и генераторы для них - его основная продукция.
https://www.amsc.com/wp-content/uploads/HTSGen_Bro_0312_forweb.pdf
https://www.amsc.com/wp-content/uploads/wt10000_DS_A4_0212.pdf
anenkov_a Автор
26.07.2021 12:22ИМЕННО!!!! Это коммерческая компания и их цель зарабатывать. Поэтому они делают большие электрические машины, где несмотря на все издержки связанные с наличием криожидкости все равно есть выгода от применения ВТСП.
А большие машины - большие деньги.
Но так-же это означает что маленькими двигателями они не занимаются :)Matshishkapeu
26.07.2021 17:04+1Ну это как с газовыми турбинами. Большие стоят миллионы и являются шедеврами инженерии. А мелкие для энтузиастов носимой реактивной техники делает одна немецкая компания. Но это же не говорит о недостаточном развитии газотурбинной технологии, которая в коротких штанишках обеспечивает основу электрической генерации и авиацию, крупнее кукурузника. Просто суть технологии определяет ее нишу.
rrrav
25.07.2021 15:21Не рассматривали вариант, когда криогенная часть создает вращающееся магнитное поле и не содержит движущиеся части, а снаружи редкоземельные магнитики на лопастях винта ловят это вращающееся поле?
vvzvlad
25.07.2021 15:31+1Чем больше расстояние, тем меньше КПД.
rrrav
25.07.2021 16:02Имеется ввиду синхронный двигатель (без скольжения). Потерь в проводах нет, магнитопровода (с потерями на перемагничивание) тоже нет, излучение на таких частотах ничтожно, т.е. пока обеспечивается синхронизм, потери не зависят от расстояния (поправьте?) - пока не пропадет синхронизм (а это уж точно зависит от расстояния)
vvzvlad
25.07.2021 16:16+1Ну, только чем дальше винт, тем меньше вы энергии можете ему передать за такт переключения обмоток, напряженность поля-то падает. Поднимите напряженность поля, чтобы компенсировать — возрастут потери в не-сверхпроводимой части. Не поднимите — ну в лучшем случае получите ситуацию «полчаса раскручиваемся, чтобы достичь взлетной скорости» и 10 минут восстанавливаем скорость вращения после порыва ветра в полете.
А совсем близко без магнитопровода расположить не получится.rrrav
25.07.2021 16:57Да, согласен, потери в контроллере и питающих проводах возрастут при увеличении тока, необходимого для увеличения дистанции. Да и контроллер должен быть продвинутый, поскольку нагрузка реактивная - надо как-то рекуперировать энергию индуктивности при сбросе поля.
Вобщем, идея сомнительная (но не опробованная :)
anenkov_a Автор
26.07.2021 12:38Данный двигатель является синхронным. В принципе это BLDC инранер.
Кстати в первом полете 2 мая, как мне кажется как раз произошла рассинхронизация двигателя и его остановка.
anenkov_a Автор
26.07.2021 12:43В статоре нет никаких подвижных частей (он-же статор :)).
Магниты на лопастях... звучит сложно и неэффективно. Лопасти снаружи криостата. Между катушками и винтом как минимум 10 мм термозащиты, а значит силы магнитного сцепления будут меньше. Так-же уменьшиться обратная эдс на свободной катушке и прийдется ставить датчик положения ротора.... и пошло и поехало усложнение, увеличение, дорожание, продление... круг замыкается ... добро пожаловать в ад разработчика.
niktor_mpt
25.07.2021 17:35+2С почином!
Интереснее всего читать про "почему не заработало и сломалось" - это и самое полезное. :)
Подвод тока от источника к двигателю сверхпроводящим делать не планируется?
Вскипевший азот всё равно холодный, нужно его будет пускать на охлаждение батареи?
Безкаркасные катушки в планах - в смысле использование упругости самих лент и там, где надо ставить растяжки и углеродных нитей? Многовитковость планируется? Мощи ведь много не бывает :).Как конфигурацию витка катушки считали? Оптимум по магнитному полю в пространстве возможных конфигураций с ограничениями на изгиб и кручение?
Совершенствование ротора - в смысле сделать его многополюсным?
anenkov_a Автор
26.07.2021 13:15Все улучшения, которые описаны в статье возможны, но нет в этом необходимости.
В принципе, конкретно с этим двигателем, ничего не планируется. Цель была сделать один полет и она достигнута. Для этого пришлось сильно упрощать конструкцию не оглядываясь на эффективность, какие-либо параметры.
Для того что-бы что-то делать дальше должна быть цель. К примеру первый полет с человеком на борту. Но я такое не потяну.
niktor_mpt
03.08.2021 08:05+1Ну, если именно с инженерной точки зрения смотреть, то та же задача повышения эффективности катушек на объем, на массу - ей всю жизнь заниматься можно, выгрызая процентик-другой то тут, то там :).
Маленький двигатель, тем более, летающий, более требователен к такой эффективности. А для больших простота изготовления (дешевизна в конечном счёте) может оказаться важнее.Ваши мотивы - это ваши мотивы, просто сайт во многом айтишный, а использование генетических (эволюционных) подходов может оказаться продуктивным для поиска оптиумов, типа как для антенн космических делали (в космосе, кстати, с охлаждением до абсолютного нуля не очень хорошо :) )
https://www.lastmile.su/files/article_pdf/2/article_2140_890.pdfА постановка задачи должна быть инженерной: что есть функция полезности (стоимости), какие параметры описывают разнообразие конструкций.
mistergrim
25.07.2021 18:32+1Что-то никто новость не запостил вроде ещё tass.ru/armiya-i-opk/11979461
anenkov_a Автор
26.07.2021 12:50Я писал об этом в комментариях. Но на тот момент такой новости ещё не нашел.
Yurii69
27.07.2021 19:44+2Автор - однозначно - молодец! А на вопрос "инженерной эффективности" - я так понимаю - что в связи с тем что тема чрезвычайно сложная, трудоёмкая, и не тривиальная для DIY изготовления, сам факт успешного изготовления и испытаний сего макета - это очень круто!
Легко сидя дома на диване думать о " инженерной эффективности" ничего не делая. Так что, уважаемый автор - удачи!
И совершенно делитантский вопрос - возможно Вам имело бы смысл, часть работы связанной с изготовлением самого летака делегировать кому бы то ни было ? А, самому сконцентрироваться на моторной установке?? Есть такой широко известный в узких кругах DIY Игорь Негода. вот такой дуэт было б интересно посмотреть!
P.S. Только не кидайте тапками пожалуйста, на тему: " я профессионал, а кто это Негода?" Я все прекрасно это понимаю и не спорю. Просто интересный парень, страдает по моему фигнёй уже сейчас, а мог бы пользу приносить!
anenkov_a Автор
27.07.2021 20:13Спасибо за понимание. Адаптировать конструкцию и технологию, под изготовление простыми легкодоступными средствами, в самом деле непростая задача.
Я рассчитывал только на свои силы. Хотя мне помогали сотрудники СуперОкс. О том, что бы связываться с Игорем Негодой я даже не думал. Во первых я сам до конца не верил, что мне удастся облетать двигатель до лета. Во вторых Игорь живёт и творит в Ростове-на-Дону, а я в Люберцах. В третьих я с ним лично незнаком, хотя посидеть за рюмкой чая с ним, не отказался бы.
Я лично уважаю Игоря за его творчество. Мне кажется надо половину зарплаты сотрудников ЦИАМ ему отдавать, пока они сами не научатся такие движки делать.
Кстати технологию изготовления фюзеляжа подсмотрел у него. Так что косвенно Игорь поучаствовал в моё проекте, за что ему спасибо, даже если он не узнает .
rsashka
Очень круто!
anenkov_a Автор
Я старался