Перспективы применения сверхпроводниковых устройств на борту полностью электрического самолета с гибридной силовой установкой

Константин Львович Ковалев, Владимир Тимофеевич Пенкин, Николай Сергеевич Иванов, Юлия Юрьевна Некрасова, Роман Ильдусович Ильясов, Дмитрий Сергеевич Дежин, Сергей Владимирович Журавлев, Kcnstantin L. KOVALEV, Vladimir T. PENKIN, Nikolai S. IVANOV, Yuliya Yu. NEKRASOVA, Roman I. IL’YASOV, Dmitry S. DEZHIN, Sergei V. ZHURAVLEV

Аннотация


Рассматриваются перспективы применения сверхпроводниковых электрических машин и сверх­проводящих кабелей на борту полностью электрического самолёта (ПЭС), в том числе и в каче­стве источников движения летательного аппарата. Показано, что сверхпроводниковые электри­ческие машины по сравнению с машинами традиционного исполнения обладают рядом преиму­ществ, позволяющих считать их применение в составе бортовых систем прорывной технологией при создании ПЭС. Анализируются возможные схемы электрических силовых установок с точки зрения массогабаритных показателей. Показано, что наибольшими перспективами обладают гиб­ридные силовые установки для создания тяги, приведены возможные структурные схемы таких установок, показаны их достоинства и недостатки с учетом использования в составе распреде­ленной силовой установки. Дан обзор последних разработок в области высокотемпературных сверхпроводниковых электрических машин, включая полностью сверхпроводниковые, удельная мас­са которых может составлять более 10 кВт/кг.

Ключевые слова


полностью электрический самолёт; электрические машины; высокотемпературные сверхпроводники; распределенная система тяги; гибридная силовая установка

Полный текст:

PDF

Литература


2011 Flightpath 2050 Europe’s Vision for Aviation, European Comission (Publications Office of the European Union).

Clean Sky 2.3rd Call for Proposals (CFP03):List and Full Description of Topics. http://cleansky.eu/sites/default/files/ documents/Call%20Text%20Document%20-%20CFP03%20List% 20and%20Full%20Description%20of%20Topics%20%2804.02%29% 20Pre%20Publication.pdf

Государственная программа «Развитие авиационной про­мышленности на 2013—2025 годы».http://minpromtorg.gov.ru/ common/upload/files/docs/GP_RAP_dop_chast_bez_prilozhenii.pdf

Брускин Д.Э., Зубакин С.И. Самолеты с полностью элек­трифицированным оборудованием. Сер. Электрооборудование транспорта, т. 6. — М.: ВИНИТИ, 1986, 108 с.

Тулинова Е.Е., Ковалев К.Л., Иванов Н.С., Ларионов А.Е. Обзор разработок полностью электрических самолётов. — Элек­тричество, 2016, №4, с. 15—25.

Гарганеев А.Г., Харитонов С.А. Технико-экономические оценки создания самолета с полностью электрифицированным оборудованием. Доклады Томского государственного универси­тета систем управления и радиоэлектроники, Томск, 2009.

Дунаевский А.И., Редькин А.В. Перспективы применения гибридных и электрических силовых установок на самолётах малой авиации. Концептуальные исследования гражданских воздушных судов/Сб. статей под ред. А.И. Дунаевского. — Труды ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского. М.: Федеральное государствен­ное унитарное предприятие «Центральный аэрогидродинами- ческий институт им. профессора Н.Е. Жуковского», 2015, вып. 2749.

Power ful Ultralight Motor for Electrically Powered Flight. https://www.siemens.com/innovation/en/home/pictures-of-the-futu re/mobility-and-motors/electromobility-electrically-powered-flight.h tml

Lafontan R. More electrical aircraft. Flying today to prepare tomorrow. More Electrical Aircraft conference (MEA2017), Bordeaux, France, 2017.

Лёвин А.В., Алексеев И.И., Харитонов С.А., Ковалёв Л.К. Электрический самолет: от идеи до реализации. М.: Машино­строение, 2010.

Gibson A. R., Hall D., Waters M., Schiltgen B., Foster T., Keith J., Masson P. The potential and challenge of turboelectric propulsion for subsonic transport aircraft, 48th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Orlando, FL, AIAA 2010-276, 2010.

Luongo C.A., Masson P.J., Nam T., Mavris D., Kim H.D., Brown G.V., Waters M., Hall D. Next generation more-electric aircraft: a potential application for HTS superconductors. — IEEE Trans. Appl. Supercond., 19, 2009, 1055-1068.

Brown G.V. Weights and efficiencies of electric components of a turboelectric aircraft propulsion system, 49th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Orlando, 2011, FL 225.

Ковалев Л.К., Ларионов А.Е., Модестов К.А., Цепким В.Т., Полтавец В.Н. Перспективы применения криогенных электрических машин в авиации. — Электричество, 2015, № 1.

Berg R. Superconducting and cryogenic technology for aircraft propulsion systems. European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS2015). France, Lyon, 2015.

Ковалев Л.К., Ковалев К.Л., Конеев С.М.-А., Цепким B.Т., Полтавец В.Н., Ильясов Р.И., Дежин Д.С. Электрические машины и устройства на основе массивных высокотемператур­ных сверхпроводников/Под ред. Л.К. Ковалева, К.Л. Ковалева, C.М.-А.Конеева. М.: Физматлит, 2010, 396 с.

Dezhin D.S., Kovalev K.L., Verzhbitskiy L.G., Kozub S.S., Firsov V.P. Design and Testing of 200 kW Synchronous Motor with 2G HTS Field Coils IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 87 (2017) 032007.

Kovalev K.L., Poltavets V.N., Ilyasov R.I., Verzhbitsky L.G., Kozub S.S. 1 MVA HTS-2G Generator for Wind Turbines IOP Conf. Series: Earthand Environmental Science 87 (2017) 032018.

Junetal Z. The study and test for 1 MW high temperature superconducting motor, Proc. of the Applied Superconductivity Conference, paper 4LB-03, 2012.

Kimet A. et al. Performance analysis of a 10kW superconducting synchronous generator. — IEEE Trans. Applied Superconductivity, vol. 25, No. 3, Article 5202004, June 2015.

Сверхпроводники для электроэнергетики. РНЦ «Курча­товский институт». Информационный бюллетень, т. 5, вып. 3, июнь 2008.

http://www.energyland.info/analitic-show-9615

Min Zhang, Jie Sheng, Jay Patal, Weijia Yuan, Fred Eastham, Xing Dong, Frederick Berg. Development of a 8 kW HTS Axial Flux Machine for Electric Aircraft Propulsion. —EUCAS, 2017.

Qu T., Li Y., Song P., Hao C., Wu Q., Zhu J. Design study of a 10 kW-Class fully superconducting synchronous generator. —EUCAS, 2017.

Kiruba S. Haran et al. High power density superconducting rotating machines—development status and technology roadmap. — Superconductor Science and Technology, vol. 30, No. 12.

2011 Flightpath 2050 Europe’s Vision for Aviation, European Comission (Publications Office of the European Union).

Clean Sky 2.3rd Call for Proposals (CFP03):List and Full Description of Topics. http://cleansky.eu/sites/default/files/ documents/Call%20Text%20Document%20-%20CFP03%20List% 20and%20Full%20Description%20of%20Topics%20%2804.02%29% 20Pre%20Publication.pdf

Государственная программа «Развитие авиационной про­мышленности на 2013—2025 годы».http://minpromtorg.gov.ru/ common/upload/files/docs/GP_RAP_dop_chast_bez_prilozhenii.pdf

Брускин Д.Э., Зубакин С.И. Самолеты с полностью элек­трифицированным оборудованием. Сер. Электрооборудование транспорта, т. 6. — М.: ВИНИТИ, 1986, 108 с.

Тулинова Е.Е., Ковалев К.Л., Иванов Н.С., Ларионов А.Е. Обзор разработок полностью электрических самолётов. — Элек­тричество, 2016, №4, с. 15—25.

Гарганеев А.Г., Харитонов С.А. Технико-экономические оценки создания самолета с полностью электрифицированным оборудованием. Доклады Томского государственного универси­тета систем управления и радиоэлектроники, Томск, 2009.

Дунаевский А.И., Редькин А.В. Перспективы применения гибридных и электрических силовых установок на самолётах малой авиации. Концептуальные исследования гражданских воздушных судов/Сб. статей под ред. А.И. Дунаевского. — Труды ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского. М.: Федеральное государствен­ное унитарное предприятие «Центральный аэрогидродинами- ческий институт им. профессора Н.Е. Жуковского», 2015, вып. 2749.

Power ful Ultralight Motor for Electrically Powered Flight. https://www.siemens.com/innovation/en/home/pictures-of-the-futu re/mobility-and-motors/electromobility-electrically-powered-flight.h tml

Lafontan R. More electrical aircraft. Flying today to prepare tomorrow. More Electrical Aircraft conference (MEA2017), Bordeaux, France, 2017.

Лёвин А.В., Алексеев И.И., Харитонов С.А., Ковалёв Л.К. Электрический самолет: от идеи до реализации. М.: Машино­строение, 2010.

Gibson A. R., Hall D., Waters M., Schiltgen B., Foster T., Keith J., Masson P. The potential and challenge of turboelectric propulsion for subsonic transport aircraft, 48th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Orlando, FL, AIAA 2010-276, 2010.

Luongo C.A., Masson P.J., Nam T., Mavris D., Kim H.D., Brown G.V., Waters M., Hall D. Next generation more-electric aircraft: a potential application for HTS superconductors. — IEEE Trans. Appl. Supercond., 19, 2009, 1055-1068.

Brown G.V. Weights and efficiencies of electric components of a turboelectric aircraft propulsion system, 49th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Orlando, 2011, FL 225.

Ковалев Л.К., Ларионов А.Е., Модестов К.А., Цепким В.Т., Полтавец В.Н. Перспективы применения криогенных электрических машин в авиации. — Электричество, 2015, № 1.

Berg R. Superconducting and cryogenic technology for aircraft propulsion systems. European Conference on Applied Superconductivity (EUCAS2015). France, Lyon, 2015.

Ковалев Л.К., Ковалев К.Л., Конеев С.М.-А., Цепким B.Т., Полтавец В.Н., Ильясов Р.И., Дежин Д.С. Электрические машины и устройства на основе массивных высокотемператур­ных сверхпроводников/Под ред. Л.К. Ковалева, К.Л. Ковалева, C.М.-А. Конеева. М.: Физматлит, 2010, 396 с.

Dezhin D.S., Kovalev K.L., Verzhbitskiy L.G., Kozub S.S., Firsov V.P. Design and Testing of 200 kW Synchronous Motor with 2G HTS Field Coils IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 87 (2017) 032007.

Kovalev K.L., Poltavets V.N., Ilyasov R.I., Verzhbitsky L.G., Kozub S.S. 1 MVA HTS-2G Generator for Wind Turbines IOP Conf. Series: Earthand Environmental Science 87 (2017) 032018.

Junetal Z. The study and test for 1 MW high temperature superconducting motor, Proc. of the Applied Superconductivity Conference, paper 4LB-03, 2012.

Kimet A. et al. Performance analysis of a 10kW superconducting synchronous generator. — IEEE Trans. Applied Superconductivity, vol. 25, No. 3, Article 5202004, June 2015.

Сверхпроводники для электроэнергетики. РНЦ «Курча­товский институт». Информационный бюллетень, т. 5, вып. 3, июнь 2008.

http://www.energyland.info/analitic-show-9615

Min Zhang, Jie Sheng, Jay Patal, Weijia Yuan, Fred Eastham, Xing Dong, Frederick Berg. Development of a 8 kW HTS Axial Flux Machine for Electric Aircraft Propulsion. —EUCAS, 2017.

Qu T., Li Y., Song P., Hao C., Wu Q., Zhu J. Design study of a 10 kW-Class fully superconducting synchronous generator. —EUCAS, 2017.

Kiruba S. Haran et al. High power density superconducting rotating machines—development status and technology roadmap. — Superconductor Science and Technology, vol. 30, No. 12.




DOI: http://dx.doi.org/10.24160/0013-5380-2018-10-45-53

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Bookmark and Share