Первый этап работ по Государственному заданию №9.11572.2018/11.12



Первый этап работ по Государственному заданию №9.11572.2018/11.12

Цель прикладных научных исследований - исследование концепции платформы распределенной силовой установки летательного аппарата с электротягой винтов, разработка макетов трех ключевых составляющих: винтовентиляторного движителя, синхронного генератора, дожимного компрессора.

В ходе работ спроектирован и изготовлен макетный экземпляр дожимного компрессора, который может служить первой ступенью предварительного сжатия в микротурбинном двигателе, использоваться для предотвращения «закипания» топлива в топливной системе при резком снижении летательного аппарата, для отбора воздуха с поверхности  летательного аппарата при использовании энергетических методов управления подъемной силой. Компрессор в данной размерности спроектирован на предельные параметры по частоте вращения (120 тыс. об/мин), КПД 80%, околозвуковые скорости потока на выходе из лопаточной машины и степень повышения давления 1.8. Момент на валу 0,311 Н·м. Мощность привода - 3,9 кВт. На макете дожимного компрессора в качестве привода используется воздушная турбина.

Конструкция компрессора оптимизирована для применения аддитивных технологий при изготовлении рабочего колеса. Испытания подтвердили расчетные характеристики. В ходе работ спроектирован и изготовлен макет биротативного винтовентиляторного движителя, предназначенный, в основном, для проверки компоновочных решений. Движитель имеет два винтовентилятора с восьмью саблевидными лопастями, рассчитанными на околозвуковые окружные скорости. Расчетные аэродинамические характеристики лопастей и винтов, в целом, находятся на уровне лучших мировых образцов. Выполненные систематические расчеты и параметрическое исследование винтокольцевых движителей и канальных вентиляторов с высоким покрытием винта показало, что их использование в составе распределенных силовых установок нецелесообразно, т.к. при заданном расходе воздуха максимальный коэффициент тяги смещен в сторону минимального перепада давления на вентиляторе, т.е. в сторону малой нагрузки тягой на площадь. Данный эффект не удается скомпенсировать применением профилированного насадка. Сделан вывод, что оптимальным является применение высоконапорных многолопастных винтовентиляторов с открытым ротором. В ходе работ спроектирован и изготовлен макет синхронного генератора. В генераторе применена оригинальная схема с тремя трехфазными обмотками. Это позволило повысить плавность работы, КПД и снизить потери на нагрев. Генератор является обратимой машиной и может применяться в качестве стартера или двигателя. При работе в качестве стартера используется только одна обмотка из трёх. Макет генератора спроектирован переразмеренным с тем, чтобы обеспечить запас по несущей способности радиальных воздушных подшипников. Радиальные размеры ротора выбраны таким образом, чтобы на номинальной частоте вращения достигался предел прочности магнитов. В ходе испытаний генератор был успешно раскручен на холостом ходу до 62 тыс. об/мин. При дальнейшем увеличении частоты вращения произошло разрушение части магнитов, сопровождавшееся появлением дисбаланса и вибраций. Воздушные подшипники успешно выдержали испытания, подтвердив расчетный запас по несущей способности и вибрационной стойкости. Конструкция генератора была доработана путем уменьшения натяга бандажа до 0,05 мм. После чего испытания были повторены на частотах до 65 тыс. об/мин. Таким образом, получены экспериментальные данные, необходимые для проектирования опытного генератора, который будет создаваться по схеме с жестким валом уменьшенного диаметра. В ходе выполнения первого этапа НИР получены следующие результаты интеллектуальной деятельности:

Проект поддержан группой «АЭРОНЕТ» Национальной Технологической Инициативы (письмо исх.50 от 20.08.2018).

Работы в рамках первого этапа работ по Государственному заданию №9.11572.2018/11.12 выполнены полностью и в запланированном объеме.


  

Функциональные части изготовленных макетов (винтовентиляторного движителя, дожимного компрессора, генератора)