Представьте себе, что самолёт, на котором вы летите, не производит шума, практически не трясётся в полёте и хорошо пахнет. А ещё он не загрязняет атмосферу вредными выбросами. Именно на это направлена разработка учёных из МАИ.
Дело в том, что создание экологически нейтральных летательных аппаратов с количеством пассажиров более 70 человек невозможно без применения гибридных силовых установок с использованием сверхпроводников и альтернативных топлив. Коллективом учёных МАИ изготовлен и испытан маломасштабный демонстратор уникальной, не имеющей аналогов в России и мире, сверхпроводниковой системы.
Пять устройств в одной системе
Проект был запущен в 2020 году при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации. Коллектив учёных составляет порядка 150 человек. Это и опытные специалисты, доктора и кандидаты наук, а также молодые учёные, аспиранты и студенты МАИ. К работе также привлечены специалисты Института теплофизики СО РАН. В разработке демонстратора ведущее место занимают кафедра 310 «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы» и 203 «Конструкция и проектирование двигателей» МАИ.
– Работа достаточно сложная и требует не только эффективного использования имеющегося опыта у исполнителей, но и синтеза новых знаний. Именно поэтому потребовалось участие специалистов разного уровня из разных направлений. Это позволило результативно и эффективно выполнить проект, – говорит начальник НИО-310 «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы» МАИ Николай Иванов.
Демонстратор представляет собой канал генерирования постоянного тока напряжением 540 В и является системой, состоящей из пяти устройств: сверхпроводящий генератор, сверхпроводящий кабель, выпрямительное устройство, накопитель энергии и система криогенного охлаждения. Всё это – разработки различных подразделений Московского авиационного института.
– Таких систем в мире пока нет. Конкурентом можно считать проект Ascend, который реализует Airbus. По заявлениям разработчиков, первые испытания этой системы должны начаться в 2023 году. Можно сказать, что мы немного обгоняем наших западных коллег, – уточняет Николай Иванов.
Со слов разработчиков, особенность системы ещё и в том, что каждое из пяти упомянутых устройств само по себе является уникальным. Например, выпрямительное устройство имеет криогенное охлаждение: исследованием подобных устройств в мире занимаются всего несколько научных групп. Сверхпроводниковый кабель имеет уникальную конструкцию, которая призвана повысить его рабочие характеристики. Система криогенного охлаждения замкнутого типа позволяет производить непрерывное длительное охлаждение устройств. Генератор имеет сверхпроводниковую обмотку якоря, которая является предметом исследований – например, до сих пор нет сложившейся теории и методики расчёта потерь в ней.
Переход к объектному проектированию
На данный момент демонстратор прошёл все запланированные на этот год испытания.
– Нами получено много важных экспериментальных данных.В дальнейшем они позволят увеличить надёжность и эффективность сверхпроводниковых систем. Ведь при работе сверхпроводящей системы даже любая мелочь, будь то всплеск тока, колебание температуры, чрезмерные вибрации, – могут привести к нештатной ситуации, – говорит Николай Иванов.
Следующий шаг – переход к объектному проектированию. Маёвские разработчики, в первую очередь, смотрят в сторону авиационных систем. Потенциальными заказчиками следующего этапа работ могут стать научно-исследовательские институты соответствующего направления.
– Для себя мы ставим задачу постановки подобных систем в опытную эксплуатацию. Это сложная задача. И в первую очередь она связана именно с определением законов взаимного влияния устройств в системе. Кроме того, очень важно разработать методы предиктивного анализа (мониторинга состояния) сверхпроводниковых устройств, – уточняет Николай Иванов.
Анна Солдатова