#двигатели

Синхронные двигатели с постоянными магнитами широко используются в робототехнике, промышленных приводах, электрогенераторах, насосах для перекачки нефти и воды и других системах, где важны точность и динамика. Традиционные методы управления требуют наличия датчиков положения и скорости, однако их применение ограничено условиями эксплуатации: они могут быть слишком чувствительны к вибрации и ударам, подвергаться воздействию электромагнитных помех, не работать при высоких температурах, возникающих в двигателе. Это приводит к неточным показаниям или поломкам. Ученые Пермского Политеха предложили новый метод бездатчикового управления синхронным двигателем, который поддерживает широкий диапазон скоростей и нагрузок, при этом требуя меньше вычислительных ресурсов. Статистические ошибки этой системы составляют менее одного процента.

В России насчитывается около 1500 пассажирских самолетов, а в мире их более 47 тысяч. За их подъем в небо и полет отвечают газотурбинные двигатели. Одни из основных элементов их конструкции — рабочие лопатки, за счет которых осуществляется функционирование силового агрегата. Они постоянно подвергаются эрозионному износу и высокотемпературной коррозии в процессе эксплуатации и нуждаются в восстановительном ремонте. Однако зачастую после него меняется качество защитного покрытия, что влияет на быстрый выход деталей из строя. Ученые Пермского Политеха совместно с «ОДК-Пермские моторы» разработали рекомендации по обработке лопаток, которые повысят их надежность и долговечность.

В большинстве транспортных средств отсутствует система своевременного распознавания неисправностей автомобильного двигателя. Это может привести к серьезным последствиям, например, отказу силового агрегата. Проблемы на ранней стадии можно определить виброакустическим методом, проанализировав шумы в машине с помощью специальных устройств. Существующие приборы с подобным действием обладают рядом недостатков, таких как громоздкость, отсутствие онлайн-передачи данных, неточность. Ученые Пермского Политеха разработали вариант такой системы, дополненный технологией Bluetooth. Само устройство в будущем поможет анализировать несвойственные машине звуки и определять проблемы в двигателе, а также их точечное местонахождение.

Новая конструкция топливных форсунок авиационных воздушно-реактивных двигателей с системой охлаждения без применения и с применением электростатических полей от ученых КНИТУ-КАИ имени А. Н Туполева и Центрального института авиационного моторостроения имени П .И. Баранова предотвратит образование в них твердого углеродистого осадка. Конструктивные схемы включают наружную рубашку охлаждения с каналами особой геометрии.

Линейные двигатели приводят в движение электрический транспорт, лифты высотных зданий, металлорежущее оборудование, транспортировочные конвейерные ленты, сваебойные молоты и даже бионические протезы. Их преимущество в том, что для перемещения по прямой линии не нужны дополнительные механизмы — шестерни, рейки или цепи. Но иногда при обработке деталей сложной формы, выполнении некоторых манипуляций в робототехнике, перекосах и неровностях движения необходимо перемещение по криволинейной траектории. Не каждая конструкция агрегата способна сделать это эффективно и без лишних колебаний. Ученые Пермского Политеха проанализировали три вида моделей линейного двигателя и выяснили, какой из них лучше всего справляется с поставленной задачей.

Для многих из нас турбулентность — неприятное явление, которое сопровождается тряской самолета. Она возникает, когда потоки воздуха хаотично завихряются вместо того, чтобы двигаться прямо. Но если заглянуть внутрь авиадвигателя, то окажется, что такой же процесс может быть полезным и даже необходимым для самолета. Турбулентные завихрения, возникающие внутри камеры сгорания, активно перемешивают кислород с топливом, что увеличивает скорость реакции горения и делает полет стабильным и безопасным. Математическое моделирование всех этих процессов позволяет предсказать поведение материалов при высоких температурах и давлениях, а также повысить эффективность использования топлива. Ученые Пермского Политеха выяснили, какой показатель турбулентности нужно использовать для корректного моделирования горения. От точных расчетов зависит качественная оценка работы двигателя и выявление его неисправностей.

Почти для любого вида промышленности необходима обработка металлических изделий для придания им нужной формы. От этого зависит прочность и долговечность готовой конструкции. Особая сложность заключается в деталях со сложной геометрической формой, тонкими стенками или маленькими размерами, как, например, элементы авиационных двигателей и лопастей, медицинские имплантаты и хирургические инструменты. Чтобы не повредить такие изделия, требуется точная и аккуратная работа. В этом случае применяют технологию проволочной электроэрозионной обработки: лишний материал удаляется с поверхности серией электрических ударов тока, которые подаются с тонкой проволоки. Ученые Пермского Политеха исследовали точность этого метода и нашли способ повысить ее эффективность вдвое.

Синхронные двигатели применяют там, где нужна большая мощность для привода в движение различных механизмов и устройств – компрессоров, насосов, мельниц. Это важно для энергетической, промышленной и авиационной отраслей. Для упрощения работы используют систему автоматического бездатчикового управления, которая позволяет в режиме реального времени косвенно получить информацию о положении ротора и скорости вращения двигателя. В известных системах при изменении условий эксплуатации эффективность работы снижается, теряется стабильный контроль над механизмом. Ученые Пермского Политеха разработали новый подход к адаптации наблюдателя синхронного двигателя, который повышает надежность и точность системы управления.

Российские инженеры предложили алгоритмы для управления двигателями причаливания и ориентации, которые используются на российском перспективном транспортном корабле «Орел». Разработка позволит космическому аппарату в автоматическом режиме обеспечить реализацию орбитальных маневров при помощи ракетных двигателей, а также перемещение в ближней зоне при стыковке к орбитальной станции. Предложенные методы помогут выбрать лучшую траекторию и уменьшить расход топлива во время длительного космического полета. Также они позволят перестроить работу ракетных двигателей в случае нештатной ситуации.

Точного, лаконичного и общепризнанного ответа нет. Наиболее вероятная причина — слишком маленький вклад самолетной ступени в общую энергию выведения, энергетическое несовершенство такой схемы. С одной стороны, самолетная ступень и везет в баках, и расходует только горючее, используя в качестве окислителя кислород воздуха для горения в двигателях. И аэродинамическая подъемная сила крыльев создается гораздо меньшей тягой...

Этот вопрос — один из ключевых в построениях «лунозаговорщиков», но и у многих других людей он вызывает здоровое недоумение. F-1 радикально мощнее других двигателей своей эпохи. Например, главный двигатель советской лунной программы, легендарный НК-33, имеет тягу на уровне моря лишь в 1,51 меганьютона — а F-1 уже 6,77 меганьютона. Разница в четыре с половиной раза!...

Беспилотные летательные аппараты широко используются для разведки, исследований месторождений, контроля границ и даже доставки грузов. С каждым годом системы БПЛА модернизируются, инженеры повышают производительность и уменьшают габариты бортовой аппаратуры, чтобы обеспечить легкий взлет и высокую скорость дрона. Это касается и важнейшей части беспилотника — двигателя. Он должен быть небольшим по размеру, надежным в эксплуатации, с низким расходом топлива, длительным сроком службы и хорошими высотными характеристиками. Молодые ученые Пермского Политеха разработали малогабаритный двигатель для БПЛА с новаторской системой подачи топлива и возможностью дистанционного контроля параметров. Умная система позволит на 30 процентов снизить затраты на производство и эксплуатацию двигателей для беспилотников.

Несколько лет назад Национальное аэрокосмическое агентство США объявило, что возобновляет свою ядерную программу по разработке космических двигателей. В 2023 году оно выбрало первую концепцию бимодальной ядерной двигательной установки, использующей «цикл возбуждения волнового ротора», которая должна будет сократить время полетов на Марс до 45 дней. Теперь же в агентстве определились с подрядчиком для создания атомного двигателя, с помощью которого можно будет исследовать соседние звездные системы и собирать образцы с межзвездных объектов.

Когда ракета-носитель расходует топливо, ее топливные баки становятся больше не нужны: они превращаются в мертвый груз. Кроме того, теряя топливный бак, теряются еще десятки миллионов долларов — стоимость двигателей, использующихся на ступени. «Ракеты‐самопожиратели», которые сжигали бы свои баки в качестве горючего, не только разрешили бы проблему мусора, но и сэкономили бы заказчикам огромные деньги. Группа инженеров из Великобритании впервые построила прототип ракетного двигателя, «питающегося» частями ракеты.

На производстве в машиностроении, энергетике, строительстве и металлургии используют синхронные двигатели. Они преобразуют электричество в механическую энергию. Их применяют, например, в угольных и цементных мельницах, насосных и вентиляционных установках, подъемно-транспортных машинах и конвейерах. Существующие регуляторы не обладают достаточным быстрым действием. Ученые ПНИПУ предлагают заменить их на финитные, которые позволяют добиться более высоких показателей качества и оптимизировать производственные процессы.

Специалисты инфраструктурного центра «Технет» СПбПУ провели исследование мирового рынка авиационных двигателей, включая двигатели БПЛА. Выяснилось, что при темпах роста 8,53 процента в год к 2027 году объем рынка составит 11,77 миллиардов долларов.

Морозы становятся настоящим испытанием для автовладельцев. Ученые Пермского Политеха рассказали, почему зимой аккумулятор разряжается быстрее и что нужно сделать, чтобы «оживить» его, какие меры защиты от холодов приводят к поломке автомобиля и какие действия предпринять, если машина не завелась.

В беспилотных, боевых самолетах и крылатых ракетах применяются надежные и простые в конструкции ракетно-прямоточные двигатели. Сейчас в энергетических системах используются разные виды топлива, которые в этом типе двигателя приводят к определенным недостаткам, например, невозможности многократного запуска и низким эксплуатационным характеристикам. Поэтому актуален поиск других способов повышения эффективности ракетно-прямоточного двигателя. Для этого ученые Пермского Политеха подобрали оптимальный состав нового гранулированного топлива, который усовершенствует работу летательного аппарата.

Синхронные двигатели широко применяются в машиностроении, энергетике, строительстве и металлургии благодаря своей эффективности, мощности и надежности. Однако регуляторы, которые обычно управляют параметрами работы таких двигателей, например, скоростью, не всегда обеспечивают высокое качество контроля. В результате эффективность двигателя снижается, растет потребление электроэнергии и износ деталей. Ученые ПНИПУ предложили решение этой проблемы: нечеткий регулятор, основанный на знаниях эксперта-человека, позволит более точно и стабильно управлять работой двигателя.

Военно-промышленная компания из США Raytheon создаст рабочую версию вращающегося детонационного двигателя без подвижных деталей под названием Gambit. Этим типом двигателей Пентагон собирается оснастить крылатые ракеты, предназначенные для истребителей четвертого поколения вроде General Dynamics F-16 Fighting Falcon.