Аннотация: Содержит сведения о системе конечно-элементного анализа ANSYS, применяемой для численного решения уравнений математической физики, методике её применения для проектирования спиральных нагревателей, встраиваемых в элементы технологического оборудования. Включён лабораторный практикум, содержащий варианты заданий и методические указания по выполнению четырёх лабораторных работ. Предназначено для студентов специальностей 15.03.01, 15.04.01 «Машиностроение», профиль «Цифровое машиностроение» очной и заочной форм обучения.

Аннотация: В учебном пособии «Материаловедение сверхпроводников на основе соединений А-15» по дисциплине «Материаловедение сверхпроводников» рассмотрено явление сверхпроводимости, этапы развития теории этого явления, даны определения критических характеристик сверхпроводников. Описаны современные методы получения и исследования сверхпроводников на основе соединения А-15 для различных областей Nb3Sn. Предназначено для студентов, специализирующихся в области физического материаловедения по специальности «Физика металлов».

Аннотация: Статья посвящена оценке уровня электродинамических сил, возникающих в ошиновке электротехнического оборудования, как важнейшей задаче обеспечения устойчивости энергетических комплексов при коротком замыкании. Рассмотрены электродинамические силы, возникающие между прямолинейными проводниками при их различном расположении. Показана разница в подходах при определении электродинамических сил между параллельными проводниками путём непосредственного расчета и определения этих сил энергетическим методом, сводящемуся к нахождению производной от коэффициента взаимной индукции по соответствующей координате. Непосредственный метод исключает появление сил бокового смещения, в то время как энергетический метод позволяет раскрыть их физический смысл. Приводится расчёт сил взаимодействия на примере характерной конфигурации шинопровода в случае двойного замыкания на корпус или землю.

Аннотация: Известно много разновидностей стреляющих полупроводниковых свечей для емкостных систем зажигания газотурбинных двигателей, различающихся конструкцией разрядных камер. Отличительной особенностью серийных стреляющих свечей, выпускаемых отечественной промышленностью, является взаимное расположение полупроводникового элемента и бокового электрода, при котором рабочая поверхность полупроводника расположена не по оси свечи, а под некоторым углом, а рабочая поверхность бокового электрода находится близко к основанию разрядной камеры. При этом систематизированные сведения об исследовании разрядных процессов в стреляющих свечах в литературе отсутствуют. Статья посвящена исследованию взаимосвязи энергетических параметров искровых разрядов, пространственно-временных характеристик плазменного выброса из разрядных камер свечей и воспламеняющей способности свечей. В качестве методов исследований разрядных процессов приняты осциллографирование совместно с высокоскоростным фотографированием плазменного выброса. Объектом исследований являлась серийная полупроводниковая свеча и макет стреляющей свечи с "окном" из органического стекла, позволяющий фотографировать процесс развития плазмы разряда внутри разрядной камеры. Осциллограммы разрядного тока и падения напряжения в свечах регистрировались двухлучевым осциллографом с помощью безындуктивного коаксиального шунта и омического делителя напряжения. Параметры плазменного выброса соотнесены с воспламеняющей способностью свечей. Полученные результаты дополняют общие представления о закономерностях развития плазменного выброса из разрядных камер полупроводниковых свечей и подтверждают теорию влияния параметров разряда на начальную скорость процесса воспламенения с позиций теплового и цепного механизмов воспламенения.

Аннотация: Выполнен анализ теплового состояния токовводов, содержащих высокотемпературные сверхпроводники. Рассмотрен переход в нормальное состояние сверхпроводника в контактном соединении с неохлаждаемой резистивной секцией токоввода. Получены выражения, определяющие температуру и тепловой поток в токовводе при перегрузке, при разных значениях переходного сопротивления в паяном контакте, теплоизолированном или охлаждаемом криогенной жидкостью. На основе предложенной методики расчёта выявлен характер изменения максимальной температуры в резистивной секции и наибольшей температуры в контакте в зависимости от плотности тока, при изменении соотношения между переходным и продольным сопротивлениями контакта. Показано, что в том случае, если переходное сопротивление определяется в основном поперечным сопротивлением припоя при минимальных неэлектропроводящих внутриконтактных образованиях, то при увеличении плотности тока критическим параметром, определяющим работоспособность токоввода, является максимальная температура резистивной секции. Рассмотренный метод исследования теплового режима токоввода с ВТСП проводом в условиях перегрузки может быть использован при сравнительной оценке токовводов сверхпроводниковых устройств для определения предельных температур в токовводе при изменении различных конструктивных и физических параметров.

Аннотация: Изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований силовых взаимодействий между постоянными магнитами и объемными высокотемпературными сверхпроводниками (ВТСП). Полученные данные представляют интерес для проектирования различных устройств с ВТСП элементами: магнитных подшипников, транспортных систем с магнитной левитацией, электрических машин и др. Численный анализ электромагнитного поля в рассмотренных задачах выполнен методом пространственных интегральных уравнений для источников поля. Свойства использованных ВТСП материалов из YBaCuO керамики представлены традиционной моделью для транспортных токов и комбинированной моделью, позволяющей учитывать два типа источников поля внутри сверхпроводника - плотности транспортного тока и связанных токов (намагниченности). Для плотности транспортного тока применена одна из модификаций модели критического состояния, в которой удельное электрическое сопротивление сверхпроводника представлено гиперболической функцией трех параметров: абсолютной температуры, напряженности магнитного поля и плотности тока. Модель для намагниченности базируется на определении связанных токов в виде плотности магнитных моментов совокупности малых сверхпроводящих цилиндров в объеме образца ВТСП. Экспериментальные исследования выполнены на установках с системами криостатирования ВТСП в среде жидкого азота и устройствами прецизионных измерений сил. Сравнение результатов экспериментов и расчетных данных подтверждают достоверность разработанных методов моделирования.

Аннотация: Создание электрических машин с увеличенной удельной и объемной мощностью - сложная научно-техническая задача, которой посвящено множество опубликованных работ как в России, так и за рубежом. Наиболее интересными являются работы, в которых рассматриваются полностью сверхпроводниковые электрические машины, т. е. машины, обмотки статора и ротора которых выполнены из сверхпроводников. Среди них можно отдельно выделить работы по созданию машин, называемых "безжелезными", с осевым потоком и охлаждением жидким водородом. При использовании высокотемпературных сверхпроводниковых (ВТСП) лент в составе обмоток электрических машин необходимо иметь в виду несколько существенных ограничений. Одной из схем, которая может быть адаптирована к применению ВТСП обмоток на статоре, является схема с кольцевой обмоткой якоря. В данной статье приведены соотношения для индуктивных параметров обмоток и линейной плотности тока электрической машины с кольцевой ВТСП обмоткой на статоре. Полученные соотношения позволяют выбрать рациональный тип экрана и определить его размеры и массу. Также показаны результаты сравнения параметров двух машин при использовании различных типов магнитных экранов.

Аннотация: Рассмотрен процесс получения соединений из вольфрамо-медного сплава ВМ-80 с хромоциркониевой бронзой БрХЩр методами электронно-лучевой пайки, наплавки и сварки применительно к созданию заготовок для изготовления биметаллических электрических контактов. Рассмотрены конструкция биметаллического контакта, основные этапы процессов электронно-лучевой пайки, наплавки и сварки указанных материалов, проведены исследования микроструктуры и механических свойств соединений, полученных методами электронно-лучевой пайки и наплавки, даны практические рекомендации для проведения последующей термической обработки с целью улучшения механических свойств полученных соединений. Результаты работы могут быть интересны специалистам в области проектирования электротехнического оборудования.

Аннотация: Приведены результаты исследований, направленных на совершенствование моделей свойств объемных высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) материалов, которые необходимы для численного анализа электромагнитных полей в электротехнических устройствах, содержащих ВТСП элементы. Рассматриваются аппроксимирующие комбинированные модели для совокупности транспортных и связанных токов, определенные соответственно резистивной моделью для токов и нелинейной гистерезисной моделью для намагниченности. Модель транспортных токов построена на известных разновидностях модели критического состояния. Модель намагниченности материала составлена для совокупности магнитных моментов элементарных сверхпроводящих цилиндров с диаметрами, много меньшими их длины, которые ориентированы по направлению основной оси анизотропии материала. Приближение к реальным условиям реализовано статистическими характеристиками, задающими возможные изменения критической плотности токов, критической напряженности поля и пространственной ориентации осей элементарных цилиндров. Приведены результаты лабораторных исследований макета, состоящего из цилиндрического ВТСП элемента и кольцевого постоянного магнита, которые сопоставлены с данными расчетов электромагнитного поля по предложенным моделям свойств.

Аннотация: Рассматриваются перспективы применения сверхпроводниковых электрических машин и сверхпроводящих кабелей на борту полностью электрического самолета (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.

Аннотация: Представлены результаты анализа последних достижений по созданию новых материалов с повышенной электропроводностью. Установлена возможность в ближайшем будущем применения в электромеханических преобразователях энергии обмоток из углеродного нановолокна, обладающего в диапазоне некриогенных температур электропроводностью в 1, 5 раза выше, чем у меди марки ММ. Исследования влияния электропроводности проводниковых материалов на параметры мини-турбогенераторов выполнены на основе численного эксперимента для различных магнитных, ферромагнитных и конструкционных материалов. Установлено, что для высокоскоростных мини-турбогенераторов значение удельной электропроводности проводникового материала не определяет выбор основных размеров мини-турбогенератора и оказывает незначительное влияние на КПД машины и превышения температуры обмотки. Применение материала с повышенной электропроводностью более эффективно для электромеханических преобразователей энергии при частоте 50 Гц, для которых появляется возможность существенного уменьшения расхода хладагента. Предложена методика оценки параметров мини-турбогенераторов по характеристикам проводниковых материалов, основанная на решении задачи линейного программирования.

Аннотация: Использование в электрических машинах обмоток на основе высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП) позволяет увеличить эффективность машин за счет существенно более высокой допустимой токовой нагрузки, а также снизить массу и габаритные размеры, что делает возможным создание принципиально новых систем. Однако еще не до конца исследована работа ВТСП обмоток на переменном токе. В частности, критические параметры ВТСП катушки и короткого ВТСП образца существенно отличаются. Кроме того, при работе устройств на переменном токе в них возникают потери, в том числе в сверхпроводнике, правильное определение которых необходимо при разработке криогенной системы. В статье описан технологический процесс создания катушки типа рейстрек из ВТСП ленты второго поколения (2G ВТСП ленты), а также представлены результаты ее испытаний при температуре жидкого азота и различных значениях питающего напряжения. На основе полученных экспериментальных данных определены потери в ВТСП катушке на переменном токе. Результаты работы использованы при проектировании электродвигателя для беспилотного летательного аппарата.

Аннотация: Рассмотрена практически важная задача теоретического моделирования токовводов, содержащих высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП токовводы), с целью определения теплового состояния токовводов при изменении различных рабочих параметров. Методика моделирования основана на разделении токовводов на отдельные участки, отличающиеся характером электрического сопротивления (проводник, сверхпроводник, контактное соединение проводника со сверхпроводником) и условиями охлаждения, определяемыми агрегатным состоянием охлаждающей среды (криоагент находится в жидком, газообразном состоянии) или когда участки теплоизолированы. На базе выбранного принципа выделения участков токовводов получены и представлены в систематической форме аналитические уравнения, описывающие распределение температуры и теплового потока на отдельных участках, имеющих разные тепловые и электрические характеристики. Граничные условия и условия теплового сопряжения выбираемых участков обеспечивают получение целостной математической модели токоввода. На основе предлагаемой методики для примера представлен сравнительный анализ характера изменения температуры и теплового потока в токовводах с одинарным и двухступенчатым охлаждением при изменении расхода охлаждающих газов (гелия и азота).