Самая известная из всех реактивных машин

Реактивные машины

Недавно мы уже писали про . Мы рассматривали их принцип действия и внутреннее устройство. Немного коснулись областей их применения. Сегодня мы хотим провести второй парад изобретений, посвятив его безумным видам реактивного транспорта. Куда только не присобачивали изобретатели эти двигатели. Итак парад объявляем открытым!

Реактивный самолет.

Тут все понятно. Первым реактивным самолетом был Heinkel He 178, созданный в 1937 году.

С тех пор прошло много времени, все сильно изменилось и сейчас большинство самолетов реактивные, с различными модификациями этих двигателей. Самыми очевидными являются истребители, которые используют только реактивные двигатели. Это обусловленно тем, что винтовой истребитель будет очень быстро сбит, из-за своей тихоходности по сравнению с конкурентами.

Все авиалайнеры – турбореактивные, почти все винтовые пассажирские самолеты, на самом деле турбовинтовые. В общем в авиации турбодвигатели прижились и чувствуют себя хорошо, благо топливные баки большие. Но что происходит в других областях техники? Ходят же слухи и байки про туробореактивные машины, поезда, ранцы наконец? Они есть, читаем далее.

Реактивный поезд.

Bombardier JetTrain собственной персовной

Идея поставить на поезд реактивные двигатели, дабы придать ему должное ускорение витает в умах изобретателей с 60 года. Тогда, во время холодной войны и гонки вооружений были созданы прототипы поездов, на крышах которых были установлены спаренные реактивные двигатели, прямоточного типа. Мы рассказывали об этом в предыдущем “ “.
И казалось бы – это отголоски гонки вооружений, ан нет. И современные конструкторы бредят реактивными поездами. Вот например новейший прототип реактивного локомотива JetTrain Bombardier. По нашему мнению тема реактивных поездов до сих пор не раскрыта. Конечно на крышу турбины уже никто не ставит, но она присуствует в двигателе этого поезда.
Такие двигатели способны долгое время поддерживать стабильную работу, а также не могут работать вхолостую, потому что даже без нарузки, этот тип двигателей потребляет 65% от обычного потребления топлива под нагрузкой. Куда? На поддержание “цепной реакции” – подпитку собственной турбины, на минимальных оборотах. Именно поэтому такие двигатели не получили жизни в автомобилях, зато повсеместно используются в самолетах, где они не только двигают самолет, но еще и вырабатывают электроэнергию.
Если суметь преодолеть все технические недостатки, то турбины могут поселится в поездах дальнего следования, благо сил хватает мощность локомотива от Bombardier – 5000 л.с.

Реактивная машина.

Самый быстрый в мире автомобиль

Подвешивание 6000 сильной турбины к своему Ford Focus будоражит многие умы. Неясно практическое применение этой модификации, но смотрится крайне здорово. Вообще, если смотреть со стороны, введя в гугл запрос jet car, можно подумать что за рубежом этим занимается любой школьник. Неизвестно что привело к такому повальному турбированию машин, но последствия хорошо и ярко показаны в фильме “Премия Дарвина”

Если же обратить свой взор к соревнованиям, то здесь автомобиль с обычным двигателем уже никогда е сможет поставить рекорды. Реактивные авто уже много лет ставят рекорды скорости на земле. На момент написания статьи есть информация про последний рекорд скорости, установленный Энди Грином, на автомобиле Thrust II SSC, сконструированном Ричардом Ноблом. Энди проехал по дну знаменитого озера в Неваде с максимальной скоростью 1229,78 км/ч. Это выше скорости звука, и является абсолютным рекордомю Однако средняя скорость машины по двум заездам составила 1226,522 км/ч.
Такую подвижность машине весом в делять тонн, с корпусом из кевлара, придали два реактивных двигателя Rolls-Royse (Spey 205), суммарной мощностью 110 000 л.с. Управление этого чуда техники было самолетным.

Реактивный грузовик.

Встречается и такое.
Существует видео про реактивный грузовик. Где и когда это было и есть ли еще что-то подобное – неизвестно.

Реактивный велосипед.

Еще одно увлекательное занятие, будоражащее умы зарубежных изобретателей, это реактивный велосипед. В принципе, на это многострадальное средство передвижения можно навесить прямоточный реактивный двигатель.
Например

Смотрится крайне эффектно. Реактивные велосипеды продаются и видимо выпускаются серийно, вот фотография агрегата под названием Fire Trick BOB.

Стоит 1 миллион йен. Все серьезно: скоростная турбина, самолетное топливо, стоимость одной минуты работы (учитывая все расходные материалы – 500 йен), тяга 5,5 лошадиных сил. Заметьте – здесь используется полноценный реактивный двигатель, с турбиной, наддувом и прочими прелестями.
Вот еще одно фото, найденное на просторах интернета. Но здесь, в отличие от Fire Trick используется прямоточный двигатель, что намного проще в конструировании и обслуживании.

Реактивный ранец

Этот вид реактивного транспорта слабо распространен из-за больших сложностей в изготовлении, применении и управлении данным аппаратом. Первоначально Jetpack планировалось применять в военных целях, например для перелета через границу (чтобы не касаться земляной полосы и ограды, не оставлять следов).
Разработки велись в США в 50-60-е годы. Главным инженером в этих исследованиях был Венделл Мур, который поначалу лично и на свои средства разрабатывал реактивные ранцы.
Впервые свободный полет на реактивном ранце был совершен 20 апреля 1961 года, в пустыне около городка Ниагара Фоллс.
Рекондная продолжительность полета составила 21 секунду, и 120 метров, на высоте 10 метров. При этом расходовалось 19 литров перекиси водорода, которая была дефицитом.
В общем после того, как ранец был сделан, товарищи военные поняли, что заигрались. Хотя было ясно изначально, что даже если взвод солдат (7 человек) перелетит тихой ночью через границу на Jetpacks, об этом будут знать ближайшие 8-10 квадратных километров, сила звука достигает 130 дб) Тащить далее за собой такое оборудование (50 кг) никто не будет, да и в остальных применениях ранцы практически бесполезны.

Реактивный мопед

Теоретически должен развивать до ста километров в час. На него привешены два реактивных двигателя JFS 100.

Практичность применения такая же как и у турбо велосипеда, но ведь прикольно!

Реактивная установка Катюша

Легендарная система реактивного залпового огня. Является одним из самых безбашенных проектов советской военной промышленности. Стреляет снарядами РС-132.
Каждый снаряд имеет твердотопливных реактивных двигатель на бездымном порохе, включает в себя боевую, топливную и собственно реактивную части.
Применение катюши сопровождалось неслыханным фейерверком и полным уничтожением всего что попадало под обстрел на расстоянии до 8,5 км от установки. Впервые БМ-13 были применены для уничтожения складов с горючим, чтобы они не достались подходящим фашистским войскам.
Применение же реактивной установки по прямому назначению первое время часто вызывало панику у противника.

Реактивная машина может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Практическое применение, благодаря простоте своего устройства, находят реактивные двигатели малой мощности, от нескольких ватт до нескольких сот ватт.  

Реактивная машина получает намагничивающий ток от другой (или других) синхронной машины, параллельно с которой она должна работать.  

Принципиально активные и реактивные машины отличаются выполнением направляющего аппарата и рабочего колеса. В активном турбодетандере каналы направляющего аппарата в соответствии с их назначением выполняют как сопла Лаваля с длинной расширяющейся частью, а длина лопаток рабочего колеса невелика, что необходимо для уменьшения потерь от трения. В реактивных турбодетандерах, наоборот, направляющие лопатки выполняют так, чтобы каналы был сравнительно короткими и суживающимися, а рабочие лопатки, обра зующие каналы для расширения воздуха, - удлиненными, причем сами каналы хотя и расширяются в осевом направлении от периферии к центру (рис. 96 - 98), но площадь их сечения уменьшается, так как к центру каналы сужаются.  

В реактивной машине температуры стенок направляющего аппарата и сопел незначительно отличаются от температуры газа; поэтому твердые частицы из струи газа могут высаживаться на стенках проточной части машины.  

Магнитное поле реактивной машины создается только за счет магнитного потока реакции якоря, откуда и происходит название этой машины.  

В других конструкциях однофазных реактивных машин используются кулачковые контакты, подключающие катушку к источнику, когда изменение магнитного сопротивления или индуктивности способствует созданию нужного момента, и разрывающие цепь ь других случаях. Двигатели этого типа используются в электробритвах. В настоящее время не существует точных аналитических методов определения мгновенного и среднего моментов таких машин. Кроме обычных дифференциальных уравнений, описание должно включать характеристики контактов и дугогасящего устройства. Хотя эта задача, возможно, и будет решена с помощью вычислительных машин, само устройство остается своим лучшим аналогом, поэтому программы для вычислительных машин будут создаваться на основе результатов экспериментальных исследований.  

Кононенко Е - В - Синхронные реактивные машины.  

В Военно-Воздушных Силах за рассматриваемый период устаревшие боевые поршневые самолеты полностью заменены современными реактивными машинами, включая сверхзвуковые дальние бомбардировщики. Заменено и пушечно-пулеметное авиационное оружие на ракетное.  

Характерными для сопоставляемых зависимостей следует считать более высокие значения максимальных КПД ступеней для реактивных машин. Оптимальные значения Хая реактивных ступеней также превышают соответствующие значения Хая активных ступеней.  

Это обусловлено тем, что период изменения потокосцепления фазы реактивного ДКР равен 2л, в т вермя как в синхронной реактивной машине обычного типа период изменения потокосцепления фазы по углу поворота ротора равен я.  

Несколько ближе к реальности, хотя явно не пригодно ни для каких целей, кроме межпланетных путешествий, это решение проблемы продвижения при помощи электрической реактивной машины. Современная авиация и межпланетные корабли используют реакцию, возникающую при ускорении массы. В реактивных самолетах ускоряют смесь воздуха с продуктами сгорания топлива, в космических аппаратах, работающих в безвоздушном пространстве, - только горячие газы. Электрическая реактивная машина должна ускорять и отбрасывать от себя электроны о их ничтожной массой, и здесь можно ожидать реакции, не превышающей по мощности сильного рукопожатия.  

Синхронная явнополюсная машина, работающая при отсутствии тока возбуждения, называется реактивной машиной. Обычно реактивные машины применяются в качестве двигателей небольшой мощности.  

Мир автомобилей во многом схож с миром информационных технологий. Производители «железных коней» со всего мира гонятся за увеличением максимальной скорости, объема двигателя и уменьшением веса авто. Тем же занимаются и производители смартфонов/планшетов, стараясь разместить под тонким корпусом мощное железо. Рекорды скоростей в автомобильном мире бьются каждый год. Если на 4 июля 2010 года самым быстрым серийным автомобилем считался Bugatti Veyron Super Sport с максимальной скоростью в 431 км/ч, то спустя несколько лет данный рекорд перебивался не раз. Выяснять, какой самый быстрый автомобиль в мире, бессмысленно, так как в каждой категории машин найдется свой рекордсмен.

Любой человек, оказавшись за рулем суперкара, никогда не забудет те чувства, которые нахлынули на него во время преодоления планки в 300 км/ч. Несомненно, в мире все еще есть фанаты быстрых автомобилей, готовые покупать их за миллионы долларов. Но стоит уточнить, что не все машины предназначены для дорог общего пользования. Существуют реактивные автомобили, созданные с единственной целью – бить скоростные рекорды. Что ж, разберемся с рекордами среди всех классов «железных коней».

Самый быстрый реактивный автомобиль

Thrust SSC – этот реактивный автомобиль по праву можно было бы считать самым быстрым в мире, если бы он был предназначен для обычных дорог. Британец Энди Грин 15 октября 1997 года установил мировой рекорд скорости на модели Thrust SuperSonic Car – 1229,78 км/ч. Тяговый сверхзвуковой автомобиль оснащается двумя турбовентиляторными двигателями Rolls-Royce Spey суммарной мощностью в 110 тысяч сил. Несомненно, никто не решится «пустить» этот реактивный болид на дороги для общего пользования, но рекорд, установленный Thrust SSC, не побит до сих пор.

Самый быстрый дорожный автомобиль

Badd Ford GT на сентябрь 2014 года является самым быстрым дорожным автомобилем. Рекорд скорости был занесен в Книгу рекордов Гиннесса. Badd Ford GT удалось разогнать до 455,8 км/ч на взлетно-посадочной полосе космоцентра в «Кеннеди». Автомобиль Badd разработан на базе серийного Ford GT специалистами из Performance Racing Power. Двигатель Badd Ford GT был форсирован до 1700 сил, а при изготовлении корпуса использовали специальный сплав металлов – Pandalloy.

Самый быстрый серийный автомобиль

На сентябрь 2014 года по версии Книги рекордов Гиннесса самым быстрым серийным легковым автомобилем считается Bugatti Veyron Super Sport с максималкой в 431 км/ч. Модификация «Супер Спорт» оснащается 1200-сильным 16-цилиндровым двигателем, который разгоняет гиперкар до сотни за 2,5 секунды.

Но автомобиль Hennessey Venom GT в феврале 2014 года побил данный рекорд, разогнавшись до 435 км/ч на той же взлетке, что и вышеуказанный Badd Ford GT. Под капотом Venom GT расположился двигатель GM LS7 от популярного Chevrolet Corvette Z06.

Правда, разработчики в лице американского тюнинг-ателье Hennessey Performance Engineering форсировали двигатель до 1200 сил. Впрочем, специалисты Hennessey не стали изобретать свой велосипед и использовали кузов от купе Lotus Exige. Увы, до занесения этого рекорда в скорости не хватило 1 экземпляра. Дело в том, что модель будет выпущена в 29 экземплярах, в то время как Книга рекордов Гиннесса считает серийными автомобили, выпущенные в количестве 30 штук. В связи с этим официальный рекорд скорости по-прежнему принадлежит «Вейрону».

Но на подходе новый рекордсмен в классе «самых быстрых серийных автомобилей». Прототип SSC Tuatara был представлен еще в 2011 году. SSC Tuatara теоретически может развить 443 км/ч благодаря семилитровому бензиновому двигателю с турбонаддувом. Мощность восьмицилиндрового мотора SSC Tuatara составляет 1350 лошадиных сил. Серийное производство купе Tuatara, по-иному именуемое как SSC Ultimate Aero TT 2, уже не раз откладывали.

Что интересно, первая модель компании Shelby Super Cars – SSC Ultimate Aero TT – установила рекорд скорости в 412 км/ч 13 сентября 2007 года. Но спустя 3 года данный рекорд был побит «Вейроном». Именно тогда разработчики из «Шелби» призадумались о создании нового суперкара.

Вы все еще думаете о том, какой самый быстрый автомобиль в мире на данный момент? Давно пора об этом забыть, так как, вполне возможно, через пару месяцев на очередном моторшоу представят суперкар, который установит новый рекорд скорости. А пока посмотрите видео, в котором Hennessey Venom GT устанавливал новый скоростной рекорд:

Какие только не устанавливали рекорды скорости на автомобиле. Интерес покорить трассу, наверное, был в крови у любителей гонок всегда, с самого момента появления машин. И многим это удавалось.

Абсолютный результат

Итак, прежде чем рассказывать про всевозможные рекорды скорости на автомобиле (которых немало), стоит упомянуть о самом главном результате. Максимальный показатель был достигнут в 1997 году, 15 октября. Тогда был установлен новый, абсолютный и по сей день не покоренный рекорд скорости на автомобиле. 1229,78 км/ч - именно этой отметки на спидометре достигла стрелка. А покорителем трассы стал Энди Грин, англичанин и пилот-истребитель. Рекорд устанавливался в пустыне Автомобиль, естественно, был не обычным, а реактивным - Thrust SSC.

Трассу, длина которой составила 21 километр, разметили на дне высохшего озера, находившегося в пустыне Блэк-Рок. Машина Энди приводилась в движение двумя мощными, турбовентиляторными силовыми агрегатами от “Роллс Ройс”. Каждый мотор был оснащен форсированной тягой. И общая мощность моторов достигала невероятного показателя - 110 000 лошадиных сил. Неудивительно, что Грину удалось разогнаться до такой отметки.

“Первопроходцы”-рекордсмены

А теперь можно углубиться и в другие темы. Итак, первый мировой рекорд скорости на автомобиле, оснащенном мотором внутреннего сгорания, установил такой человек, как Эмиль Левассор. Это было в 1985 году. Тогда проходила гонка “Париж-Бордо”. По сути, это были первые соревнования на скорость! И Эмиль их выиграл. Широко известна его фраза, которую он сказал после гонок: “Это было безумие! Я делал до тридцати километров в час!” Конечно, в то время, на момент конца XIX века, показатели действительно были ошеломительными. Правда, умер Эмиль тоже из-за своей любви к гонкам. В 1987-м, во время соревнования на скорость, он попал в аварию - пытался избежать столкновения с собакой. И вскоре из-за полученных ран умер. Но его рекорд скорости на автомобиле с двигателем внутреннего сгорания навеки остался в истории.

Следующие результаты были зафиксированы официально. В 1898-м была достигнута скорость в 63,149 км/ч. Автомобилистом был граф Гастон де Шаслу-Лоба. Он управлял тогда электромобилем конструкции Шарля Жанто. К слову, это был первый официально зарегистрированный рекорд.

Гонки на дистанцию

Уже в конце XIX века начинали проводиться соревнования на скорость, в рамках которых автомобилисты должны были преодолеть определенное расстояние. Кто был первым, тот и выигрывал, всё логично. И вот первой была 100-километровая дистанция. Её покорил Камиль Женатци, бельгийский автомобилист. А было это 29 апреля 1899-го. Он также управлял электромобилем, мощность которого составлял 40 лошадиных сил. Максимум, которого он достиг, составил 105,8 км/ч.

Следующей дистанцией были 200 километров. Её покорили в 1911-м. И победителем тогда стал Р. Бурман. Нетрудно догадаться, что управлял он машиной от компании “Бенц”. Его максимальный рекорд скорости автомобиля был невероятным - 228 км/ч! Что и говорить, не все современные машины некоторых марок могут выработать такой максимум.

300 километров впервые покорил Х. О. Д. Сигрев. Это было в 1927-м. И его максимум остановился на отметке в 327,8 км/ч. Затем, в 1932-м, была гонка на 400 километров. У Малькольма Кэмпбелла получилось победить. И его было 408,6 км/ч.

500-километровую гонку на машине “Роллс-Ройс Айстон” выиграл Джон Айстон в 1937-м. Он “выжал” из машины максимум в 502,4 км/ч. И наконец, тысяча километров. Эту дистанцию преодолел Гарри Габелич в 1970 году, 23 октября. Его машиной был ракетный автомобиль, называвшийся “Голубое пламя”. составила 1014,3 км/ч. Интересно, что авто было в длину 11,3 метра. Гонка проходила на высохшем соляном озере под названием Бонневиль.

Скорость звука

И её однажды удалось преодолеть. Впервые это сделал человек по имени Стен Баррет. Это профессиональный каскадер из Америки, которому на момент события было 36 лет. Он установил рекорд на 3-колесной машине. Она называлась Budweiser Rocket. В движение авто приводилось Их было, кстати, два. Главный мотор - ЖРД, имеющий тягу в 9900 кгс. А второй - РДТТ. У него тяга была в 2000 кгс. Его установили в машину для того, чтобы использовать дополнительную мощь, если основной для преодоления заявленной скорости не хватит.

Заезд проходил на авиационной базе в Калифорнии в 1979-м. Кстати, рассказывая про рекорды скорости на автомобиле, нельзя не отметить, что этот как раз не зарегистрировала FIA. А все потому, что правила организации гласят: для фиксации результата нужно провести два заезда в двух различных направлениях. Это делается, чтобы исключить наклон трассы и влияние ветра. Стен Баррет отказался от этого. Он сказал, что рекорд уже установлен.

На тысячу миль

Пока что никому не удалось покорить скоростной рубеж в 1000 миль/час. Это, стоит уточнить, 1609 километров в час. Но люди, которые занимаются автомобилями, не теряют энтузиазма. Они справедливо полагают, что все возможно, и это тоже. У конструкторов Bloodhound SSC, например, есть план, касающийся установления нового рекорда. Скорее всего, машина, предназначенная для заезда, будет укомплектована тремя силовыми агрегатами. Первым будет гибридный ракетный мотор. Вторым станет реактивный агрегат Eurojet EJ200, что применяется на самолете-истребителе под названием А третьим - V-образные мотор с 8 цилиндрами от концерна “Ягуар”. Работать он, конечно, будет на бензине. Но использоваться данный двигатель станет для привода насосов, что накачивают топливо к ракетному мотору и активируют бортовой электрогенератор.

Остальные категории

Рекорды скорости на автомобиле устанавливали и многие женщины. Самый лучший результат - это 843,3 км/ч. Его достигла американская девушка по имени Китти Хамблтон. И установила она рекорд в 1976 году, в декабре. Мощность мотора её машины составляла 48 000 “лошадей”.

Максимум, который удавалось достичь гонщикам, управляющим машиной с паровым мотором, составляет 223,7 км/ч. В болиде стояло 12 котлов, где вода нагревалась за счет горения природного газа. Ежеминутно в котлах таким образом испарялось примерно 40 килограмм воды. Мощность установки составляла примерно 360 л. с.

А что можно сказать про рекорд скорости на серийном автомобиле? Естественно, лучшим в этом плане является гиперкар “Бугатти Вейрон Супер Спорт”. Его показатель - 431,072 километра в час! Но это еще не предел. Ведь самым быстрым и динамичным легковым автомобилем, предназначенным для езды по дорогам, стал… Ford Badd GT! Он смог достичь отметки в 455 км/ч. А это больше, чем у пресловутого “Бугатти”.

Дизельные “рекордсмены”

Автомобили, моторы которых работают на ДТ, частенько недооцениваются. Так вот, все стереотипы в момент рушит JCB Dieselmax. Это потребляющая не бензин, а ДТ. На ней под руководством все того же Энди Грина установили рекорд в 563,418 км/ч. Произошло это в 2006 году. Стоит напомнить, что аналогичный тест проводился в 1973-м. Результат того года был на порядок меньше - 379,5 км/ч.

Самым быстрым серийным автомобилем, работающим на ДТ, является немецкий представитель. И это BMW 330 TDS. Его максимум - 320 км/ч. Агрегат данной модели имеет 6 цилиндров и объем в три литра. Плюс, конечно, турбонаддув. Мощность мотора равна 300 “лошадям”. А расход, кстати, не может не радовать - всего 8 литров на 100 км.

Прочие результаты

Выше были рассказаны рекорды скорости на автомобиле по годам. Как можно видеть, немало хороших результатов удалось достичь даже не в XXI веке. И действительно, это так! Например, самым быстрым седаном в мире признан выпущенный в 1992 году Audi S4. Эта модель способна достичь 418 км/ч. Во всяком случае, этот результат зафиксировали во время заезда на высохшем озере Бонневиль. Под капотом данного полноприводного авто стоял 5-цилиндровый мотор с турбированным наддувом. Его мощность доработали до 1100 л. с.

А еще был установлен рекорд скорости на машине с приводом на колеса. Он составил 737,4 км/ч. И наконец, нельзя не сказать и о скоростном результате, которого удалось достичь на моторизированном бревне, - 76,625 км/ч! Именно такого показателя достигло сооружение, сделанное из кедрового бревна и автомобильных деталей. Рекорд, кстати, свежий - его зафиксировали в 2016 году.

Российские показатели

Естественно, говоря на такую тему, нельзя не отметить вниманием и рекорд скорости на автомобиле в России. На территории нашей страны производят “Лады” и “Волги” - до им еще максимально далеко. Но все же есть в истории кое-какой интересный рекорд.

Его установили такие люди, как Олег Богданов, Владимир Соловьев и Виктор Панярский - команда журнала “За рулем”. Мужчины на автомобиле ВАЗ-2109 пересекли всю Европу за 45 часов и 30 минут. Старт был в Москве, на Манежной площади. А закончилась “реактивная поездка” в Лиссабоне, неподалеку от башни Белень. Идея совершить такой пробег пришла не спонтанно. Это был ответ португальской инициативе. В 1986-м из Лиссабона в российскую столицу приехали двое португальских журналистов. Они преодолели весь маршрут за 51 час и 30 минут. Советские журналисты приняли вызов и, можно сказать, выиграли неозвученный спор.

И еще один случай был в 2009-м. Житель Самары на своей “Ладе-21099” достиг скорости в 277 км/ч! Самое интересное - в пробке, в час пик, примерно в девять утра! Парень превысил скорость на 217 километров. Тоже своеобразный рекорд. Возможный, наверное, только в России.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано, например, в регулируемых электроприводах общепромышленных механизмов, а также в транспортных средствах, а именно в источниках питания бортовой сети автомобилей, тракторов, вездеходов и т.д. Сущность изобретения состоит в том, что синхронная реактивная двухполюсная машина содержит на статоре многофазную силовую обмотку, равномерно распределенную вдоль внутренней расточки статора и предназначенную для подключения к вентильному преобразователю, а также многофазную обмотку возбуждения с полным шагом, предназначенную для подключения к управляемым возбудителям. При этом согласно данному изобретению пакет сердечника статора выполняют в виде квадрата, при этом обмотка возбуждения размещена в дополнительных пазах, которые располагаются в углах пакета. Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, заключается в повышении коэффициента использования электротехнической стали при изготовлении синхронной реактивной машины. 5 ил.

Рисунки к патенту РФ 2346376

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, в регулируемых электроприводах общепромышленных механизмов, а также в транспортных средствах, а именно в источниках питания бортовой сети автомобилей, тракторов, вездеходов и.т.д.

Известны синхронные реактивные машины, которые имеют бесконтактное исполнение (см. Кононенко, Е.В. Синхронные реактивные машины / Е.В.Кононенко. - М.: Энергия, 1970. - 208 с.). Однако эти электрические машины имеют неудовлетворительные массогабаритные показатели, а попытки их улучшения требуют значительного усложнения конструкции ротора.

Находят также применение бесконтактные синхронные генераторы с возбуждением и вращающимся выпрямителем, с многофазной обмоткой якоря (статора) и силовым многофазным выпрямителем на выходе генератора (патент 4121148 США, МКИ Н02К 19/34; Н02Р 9/14; [Бесконтактный синхронный генератор] Brushless synchronous generator system; Hubert Platzer, Dipl.-Ing. Hitzinger & Co., Linz, Austria - №790263; Заявл. 25.04.1977; Опубл. 17.10.1978.). Однако размещение на роторе вращающейся обмотки возбуждения и диодов выпрямителя снижает механическую надежность генератора и не позволяет получить высокие угловые скорости вращения ротора.

Наиболее близким изобретением к заявляемой машине является синхронная реактивная машина, содержащая многофазную силовую обмотку и многофазную обмотку возбуждения с полным шагом, подключаемую к управляемым возбудителям (патент РФ №2240640 МПК Н02G 1/02. Синхронный реактивный генератор автономной энергетической установки и способ управления им. / Ю.С.Усынин, С.М.Бутаков, М.А.Григорьев, К.М.Виноградов. Заявлено 20.06.03, №2003118611/09. Опубликовано 20.11.04. Бюл. №32).

Особенностью электрической машины, описанной в этом прототипе, является то, что возбуждение электрической машины, работающей в режиме генератора, создается по продольной оси этого генератора не обмоткой возбуждения, расположенной на роторе, как в обычных синхронных генераторах (и которая отсутствует в прототипе), а током той фазы из дополнительных обмоток возбуждения, размещенных на статоре, витки которой в рассматриваемый момент времени расположены напротив межполюсного промежутка ротора и магнитная ось которой направлена, следовательно, вдоль продольной оси машины. При вращении ротора синхронного генератора витки обмотки возбуждения предыдущей фазы оказываются расположенными не в межполюсном промежутке, а напротив полюса ротора, поэтому ток в этой фазе уменьшают до нуля. Вместе с тем межполюсный промежуток надвигается на витки следующей фазы обмотки возбуждения, ток в которой устанавливают равным току возбуждения генератора. Когда ротор генератора делает один полный оборот (электрический), токи во всех фазах обмотки возбуждения генератора поочередно устанавливают равными току возбуждения генератора, пока витки этих фаз располагаются напротив межполюсного промежутка ротора.

В основу предлагаемого изобретения положена техническая задача, заключающаяся в повышении коэффициента использования электротехнической стали при изготовлении синхронной реактивной машины.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в синхронной реактивной машине (СРМ), содержащей на статоре многофазную силовую обмотку, равномерно распределенную вдоль внутренней расточки статора и предназначенную для подключения к вентильному преобразователю, а также многофазную обмотку возбуждения с полным шагом, подключенную к управляемым возбудителям, согласно изобретению пакет сердечника статора выполнен в виде квадрата, при этом обмотка возбуждения размещена в дополнительных пазах, которые выполнены в углах пакета.

Предлагаемое техническое решение сохраняет все основные технические преимущества, характерные для прототипа (простоту конструкции, высокую технологичность изготовления электрической машины; бесконтактное исполнение в сочетании с отсутствием обмотки на роторе повышает надежность работы подшипников и всей машины; возможность выполнить ротор массивным (т.е. полюса ротора и вал из одной цельной заготовки) существенно повышает его прочность и поперечную жесткость, что позволяет получать высокие угловые скорости и большие перегрузки по моменту). Предлагаемое решение позволяет повысить коэффициент использования электротехнической стали при изготовлении электрической машины, т.к. та часть электротехнической стали, которая находится в углах пакета и которая при традиционной конструкции электромашины шла бы в обрезь, теперь полезно используется в магнитопроводе.

Проведенное исследование патентной и научно-технической литературы аналогичных устройств не выявило, поэтому можно утверждать, что предлагаемое устройство характеризуется новизной.

Предлагаемое техническое решение удовлетворяет критерию "изобретательский уровень", так как оно характеризуется новой совокупностью признаков, не известных из уровня техники.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены

На фиг.1 - схематичный поперечный разрез синхронной реактивной машины;

На фиг.2 - пример функциональной схемы электрической генераторной установки;

На фиг.3 - графики токов и напряжений в отдельных участках схемы этой электрической генераторной установки. Здесь обозначены сплошными жирными линиями Е А, Е в, Е C - ЭДС вращения генератора; I х, I y - токи в обмотках возбуждения;

На фиг.4 - пример функциональной схемы электропривода с синхронной реактивной машиной;

На фиг.5 - графики токов и напряжений в отдельных участках схемы этого электропривода. Здесь обозначены сплошными жирными линиями U A , U B , U c - напряжения на выходах однофазных автономных инверторов, штриховыми линиями Е А, Е в, Е C - ЭДС вращения, наводимые в фазных силовых обмотках двигателя; I x , I Y - токи в обмотках возбуждения.

На фиг.1, где представлена в разрезе в качестве примера трехфазная синхронная реактивная машина, в пазах статора 1, расположенных в плоскостях А-а, В-b, С-с, сдвинутых пространственно на 120 градусов, размещены силовые обмотки 2, 3 и 4, образующие многофазную силовую обмотку. Ротор 5 синхронной реактивной машины выполнен явнополюсным. В примере синхронной реактивной машины, изображенном на фиг.1, длины полюсной дуги ротора и межполюсного промежутка равны и составляют 90 градусов. Кроме многофазной силовой обмотки на статоре в пазах, расположенных в плоскостях Х-х, Y-у, проходящих через углы его пакета, размещены обмотки возбуждения 6 и 7, выполненные с полным шагом и образующие многофазную обмотку возбуждения.

Возможны и другие версии обмоток в синхронной реактивной машине: с другим числом фаз обмотки возбуждения (например, две пары обмоток, оси которых параллельны сторонам пакета) и (или) силовых обмоток (например, соединенных по схеме "звезда - обратная звезда", шестифазная звезда и др.).

На фиг.2 представлен один из возможных примеров реализации функциональной схемы автономной электрической генераторной установки, выполненной с применением предлагаемой синхронной реактивной машины. Здесь обмотки 2, 3 и 4 соединяют в "звезду" и через неуправляемый выпрямитель 8, выполненный по трехфазной мостовой схеме, подключают параллельно с аккумуляторной батареей 9 к бортовой сети постоянного тока. Обмотки 6 и 7 подключают к выходам управляемых возбудителей 10 и 11, которые идентичны друг другу. Первый вход каждого из управляемых возбудителей подключают к источнику напряжения U зв, задающему требуемую величину тока возбуждения генератора. Второй вход каждого из тех же возбудителей подключают к выходу датчика 12 положения ротора синхронной реактивной машины. Датчик 12 механически связан с ротором 5 синхронной реактивной машины.

На фиг.3 изображены в функции угла поворота ротора синхронной реактивной машины эпюры токов I х и I у в обмотках возбуждения 6 и 7 и фазные ЭДС генератора Е A , Е B , Е C , наводимые в его силовых обмотках 2, 3 и 4.

За исходное состояние схемы принимается мгновенное состояние всех ее элементов, когда вращающийся по часовой стрелке ротор 5 занимает пространственное положение, как на фиг.1. На фиг.3 это положение обозначено 0 . В целях наглядности изложения начало отсчета угла поворота ротора на графиках (фиг.3) и исходное положение 0 (фиг.1) выбраны несовпадающими. В положении ротора 0 , принятом за исходное, проводники одной из обмоток возбуждения (а именно обмотки 6, расположенной в плоскости Х-х), находятся напротив межполюсного промежутка ротора 5. По этой обмотке, пока она расположена напротив этого промежутка, от своего управляемого возбудителя 10 пропускают ток в направлении, указанном на фиг.1, которое принято за положительное. Здесь и далее, как это принято в учебной литературе по электрическим машинам, токи и ЭДС обмоток считаются положительными, когда они в начале фаз (начала А, В, С силовых обмоток и начала X, Y обмоток возбуждения) направлены за плоскость чертежа (см., пример, Вольдек А.И. Электрические машины: Учебник для вузов. - Л.: Энергия, 1974. - 840 с.). Величина тока в обмотке возбуждения 6 соответствует напряжению задания U зв.

Благодаря току, протекающему по обмотке возбуждения 6, синхронная реактивная машина намагничена в продольном направлении, поэтому в проводниках обмоток, расположенных напротив полюсов ротора, наведены ЭДС вращения. При этом в проводниках, лежащих напротив верхнего полюса, знаки ЭДС положительны, а напротив нижнего - отрицательны.

В положении ротора 5, принятом на фиг.1 за исходное, наводятся ЭДС вращения: в обмотке 2 фазы А в положительном направлении, в обмотке 4 фасы С - в отрицательном направлении (фиг.3). В обмотке 3 фазы В в этом положении ротора ЭДС не наводится, т.к. ее витки располагаются напротив межполюсного промежутка, где индукция в воздушном зазоре равняется нулю. В обмотке возбуждения 7, проводники которой уложены в плоскости Y-у и которая в рассматриваемый момент времени располагается над полюсами ротора, ЭДС вращения наводится, но ток в ней отсутствует, что обеспечивается соответствующей работой возбудителей 10 и 11.

Направления токов во всех обмотках статора, соответствующие описанному исходному мгновенному положению ротора 5 синхронной реактивной машины, указаны на фиг.1.

Синхронная реактивная машина в режиме генератора работает следующим образом.

При вращении ротора синхронной реактивной машины ее полюса перемещаются поперек проводников обмоток статора. Когда края полюсов ротора 5 надвигаются на проводники обмотки 6, лежащие в плоскости Х-х (т.е. эта обмотка окажется над полюсом), то, используя сигнал датчика 12 положения ротора, с помощью управляемого возбудителя 10 ток в этой обмотке возбуждения уменьшают до нуля. На фиг.3 этот момент времени соответствует углу поворота ротора =90 градусов.

В это же самое время проводники следующей фазы обмотки возбуждения (а именно обмотки 7, проводники которой лежат в плоскости Y-у) окажутся напротив межполюсного промежутка. В этом положении ротора 5, используя сигнал датчика 12 положения ротора, с помощью управляемого возбудителя 11 в обмотке 7 устанавливают ток соответствующим по величине сигналу задания U зв, а по знаку положительным.

Осуществляя таким образом через каждые 90 электрических градусов переключения токов в фазных обмотках возбуждения, обеспечивают пространственное круговое движение магнитодвижущей силы возбуждения вдоль окружности воздушного зазора машины так, что эта магнитодвижущая сила перемещается синхронно с вращающимся ротором синхронной реактивной машины. Благодаря такому совместному вращательному движению ротора и магнитодвижущей силы возбуждения достигается непрерывное возбуждение электрической машины в продольном направлении.

Графики изменения токов в обмотках возбуждения и ЭДС вращения, наводимых в силовых обмотках, изображенных на фиг.3, подтверждают описанный принцип работы синхронной реактивной машины в режиме генератора. При вращении ротора по часовой стрелке (см. фиг.1), чтобы обеспечить постоянство знака магнитного потока, проходящего через ротор синхронной реактивной машины, принята следующая последовательность знаков импульсов токов в обмотках возбуждения: +I х, +I Y , -I x , -I Y . При этом каждый импульс имеет длительность 90 градусов, а все они в совокупности обеспечивают непрерывность возбуждения в течение полного оборота ротора. Пространственное положение ротора, изображенное на фиг.1, соответствует углу его поворота 0 на графике фиг.3, заключенному в диапазоне от 15 до 45 градусов.

Представленная на фиг.1 синхронная реактивная машина может работать и в режиме электродвигателя, если неуправляемый выпрямитель 8 заменить автономным инвертором. Соответствующая функциональная схема изображена на фиг.4. Здесь элементы схемы с 1 по 7 и с 10 по 12 выполняют те же функции, что и в схеме (см. фиг.2).

Для синхронной реактивной машины, работающей в режиме двигателя, могут быть сохранены без изменения схемы цепей возбуждения и графики токов возбуждения в обмотках 6 и 7, но кривые фазных напряжений, подаваемых на многофазную силовую обмотку, зависят от выбранной схемы силовых цепей автономного инвертора (АИ) 13. Так, в простейшем случае многофазный, в частности трехфазный, АИ 13 можно выполнить из трех однофазных АИ 14, 15, 16, а к выходным зажимам каждого из них подключить силовые обмотки 2, 3, 4 (см. фиг.4). Первые управляющие входы каждого из АИ 14, 15, 16 подключают к источнику напряжения U зт, задающему требуемую величину тока АИ. Вторые управляющие входы каждого из этих АИ подключают к выходным зажимам датчика 12 положения ротора.

Чтобы обеспечить вращение синхронной реактивной машины в режиме двигателя, на ее силовые обмотки 2, 3 и 4 с выходов АИ 14, 15 и 16 подают импульсы напряжения U A , U B , U C , когда проводники этих обмоток располагаются над полюсами ротора. Так, в положении ротора 0 , принятом за исходное (см. фиг.5), импульсы напряжения подаются в обмотку 2 фазы А в отрицательном направлении, в обмотку 4 фазы С - в положительном направлении. В обмотку 3 фазы В импульсы напряжения не подают, т.к. ее витки располагаются в зоне межполюсного промежутка.

Синхронная реактивная машина в режиме двигателя работает следующим образом.

При вращении ротора синхронной реактивной машины ее полюса перемещаются поперек проводников обмоток статора. Когда края полюсов ротора 5 уходят с проводников фазы А обмотки 2, лежащих в плоскости А-а (т.е. эти проводники окажутся напротив межполюсного промежутка), то, используя сигнал датчика 12 положения ротора, с помощью автономного инвертора 14 ток в этой обмотке устанавливают равным нулю. На фиг.5 этот момент времени соответствует углу поворота ротора =45 градусов.

В момент времени, соответствующий углу поворота ротора =75 градусов, проводники фазы В обмотки 3 окажутся над полюсами. В этом положении ротора 5, используя сигнал датчика 12 положения ротора, с помощью автономного инвертора 15 в обмотке 3 устанавливают ток соответствующим сигналу задания U зт.

Осуществляя таким образом через каждые 30 электрических градусов переключения токов в фазных силовых обмотках, обеспечивают непрерывное создание электромагнитного момента.

Графики изменения токов I х, I Y в обмотках возбуждения, импульсов напряжения U A , U B , U C , подаваемых на силовые обмотки 2, 3 и 4, а также ЭДС вращения Е A , Е B , Е C , наводимые в силовых обмотках 2, 3 и 4, изображенные на фиг.5, подтверждают описанный принцип работы синхронной реактивной машины в режиме двигателя.

Промышленная применимость предлагаемого решения.

Синхронная реактивная машина благодаря бесконтактности схемы, высокой механической прочности и жесткости ротора может быть рекомендована в первую очередь для транспортных установок, работающих в тяжелых и особо тяжелых условиях эксплуатации (например, вездеходы, промышленные тракторы). Она может быть рекомендована и для общепромышленных установок.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Синхронная реактивная машина, содержащая на статоре многофазную силовую обмотку, равномерно распределенную вдоль внутренней расточки статора и предназначенную для подключения к вентильному преобразователю, а также многофазную обмотку возбуждения с полным шагом, предназначенную для подключения к управляемым возбудителям, отличающаяся тем, что пакет сердечника статора выполнен в виде квадрата, при этом обмотка возбуждения размещена в дополнительных пазах, которые выполнены в углах пакета.