МЕТОДИКА СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СИНТЕЗА КОМБИНИРОВАННОГО ГЕНЕРАТОРА ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ТИПА ДЛЯ ЭНЕРГОУСТАНОВОК РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ НА БАЗЕ СВОБОДНОПОРШНЕВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Система энергоснабжения современных робототехнических комплексов требует разработки электромеханических преобразователей энергии с высокими энергетическими и минимальными массогабаритными показателями. В связи с этим в качестве перспективной энергоустановки рассматривается свободнопоршневой двигатель с электрическим генератором.

Интерес к исследованию энергоустановок на базе свободнопоршневых двигателей обусловлен рядом преимуществ в сравнении с классическими двигателями внутреннего сгорания с кривошипно-шатунным механизмом: относительной простотой конструкции; на 40 % меньшим количеством элементов, что в 2,5–3 раза увеличивает габаритную мощность, удельную массу и металлоемкость свободнопоршневого двигателя; сниженным на 30 % расходом топлива. Также важное конструктивное преимущество энергоустановок на базе свободнопоршневых двигателей – это сравнительно легкое их модульное исполнение. В разрабатываемых энергоустановках на базе свободнопоршневых двигателей зарубежных стран (США, Россия, Германия, Китай, Великобритания, Япония, Швеция, Израиль
и др.) в качестве электрической машины переменного тока чаще всего применяются возвратно-поступательные электрические генераторы с поперечным приращением магнитного потока. Основным недостатком такого типа генераторов являются отсутствие согласования электрической и механической подсистем энергоустановки в крайних точках рабочего цикла, что ограничивает эффективность использования свободнопоршневого двигателя и снижает надежность энергоустановки.

Для решения этой проблемы было предложено использовать электромеханический преобразователь энергии с поперечным и продольным приращением магнитного потока (комбинированный генератор). Однако в настоящее время отсутствует научно обоснованная методика синтеза такого типа генератора. С целью решения этой задачи была разработана методика структурно-параметрического синтеза комбинированного генератора возвратно-поступательного типа для энергоустановки на базе свободнопоршневого двигателя, основанная на использовании удельной массы комбинированного генератора в качестве целевой функции, что позволяет синтезировать электрическую машину возвратно-поступательного типа с заданным КПД и минимальной удельной массой.

1. Отвага: военно-патриотический сайт Российской Федерации [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.otvaga2004.ru/na-zemle/na-zemle-11/modern_land_robots_1/ – Дата доступа: 28.10.2017.

2. Пинский, Ф. И. Энергоустановки со свободнопоршневыми двигатель-генераторами / Ф. И. Пинский // Мобильная техника. – 2004. – № 2. – С. 13–17.

3. Cawthorne, W. R. Optimization of a Brushless Permanent Magnet Linear Alternator for Use with a Linear Internal Combustion Engine / W. R. Cawthorne. – Morgantown, 1999. – 113 р.

4. Темнов, Э. С. Разработка теоретических основ расчета и конструирования малоразмерных двигатель – генераторных установок как единой динамической системы: дис. … канд. техн. наук / Э. С. Темнов. – Тула, 2005. – 134 л.

5. Использование возвратно-поступательной схемы электрического генератора для повышения эффективности энергоустановок автономных образцов вооружения / А. Б. Менжинский [и др.] // Вестн. Воен. акад. Респ. Беларусь. – 2016. – № 4 (53). – С. 108–114.

6. Применение короткоходовой схемы возвратно-поступательного электрического генератора для повышения механического КПД и эффективной мощности энергоустановок на базе свободнопоршневых двигателей / А. Б. Менжинский [и др.] // Вестн. Воен. акад. Респ. Беларусь. – 2017. – № 1 (54). – С. 101–108.

7. Применение возвратно-поступательного генератора комбинированной конструкции для повышения КПД и уменьшения удельной массы энергоустановок автономных образцов вооружения / А. Б. Менжинский [и др.] // Вестн. Воен. акад. Респ. Беларусь. – 2017. – № 4 (57). – С. 62–72.

8. Хитерер, М. Я. Синхронные электрические машины возвратно-поступательного движения / М. Я. Хитерер, И. Е. Овчинников. – СПб.: КОРОНА-принт, 2013. – 368 с.

9. Вольдек, А. И. Электрические машины / А. И. Вольдек. – 2-е изд., испр. и доп. – Л.: Энергия, 1974. – 840 с.

10. Балагуров, В. А. Проектирование специальных машин переменного тока / В. А. Балагуров. – М.: Высш. шк., 1982. – 272 с.

11. Балагуров, В. А. Электрические генераторы с постоянными магнитами / В. А. Балагуров, Ф. Ф. Галтеев. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 280 с.

12. Влияние исходных данных проектирования на оптимальные в симметричной двухкатушечной П-образной клапанной магнитной системе с цилиндрическими сердечниками и полюсными наконечниками / О. А. Никитина [и др.] // Вест. Чуваш. ун-та. – 2015. – № 1. – С. 81–90.

13. Абрамов, О. В. Методы и алгоритмы параметрического синтеза стохастических систем / О. В. Абрамов // Проблемы управления – 2006. – № 4. – С. 3–8.

14. Линейный генератор с постоянными магнитами для систем электропитания автономных объектов/ В. Е. Высоцкий [и др.] // Изв. вузов. Электромеханика. – 2010. – №1 – С. 80–82.

15. Голубцов, С. Г. Электроснабжение узлов связи: учеб. пос. / С. Г. Голубцов, В. М. Калинин, Г. А. Леонович. – Минск: Воен. акад. Респ. Беларусь, 2016. – 176 с.

16. БМЕ-дизель [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.bme-diesel.ru. – Дата доступа: 19.01.2018.