Универсальный электродвигатель для беспилотников с пропеллерами создали в России. При доработке силовые агрегаты подойдут для наземных или надводных устройств, рассказали "Известиям" авторы проекта. Изделие состоит преимущественно из отечественных компонентов и по соотношению цена - качество сопоставимо с китайскими аналогами. Серийное производство двигателей планируют запустить в течение года. Однако, чтобы изготавливать полностью импортозамещенные двигатели, нужно развивать отечественные добычу и переработку редкоземельных металлов, производство магнитов и микроэлектроники, отметили эксперты.

Как работают электродвигатели

Ученые передовой инженерной школы Московского авиационного института (МАИ) разработали новый электродвигатель для тяжелых беспилотных летательных аппаратов. Он обладает универсальностью и может комплектоваться на различные типы беспилотников с винтовой группой - как коптеров, так и планеров. При небольшой доработке его также можно устанавливать на наземные и надводные аппараты.

Как рассказали разработчики, двигатель почти полностью состоит из отечественных компонентов. Зарубежного производства только магниты, которые в России в настоящее время не изготавливают. Согласно расчетам, при запуске серийного производства отечественный силовой агрегат в своем классе сможет конкурировать с китайскими аналогами, которые сейчас занимают подавляющую часть рынка подобных устройств в нашей стране.

- Электродвигатели главным образом производят в Китае. Однако при сопоставимой стоимости разработка МАИ обладает лучшим качеством материалов и более высокими массо-энергетическими показателями. В частности, при частоте вращения 6800 оборотов в минуту двигатель может обеспечить длительную мощность до 12-13 кВт и кратковременно - до 16 кВт, - рассказал "Известиям" руководитель научно-исследовательского отдела кафедры "Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы" МАИ Николай Иванов.

По его словам, увеличить характеристики изделия удалось за счет авторских методик вычислительного моделирования. С их помощью разработчики определили наиболее рациональные пути, по которым в двигателе замыкается магнитный поток. За счет этого в некоторых случаях прирост эффективности может достигать 10%.

Как объяснил ученый, магнитная цепь силовой установки включает в себя такие элементы, как статор, ротор, постоянные магниты, а также воздушные зазоры между ними. Если геометрия и расположение этих компонентов выбраны оптимально, то магнитный поток не "утекает" за пределы полезной зоны (например, через корпус двигателя), а равномерно распределяется внутри. Это снижает потери на рассеяние энергии и повышает эффективность ее преобразования в работу.

От мощности электрического двигателя, пояснил разработчик, зависит создаваемая им тяга. Увеличение этого ресурса позволит производителям нарастить скорость, грузоподъемность или маневренность беспилотников.

- На сегодняшний день в России похожие силовые агрегаты разрабатывают только под конкретные аппараты и определенных заказчиков, а на свободном рынке доступных отечественных решений нет. Исходя из этого, специалисты разработали решение, которое может найти применение в различных типах беспилотных устройств. Вес таких аппаратов может составлять от 30 до 120 кг в зависимости от количества двигателей, - объяснил Николай Иванов.

Какие технологии нужны для импортозамещения

Изделия выдержали необходимый цикл испытаний, тестирование выполнили на специализированных стендах для винтомоторных групп, рассказал ученый. Второй этап испытаний прошел на аэродроме МАИ в Алферьево - полноценной авиационной базе с собственным воздушным пространством.

Как уточнил Николай Иванов, в комплекте с двигателем создается блок управления к нему и соответствующее программное обеспечение. В течение года разработчики планируют выйти на серийное производство.

- Разработка МАИ - это улучшение и модификация уже известных типов двигателей, но важна сама попытка наладить их производство в России. Ведь сейчас в стране, как правило, закупают китайские аналоги, - отметил доцент кафедры эксплуатации авиационной техники Самарского университета имени Королева Александр Зайцев.

При этом, добавил он, большинство современных электродвигателей бесколлекторные. То есть в них вращение ротора происходит с помощью переменного магнитного поля, что устраняет физический контакт между стационарной и вращающейся частями. Это делает силовые агрегаты более долговечными и эффективными. Однако стоит обратить внимание, что в нашей стране нет собственных производств магнитов, а добычу редкоземельных металлов, которые необходимы в их изготовлении, монополизировал Китай. Поэтому для достижения истинной конкурентоспособности необходимо также наладить всю цепочку, начиная от редкоземов и магнитных материалов.

По словам эксперта, к другим трудностям, с которыми могут столкнуться разработчики, относится отсутствие четкой отработанной методики проектирования двигателей. Такие расчеты ведут приближенно, а затем уточняют с помощью программных средств моделирования. Кроме того, высокооборотные двигатели сталкиваются с проблемами вибрации пластин статора. Они могут колебаться с частотой тока, протекающего в обмотках статора, что может привести к резонансу и разрушению двигателя. Эти физические явления также сложно учесть.

- Бесколлекторному двигателю нужен контроллер. Это плата с микросхемами, которая переключает ток в магнитных катушках, чтобы двигатель вращался. Компании, которые сообщают о собственном производстве двигателей, "забывают" упомянуть, где они закупают контроллеры. А это отдельная сложная история, - добавил генеральный директор ЦКБР Дмитрий Кузякин.

Например, в обычном FPV-дроне стоят четыре двигателя и для каждого нужен свой контроллер, пояснил эксперт. В каждом контроллере есть микропроцессор и программа, которая управляет двигателем, без этого он просто не будет крутиться. Сделать сам двигатель - это полдела, а вот создать контроллер для него уже гораздо сложнее. Чтобы производить их, нужно развивать собственную микроэлектронику, резюмировал эксперт.