Том 5, № 2 (2019)

Background: Aiming at the problems of high local temperature and uneven temperature distribution in asynchronous traction motor of high-speed Electric Multiple Unit (EMU) when it is running.

Aim: In this paper, the influence of ventilation system with different structure on temperature distribution is studied.

Methods: Taking 600 kW asynchronous traction motor as an example, the electromagnetic-fluid-temperature analysis model of the traction motor is established, and the temperature values of different positions in the motor are obtained.

The accuracy of the calculation results is verified by comparing with the actual measurement.

On this basis, by adjusting the structure of stator and rotor axial ventilation holes, the relationship between temperature distribution and fluid flow state in motor is studied.

In addition, the influence of fluid incidence angle on fluid velocity and heat dissipation performance of motor is also studied, and the ventilation structure scheme with relative balance of axial and circumferential temperature in motor is found out, which provides a reference strategy for the design of temperature rise of motor with forced ventilation structure.

Results: The wind speed near the intake side of stator teeth and rotor teeth groove is less than that far from the intake side. The flow distribution trend of rotor vent is similar to that of stator vent, but the air in the groove is affected by centrifugal force of rotor rotation, which makes the wind speed difference on the intake side larger than that on the outlet side.

The stator winding and rotor guide bar are affected by wind temperature to reach the maximum temperature at the end of the outlet respectively. The stator core is higher at the windward side and the leeward side than the other parts of the motor. The heat dissipation effect at both ends is good.

The highest temperature of the stator core appears near the leeward side.

Обоснование: Движение поезда в изолированном пространстве с естественным атмосферным давлением воздушной среды сопровождается потерями энергии на непроизводительную работу по преодолению профильных сопротивлений со стороны фронтальной и тыльной поверхностей подвижного состава. При этом также отмечается значительное увеличение затрат энергии на преодоление растущей силы встречного сопротивления воздуха. Для исключения указанных потерь энергии предлагается организовать синхронное и сбалансированное по объёмам откачивание воздуха из передней части транспортопровода и нагнетание воздуха в заднюю часть транспортопровода.

Цель: Разработать способ организации воздухообмена внутри транспортопровода, который обеспечит снижение профильных сопротивлений воздуха движению поезда.

Методы: Предложенные разработки основаны на общеизвестных отечественных и зарубежных конструкциях высокоскоростных транспортных систем трубного типа, использовались результаты сравнительного анализа транспортопроводов с различной степенью откачки воздуха (глубоким вакуумом и форвакуумом), учитывался опыт перераспределения остаточного объёма воздуха в транспортопроводе в системах “Hyperloop” и “TransPod”. Параметры работы компрессорных установок, перекачивающих воздух во внутренней полости транспортопровода при движении транспортного средства, регулируются на основе моделей процесса газодинамики.

Результаты: Разработаны новый способ и устройство снижения силы сопротивления воздуха движению поезда путём принудительного воздухообмена, который предусматривает перераспределение воздуха из передней части в заднюю часть транспортопровода относительно направления движения транспортного средства. Для перераспределения воздуха используется устройство внешнего воздухообмена, состоящее из воздуховодов, компрессорных установок, задвижек, воздухонакопителя. Процесс внешнего воздухообмена производятся только во время движения поезда, для движения транспортного средства предварительная откачка воздуха не требуется. Процесс перераспределения воздуха регулируется с учётом скорости движения транспортного средства, его местоположения в транспортопроводе, конструктивных особенностей тоннеля и подвижного состава. Скорость движения транспортного средства по каждому отрезку скоростного участка нормируется в зависимости от фактической производительности компонентов воздухообменной системы. Режимы работы компрессорных установок должны обеспечивать синхронное перераспределение воздуха из передней части в заднюю часть транспортопровода. Движение поезда по транспортопроводу с нормальным атмосферным давлением во внутренней полости обеспечивает условия для безопасной транспортировки грузов и пассажиров.

Заключение: Разработанный способ предназначен для снижения силы сопротивления воздуха при движении транспортного средства внутри герметичного транспортопровода без создания вакуума. Представленные разработки имеют перспективы использования в проектах высокоскоростных транспортных систем подземного и подводного исполнения.

Цель: предложить техническое решение, позволяющего обеспечить боковую стабилизацию экипажа с электродинамическим подвесом. Разработка метода расчёта левитационных характеристик транспортной установки с электродинамическим подвесом при наличии продольного стыка в путевом полотне. Анализ результатов теоретических исследований.

Материалы и методы: в статье использовались методы теории электромагнитного поля, обобщенные функции, преобразование Фурье, аналитические и численные методы определения квадратур. Программа для ПЭВМ разрабатывалась на языке Фортран.

Результаты: для обеспечения боковой стабилизации экипажа с электродинамическим подвесом предложено ввести в структуру путевого полотна продольный изоляционный стык. Создана математическая модель исследуемой системы электродинамического подвеса в приближения бесконечно широкого полотна прямоугольного сечения.

Для предельного случая, когда ширина стыка стремится к нулевому значению, а экипажные электромагниты имеют прямоугольную форму на основе применения преобразования Фурье получено решение уравнений, описывающих принятую математическую модель: выражение вектора магнитной индукции и электродинамической силы в квадратурах. Численное интегрирование этих уравнений выполнялось посредством применения формулы Гаусса и метода Филона.

Результаты расчетов позволили получить ряд графических зависимостей левитационных характеристик от величины бокового смещения экипажного электромагнита относительно симметричного положения.

Заключение: полученные результаты проведенного исследования полностью отвечают поставленной цели по определению параметров боковой стабилизации экипажа с электродинамическим подвесом с путевым полотном, содержащим продольный стык в рамках принятых допущений. Сравнение предложенного способа с другими предлагавшимися ранее способами стабилизации не позволяет выявить решающих преимуществ или недостатков нового способа. В большинстве случаев его недостатком является относительно низкое левитационное качество. Однако оно существенно возрастает, если движение экипажа ВСНТ происходит преимущественно с высокой скоростью, при которой сила аэродинамического сопротивления превалирует над силой электродинамического торможения.

Столь же относительным является и достоинство рассматриваемой системы – высокая боковая жёсткость. Причина этого в том, что требования на боковую жёсткость могут быть количественно сформулированы лишь применительно к конкретной трассе ВСНТ с учётом графика движения и других факторов. Как известно, главными дестабилизирующими воздействиями в боковом направлении являются сила инерции при движении по криволинейному участку и боковой ветер. Свою роль в выборе системы стабилизации могут сыграть и задачи, решаемые другими подсистемами системы ВСНТ. Играет определенную роль также принцип действия и конструкция системы тяги. Из сказанного ясно, что окончательный выбор системы боковой стабилизации на настоящем этапе исследований был бы преждевременным. Предложенный и изученный в этой статье новый способ стабилизации следует рассматривать как ещё один из возможных наряду с предлагавшимися ранее. Ответ на вопрос о конкурентоспособности нового способа должен быть связан с характеристиками конкретной трассы ВСНТ. Необходимо и дальнейшее уточнение результатов, при более строгом учёте краевого эффекта, а также рассмотрением случая неизолированного стыка.

Обоснование: Синтез качественной динамики и её анализ – кардинальные задачи проблемы создания магнитолевитирующего поезда (МЛП).

Цели работы: Разработать парадигму и методику рационального решения указанных задач.

Методы: Синтез желаемого движения предлагается осуществлять путем решения обратной задачи динамики системы, а его прелиментарный анализ – решением прямой задачи той же динамики.

Результаты: Выявлены и обоснованы резоны моделирования динамики МЛП. Разработана парадигма и тензорная методика её компьютерного синтеза и анализа.

Обоснование: Развитие науки в России сегодня остро нуждается в комплексной государственной поддержке. Фундаментальные исследования создают основы для детализации инновационных идей и через прикладные исследования приближают их к разработкам и внедрению. Обеспечить устойчивость экономики страны возможно только при условии вложений ресурсов в актуальные научные исследования.

В сложившихся условиях особую актуальность приобретает разработка инструментов оценки дополнительных эффектов от осуществления расходов на инновационное развитие (ИР).

Цель: Оценка влияния на национальную экономику расходов на ИР компаний.

Методы: Поиск и анализ

1. вариантов оценки имеющейся информации о результатах научных исследований (как запатентованных, так и не имеющих официального статуса зарегистрированной интеллектуальной собственности);                  
2. способов получения экономической выгоды от обладания результатами научных исследований при отсутствии возможности внедрения их в деятельность компании или продажи.

Для оценки влияния на национальную экономику расходов на ИР предлагается использовать показатель инновационной поддержки национальной экономики (ИПНЭ).

Результаты: Предложен алгоритм расчета показателя ИПНЭ. Релевантными для расчета предлагается признавать расходы компании-резидента, самостоятельно ведущей разработки или с привлечением отечественного сектора генерации знаний и высшего образования:

• на выплату заработной платы с учетом страховых взносов;
• на закупку оборудования и материалов отечественного производства;
• на оплату работ, услуг сторонних организаций.

Все остальные расходы на данном этапе предлагается считать нерелевантными.

Показатель может быть рассчитан для любой компании-резидента независимо от вида деятельности и направленности научных исследований в целях ИР.

Заключение: Для компаний, осуществляющих значительные вложения в научно-техническое, инновационное развитие, увеличение показателя ИПНЭ может стать дополнительным стимулом (при мерах государственной поддержки), позволит обратить внимание на существующий потенциал российской науки, сохранить и приумножить количество научных школ, поддерживать высокое качество разработок, их результативность.