omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2026-198-88-95LIDUOKomna-412Research ArticleЭНЕРГЕТИКА И ЭЛЕКТРОТЕХНИКАENERGY AND ELECTRICAL ENGINEERINGКритерии применения ротора в интегрированном стартер-генератореCriteria of using a rotor in an integrated starter-generatorhttps://orcid.org/0000-0003-4538-598XОхотниковМ. В.OkhotnikovM. V.

Охотников Михаил Валерьевич, кандидат технических наук, директор Передовой инженерной школы «Моторы Будущего»    

450076, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32

AuthorID (РИНЦ): 1006412

AuthorID (SСOPUS): 57201555771

ResearcherID: O-5118-2017

Okhotnikov Mikhail Valer’yevich, Candidate of Technical Sciences, Director of the “Motors of the Future” Advanced Engineering School    

Zaki Validi St., 32, Ufa, 450076

AuthorID (RSCI): 1006412

AuthorID (SСOPUS): 57201555771

ResearcherID: O-5118-2017

oxothukob@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2525-9815ИсмагиловФ. Р.IsmagilovF. R.

Исмагилов Флюр Рашитович, доктор техниче-ских наук, профессор, заместитель директора Передовой инженерной школы «Моторы Будущего»    

450076, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32

AuthorID (РИНЦ): 332890

AuthorID (SСOPUS): 56462457100

Ismagilov Flyur Rashitovich, Doctor of Technical Sciences, Associate Director of the “Motors of the Future” Advanced Engineering School    

Zaki Validi St., 32, Ufa, 450076

AuthorID (RSCI): 332890

AuthorID (SСOPUS): 56462457100

1010ifr@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5695-6974ВавиловВ. Е.VavilovV. E.

Вавилов Вячеслав Евгеньевич, доктор технических наук, заместитель директора ООО «ЭТК»    

450076, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32

AuthorID (РИНЦ): 694504

AuthorID (SСOPUS): 55768854800

ResearcherID: N-9748-2017

Vavilov Vyacheslav Evgen’yevich, Doctor of Technical Sciences, Deputy Director of ETK LLC    

Zaki Validi St., 32, Ufa, 450076

AuthorID (RSCI): 694504

AuthorID (SСOPUS): 55768854800

ResearcherID: N-9748-2017

s2_88@mail.ruУфимский университет науки и технологийРоссияUfa University of Science and TechnologyRussian Federation202607072026028895Copyright © Охотников М.В., Исмагилов Ф.Р., Вавилов В.Е., 20262026Охотников М.В., Исмагилов Ф.Р., Вавилов В.Е.Okhotnikov M.V., Ismagilov F.R., Vavilov V.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/412

Основанием для развития авиационной отрасли является непрерывный процесс изменения конструкций, характера работы и условий эксплуатации применяемых электромеханических преобразователей энергии. Дополнительным фактором, подталкивающим к развитию, является расширение за рубежом тренда на гибридные силовые установки, что позволяет повысить уровень электрификации летательного аппарата и сделать очередной шаг к созданию “более электрического самолета”. Одним из таких шагов является интеграция электромеханических преобразователей энергии в виде стартер-генератора в авиационный двигатель, что позволит достичь большей компактности, унификации технологий, разрабатываемых при его внедрении, и говорить о повышении уровня прочности элементов интегрируемого преобразователя.

В работе рассматриваются особенности подходов при разработке и изготовлении ротора, стартергенератора для авиационного двигателя; анализируются конструкция ротора, интегрированного стартер-генератора, а также материалы, входящие в его состав. Приведены расчетные данные нагрузки бандажа и магнитов ротора при его работе. Рассмотрены результаты разгонных испытаний роторов с постоянными магнитами.

Целью проводимых исследований является оценка возможности применения композитного бандажа для интегрированного стартер-генератора, а также анализ возможных повреждений бандажа и постоянных магнитов, используемых в конструкции ротора. В результате проведенных работ получены расчетные и экспериментальные данные, указывающие на возможность применения композитного бандажа для роторов с частотой вращения до 40 000 об/мин; приведен алгоритм оценки запаса прочности, а также проведена экспериментальная апробация исследований. Полученные в результате эксперимента данные показывают возможные дефекты бандажа и магнитов, что позволяет установить технологические причины их возникновения и предотвратить их дальнейшее повторение.

The basis for the development of the aviation industry is the continuous process of changing the designs, Type of operation and operating conditions of the applied electromechanical energy converters. An additional factor is the expansion of the trend for hybrid power plants abroad, which allows increasing the level of electrification of the aircraft and providing another step towards creating a “more electric aircraft”. One of these steps is the integration of electromechanical energy converters in the form of a starter generator into an aircraft engine, which allows providing greater compactness, unification of technologies and increasing the strength of the elements of the integrated converter.

This paper examines approaches to the development and manufacture of rotors and starter-generators for aircraft engines. The authors analyse the design of the rotor, integrated starter-generator and the materials; present calculated load data for the rotor shroud and magnets during operation and review the results of acceleration tests of rotors with permanent magnets.

The aim of the research is to evaluate the feasibility of using a composite bandage for an integrated starter-generator, as well as to analyse the potential damage to the bandage and permanent magnets used in the rotor design. The research demonstrates calculated and experimental data indicating the feasibility of using the composite bandage for rotors with rotational speeds of up to 40.000 rpm. Moreover, the authors develop an algorithm for estimating the safety margin and conduct an experimental testing. The results highlight potential defects in the bandage and magnets, identifying the underlying causes and preventing their recurrence.

интегрированный стартер-генераторбандаж роторабалансировка роторапрочность роторамагнитиспытательный стендоснасткаintegrated starter-generatorrotor bandagerotor balancingrotor strengthmagnettest standtoolingРабота выполнена при поддержке Российского научного фонда в рамках научного проекта № 24-29-00675 «Разработка фундаментальных научных основ высокоэффективного электромеханического преобразователя энергии с повышенными удельными характеристиками и элементов гибридной силовой установки».The research was carried out with the support of the Russian Science Foundation as part of the scientific project No. 24-29-00675 “Development of the fundamental scientific basis for a high-efficiency electromechanical energy converter with improved specific characteristics and elements of a hybrid power plant”.ReferencesGarcia J. R., Ortega J. A., Aldabas E., Romeral L. Moving Towards a More Electric Aircraft. IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine. 2007;22(3):3–9. https://doi.org/10.1109/MAES.2007.340500.Garcia J. R., Ortega J. A., Aldabas E., Romeral L. Moving Towards a More Electric Aircraft. IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine. 2007;22(3):3–9. https://doi.org/10.1109/MAES.2007.340500.Greenwood E., Brentner K., Rau R., Ted Gan Z. F. Challenges and opportunities for low noise electric aircraft // International Journal of Aeroacoustics. 2022;21(5-7):1–67. https://doi.org/10.1177/1475472X221107377.Greenwood E., Brentner K., Rau R., Ted Gan Z. F. Challenges and opportunities for low noise electric aircraft // International Journal of Aeroacoustics. 2022;21(5-7):1–67. https://doi.org/10.1177/1475472X221107377.Охотников М. В. Концепция разработки и внедрения интегрированного авиационного генератора с внешним ротором // Электротехника. 2024. № 12. С. 48–53. https://doi.org/10.53891/00135860-2024-12-48-53. EDN: FTDKUX.Okhotnikov M. V. The concept of developing and implementing an integrated aircraft generator with an external rotor. Elektrotekhnika. 2024;12:48–53. https://doi.org/10.53891/00135860-2024-12-48-53. EDN: FTDKUX. (In Russ.).Дубровский В. А., Каблов Е. Н., Герасимов В. В. Испытание и исследование монокристальных лопаток I ступени турбины двигателя ПС-90А // Авиационная промышленность. 1994. № 9-10. С. 11–15. EDN: ZPYXLV.Dubrovsky V. A., Kablov E. N., Gerasimov V. V. Testing and investigation of the first stage rotor monocr ystalline blades for ПС-90А turbine engine. Aviatsionnaya Promyshlennost’. 1994;9-10:11–15. EDN: ZPYXLV. (In Russ.).Gieras J. F. Permanent magnet motor technology: design and applications. CRC Press, 2010. 612 р.Gieras J. F. Permanent magnet motor technology: design and applications. CRC Press, 2010. 612 р.Вавилов В. Е., Исмагилов Ф. Р., Хайруллин И. Х., Каримов Р. Д. Высокотемпературные электромеханические преобразователи энергии с возможностью интеграции в авиационный двигатель. Перспективы и проблемы создания // Авиакосмическое приборостроение. 2015. № 9. С. 48–56. EDN: UJXBGF.Vavilov V. E., Ismagilov F. R., Khayrullin I. Kh., Karimov R. D. High temperature electromechanical energy converters that can be integrated in to aircraft engine. Prospects and design problems. Aerospace Instrument-Making. 2015;9:48–56. EDN: UJXBGF. (In Russ.).Rjckard R. Secttnde, Robert P. Macosko, David S. Repas Integrate Enginegenerator concept for aircraft electric secondary power national aeronautics and space administration // Washington, D. C., June 1972, NASATM X2579, pp 22.Rjckard R. Secttnde, Robert P. Macosko, David S. Repas Integrate Enginegenerator concept for aircraft electric secondary power national aeronautics and space administration // Washington, D. C., June 1972, NASATM X2579, pp 22.Daniel I. M., Ishai O. Engineering Mechanics of Composite Materials. Oxford University Press, 2006. 462 p. ISBN 978-0-19-515097-1.Daniel I. M., Ishai O. Engineering Mechanics of Composite Materials. Oxford University Press, 2006. 462 p. ISBN 978-0-19-515097-1.Труханов В. М. Надежность технических систем типа подвижных установок на этапе проектирования и испытаний опытных образцов. Москва: Машиностроение. 2003. 320 с.Trukhanov V. M. Nadezhnost’ tekhnicheskikh sistem tipa podvizhnykh ustanovok na etape proyektirovaniya i ispytaniy opytnykh obraztsov. Moscow, 2003. 320 p. (In Russ.).Boglietti A., Cavagnino A., Staton D. [et al.]. Evolution and Modern Approaches for Thermal Analysis of Electrical Machines. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2009;56(3):871–882. https://doi.org/10.1109/TIE.2008.2011622.Boglietti A., Cavagnino A., Staton D. [et al.]. Evolution and Modern Approaches for Thermal Analysis of Electrical Machines. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2009;56(3):871–882. https://doi.org/10.1109/TIE.2008.2011622.Du G., Xu W., Zhu J., Huang N. Rotor Stress Analysis for High Speed Permanent Magnet Machines Considering Assembly Gap and Temperature Gradient. IEEE Transactions on Energy Conversion. 2019;34(4):2276–2285. https://doi.org/10.1109/TEC.2019.2939220.Du G., Xu W., Zhu J., Huang N. Rotor Stress Analysis for High Speed Permanent Magnet Machines Considering Assembly Gap and Temperature Gradient. IEEE Transactions on Energy Conversion. 2019;34(4):2276–2285. https://doi.org/10.1109/TEC.2019.2939220.Jaatinen P. Design and control of a permanent magnet bearingless machine. Lappeenranta, 2019. 73 p.Jaatinen P. Design and control of a permanent magnet bearingless machine. Lappeenranta, 2019. 73 p.Гриневич Д. В., Яковлев Н. О., Славин А. В. Критерии разрушения полимерных композиционных материалов (обзор) // Труды ВИАМ. 2019. № 7 (79). С. 92–111. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2019-0-7-92-111. EDN: KENLSM.Grinevich D. V., Yakovlev N. O., Slavin A. V. The criteria of the failure of polymer matrix composites (review). Trudy VIAM. 2019;7(79):92–111. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2019-0-7-92-111. EDN: KENLSM. (In Russ.).Lei Zu, Hui Xu, Bing Zhang, Debao Li, Huabi Wang, Bin Zi Filament-wound composite sleeves of permanent magnet motor rotors with ultra-high fiber tension, Composite Structures, Volume 204, 2018, pp. 525-535, ISSN 0263-8223, https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2018.07.119.Lei Zu, Hui Xu, Bing Zhang, Debao Li, Huabi Wang, Bin Zi Filament-wound composite sleeves of permanent magnet motor rotors with ultra-high fiber tension, Composite Structures, Volume 204, 2018, pp. 525-535, ISSN 0263-8223, https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2018.07.119.Adams R. D., Cawley P. A review of defect types and nondestructive testing techniques for composites and bonded joints. NDT International. 1988;21(4):208–222. https://doi.org/10.1016/0308-9126(88)90333-1.Adams R. D., Cawley P. A review of defect types and nondestructive testing techniques for composites and bonded joints. NDT International. 1988;21(4):208–222. https://doi.org/10.1016/0308-9126(88)90333-1.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.