Ультразвуковой двигатель

Ультразвуковой двигатель

Ультразвуково́й дви́гатель (Ультразвуковой мотор, Пьезодвигатель, Пьезомагнитный двигатель, Пьезоэлектрический двигатель), (англ. USM — Ultra Sonic Motor, SWM — Silent Wave Motor, HSM — Hyper Sonic Motor, SDM — Supersonic Direct-drive Motor и др.) — двигатель, в котором рабочим элементом является пьезоэлектрическая керамика, благодаря которой он способен преобразовать электрическую энергию в механическую с очень большим КПД, превышающим у отдельных видов 90 %. Это позволяет получать уникальные приборы, в которых электрические колебания прямо преобразуются во вращательное движение ротора, при этом крутящий момент, развиваемый на валу такого двигателя столь велик, что исключает необходимость применения какого-либо механического редуктора для повышения крутящего момента. Также данный двигатель обладает выпрямительными свойствами гладкого фрикционного контакта. Эти свойства проявляются и на звуковых частотах. Такой контакт является аналогом электрического выпрямительного диода. Поэтому ультразвуковой двигатель можно отнести к фрикционным электромоторам.

Содержание

• 1 История создания и применения
• 2 Конструкция
• 3 Принцип работы линейного пьезодвигателя, работающего на периодическом зацеплении
• 4 Принцип работы пьезодвигателя вращения, работающего на трении
• 5 Преимущества пьезодвигателей
• 6 Применение
• 7 См. также
• 8 Литература
• 9 Ссылки
• 10 Примечания

История создания и применения [ править | править код ]

В 1947 году были получены первые керамические образцы титаната бария и, уже с этого времени производство пьезоэлектрических моторов стало теоретически возможным. Но первый такой мотор появился лишь спустя 20 лет. Изучая пьезоэлектрические трансформаторы в силовых режимах, сотрудник Киевского политехнического института В. В. Лавриненко обнаружил вращение одного из них в держателе. Разобравшись в причине этого явления, он в 1964 году создаёт первый пьезоэлектрический мотор вращения, а вслед за ним и линейный мотор для привода реле [1] [2] . За первым мотором с прямым фрикционным контактом он создаёт группы нереверсивных моторов [3] с механической связью пьезоэлемента с ротором через толкатели. На этой основе он предлагает десятки конструкций нереверсивных моторов, перекрывающих диапазон скоростей от 0 до 10 000 об/мин и диапазон моментов вращения от 0 до 100 Нм. Используя два нереверсивных мотора, Лавриненко оригинально решает проблему реверса. Интегрально на валу одного мотора он устанавливает второй мотор. Проблему ресурса мотора он решает, возбуждая крутильные колебания в пьезоэлементе.

На десятилетия опережая подобные работы в стране и за рубежом, Лавриненко разработал практически все основные принципы построения пьезоэлектрических моторов, не исключив при этом возможность работы их в режиме генераторов электрической энергии.

Учитывая перспективность разработки, Лавриненко совместно с соавторами, помогавшими ему реализовать его предложения, он защищает многочисленными авторскими свидетельствами и патентами. В Киевском Политехническом институте создаётся отраслевая лаборатория пьезоэлектрических моторов под руководством Лавриненко, организуется первое в мире серийное производство пьезомоторов для видеомагнитофона «Электроника-552». В последующем, серийно производятся моторы для диапроекторов «Днепр-2», кинокамер, приводов шаровых кранов и др. В 1980 году издательство «Энергия» печатает первую книгу по пьезоэлектрическим моторам [4] , к ним появляется интерес. Начинаются активные разработки пьезомоторов в Каунасском политехническом институте под руководством проф. Рагульскиса К. М. [5] . Вишневский В. С., в прошлом аспирант Лавриненко, выезжает в Германию, где продолжает работу по внедрению линейных пьезоэлектрических моторов на фирме PHyzical Instryment. Постепенное изучение и разработка пьезоэлектрических моторов выходит за пределы СССР [6] . В Японии и Китае активно разрабатываются и внедряются волновые двигатели, в Америке — сверхминиатюрные двигатели вращения.

Конструкция [ править | править код ]

Ультразвуковой двигатель имеет значительно меньшие габариты и массу по сравнению с аналогичным по силовым характеристикам электромагнитным двигателем. Отсутствие обмоток, пропитанных склеивающими составами, делает его пригодным для использования в условиях вакуума. Ультразвуковой двигатель обладает значительным моментом самоторможения (до 50 % от величины максимального крутящего момента) при отсутствии питающего напряжения за счёт своих конструктивных особенностей. Это позволяет обеспечивать очень малые дискретные угловые перемещения (от единиц угловых секунд) без применения каких-либо специальных мер. Это свойство связано с квазинепрерывным характером работы пьезодвигателя. Действительно, пьезоэлемент, который преобразует электрические колебания в механические питается не постоянным, а переменным напряжением резонансной частоты. При подаче одного или двух импульсов можно получить очень маленькое угловое перемещение ротора. Например, некоторые образцы ультразвуковых двигателей, имеющие резонансную частоту 2 МГц и рабочую частоту вращения 0,2-6 об/сек, при подаче одиночного импульса на обкладки пьезоэлемента дадут в идеальном случае угловое перемещение ротора в 1/9.900.000-1/330.000 от величины окружности, то есть 0,13-3,9 угловых секунд. [7]

Одним из серьёзных недостатков такого двигателя является значительная чувствительность к попаданию в него твёрдых веществ (например песка). С другой стороны, пьезодвигатели могут работать в жидкой среде, например в воде или в масле.

Принцип работы линейного пьезодвигателя, работающего на периодическом зацеплении [ править | править код ]

На «гибкий» статор (тонкая биморфная пластина, чем тоньше пластина, тем больше амплитуда колебаний и тем ниже частота резонанса) «подаётся» переменное напряжение высокой частоты, которое вынуждает его производить ультразвуковые колебания, формирующие механическую бегущую волну, которая и толкает (зацепляет) расположенный рядом ротор. При движении влево толкатель — расклинивает, при движении вправо — заклинивает. На этом принципе работают все пьезоэлектрические моторы с толкателями. Увеличивая число толкателей можно создавать моторы с огромными пусковыми моментами.

Но если обычный электродвигатель можно сделать практически «на коленке», ультразвуковой двигатель с высоким КПД 80-90% без сложного оборудования создать нельзя. Всё же сделать ультразвуковой двигатель в домашних условиях возможно, но КПД не будет превышать 60%, для этого в качестве ротора можно взять шарикоподшипник и прижать к нему пьезопластину с согласованными размерами.

В традициях военной медицины

Опубликовано: 27.08.2021 21:28

В Казань с рабочим визитом прибыл министр обороны Российской Федерации Сергей Шойгу

На аэродроме «Борисоглебское» Казанского авиационного завода им. С.П.Горбунова министра обороны РФ встретил Президент Татарстана Рустам Минниханов. Об этом информирует пресс-служба главы нашей республики.

ПЕРВЫМ ДЕЛОМ – САМОЛЁТЫ

Глава российского военного ведомства проинспектировал ход выполнения гособоронзаказа Казанским авиазаводом, а также ознакомился с реализацией программы модернизации стратегической (Ту-160) и дальней авиации (Ту-22М3) и строительства новых самолётов.

В сопровождении Рустама Минниханова Сергей Шойгу осмотрел стратегический ракетоносец Ту-160 и поднялся на борт воздушного судна. Сегодня на предприятии ведутся работы по модернизации самолёта. Так, в феврале 2020 года состоялся первый полёт модернизированного Ту-160М, а в октябре этого же года – полёт ракетоносца Ту-160М с новыми двигателями. В марте 2021 года ракетоносец передан на лётно-испытательную базу ПАО «Туполев» для подготовки к следующему этапу – предварительным испытаниям.

Далее Президент Татарстана и министр обороны РФ понаблюдали за полётом глубоко модернизированного ­Ту-22М3М. Ранее стратегический бомбардировщик успешно завершил первый этап предварительных испытаний.

Затем гости посетили производственные мощности предприятия и ознакомились с ходом работ по окончательной сборке Ту-160.

Также Сергей Шойгу осмотрел выставку перспективных беспилотных летательных аппаратов.

ПРЕДСТАВИЛИ ОБНОВЛЁННЫЕ ВЕРТОЛЁТЫ

Затем Президент Татарстана и министр обороны РФ осмотрели производственные цеха Казанского вертолётного завода.

Рустам Минниханов и Сергей Шойгу посетили агрегатно-сборочное производство, малярный и монтажно-сборочный цеха. В ходе осмотра производства гостям продемонстрировали модернизированную версию вертолёта ­Ми-8МТВ-5-1, стоящего на вооружении российской армии. Обновлённая машина получила наименование Ми-8МТВ-5М, она отвечает современным требованиям армейской авиации. На вертолёте выполнены работы по импортозамещению, установлено дополнительное оборудование, расширяющее функциональные возможности машины. Управляющий директор КВЗ Алексей Белых доложил о завершении опытно-конструкторских работ по усовершенствованию вертолёта. Конструкторская документация уже утверждена для серийного производства.

Ми-8МТВ-5М способен выполнять ночные полёты в группе с применением функции ночного видения, а его системы навигации и конт­роля метеообстановки интегрированы в единое информационное поле. Современный комплекс средств связи обеспечивает функцию обмена данными между всеми типами вертолётов, поставляемых Мин­обороны РФ. Вертолёты Ми-8МТВ-5-1, находящиеся в эксплуатации, могут быть доработаны до модернизированного облика Ми-8МТВ-5М.

В дальнейших планах предприятия – модернизация военно-транспортных вертолётов серии Ми-8/17. Планируется улучшить лётно-технические характеристики машины за счёт применения новой несущей системы.

Также Сергею Шойгу доложили о ходе производства одного из двух вертолётов Ми-38, ранее заказанных Минобороны РФ. Контракт на поставку воздушных судов был подписан в ходе международного военно-технического форума «Армия-2020».

Президент Татарстана и министр обороны РФ встретились с татарстанскими участниками конкурса «Кадры для цифровой промышленности. Создание законченных проектно-конструкторских решений в режиме соревнований «Кибердром». На конкурсе Татарстан представляют студенты КНИТУ-КАИ и Университета Иннополис.

ПАМЯТНЫЙ КАМЕНЬ В ОСНОВАНИИ ГОСПИТАЛЯ

Сегодня же Рустам Минниханов и Сергей Шойгу заложили памятный камень в основание военного госпиталя в Казани.

В новом лечебном учреж­дении высокотехнологичную медицинскую помощь смогут получить военнослужащие, их родные и близкие, а также гражданское население республики.

Рустам Минниханов отметил, что история военной медицины в Татарстане насчитывает сотни лет. Первый военный госпиталь был открыт в Казани по указу Петра I в 1722 году и являлся самым крупным военно-лечебным учреждением на востоке России.

«Востребованность в новом госпитале огромная. Здесь будут оказывать специализированную помощь военнослужащим нашей республики и субъектов Приволжского округа. У нас два медицинских вуза, специалисты. Мы обязуемся своевременно и с хорошим качеством выполнить поставленную задачу», – подчеркнул Президент РТ.

Сергей Шойгу поблагодарил руководство республики за активное содействие в реализации данного проекта. Он обратил внимание, что на сегодня решены все вопросы по подключению объекта к коммуникациям.

«Уверен, что в июле следующего года здесь откроют первую очередь, а к концу года госпиталь будет сдан полностью. Здесь будут применены самые современные технологии не только в строительстве, но и в области медицины. Мы уже приступили к подготовке врачей, медперсонала, чтобы здесь был самый высокий уровень, который соответствует и стандартам Минобороны, и стандартам, установленным в Татарстане», – добавил министр.

Новый госпиталь, рассчитанный на 150 мест, будет расположен в районе Оренбургского тракта рядом с РКБ. Объект оснастят лучшими медицинскими аппаратами, техникой для качественного лечения и проведения процедур любого уровня сложности. Кроме того, его интегрируют в систему МЧС Службы медицины катастроф. По проекту медучреждение состоит из трёх основных зданий, КПП и вспомогательных сооружений: пункта дезинфекции, станции медицинских газов, гаража и других.

История военной медицины в Татар­стане насчитывает сотни лет. Первый военный госпиталь был открыт в Казани по указу Петра I в 1722 году и являлся самым крупным военно-лечебным учреждением на востоке России

Напомним: прежний Казанский военный госпиталь, расположенный на пересечении улиц Карла Маркса и Ершова, был одним из старейших в России. Он вырос из основанного Петром Первым войскового лазарета 1-го Казанского пехотного полка имени князя Мещерского. Медучреждение принимало участников Отечественной войны 1812 года, в 1830-х и 1840-х гг. – больных холерой, а с 1864 года оно стало окружным госпиталем Казанского военного округа. К началу Первой мировой войны в нём насчитывалось 1160 мест, а во время Великой Отечественной войны их количество увеличилось до 2320.

В казанском военном гос­питале работали известнейшие российские врачи — хирурги Александр Вишневский и Лев Левшин, невропатолог Григорий Клячкин, терапевт Семён Зимницкий.

В 2012 году госпиталь расформировали.

В рамках рабочего визита в Казань Сергей Шойгу посетил воссозданный собор Казанской иконы Божией Матери Богородицкого монастыря, а также Казанский Кремль. Главу российского оборонного ведомства сопровождали Президент Татарстана Рустам Минниханов и Государственный Советник РТ Минтимер Шаймиев.

Гости посетили Национальную художественную галерею «Хазинэ», где осмот­рели выставку «Творчество ради жизни». Напомним, что на выставке представлены произведения Сергея Шойгу. Всего 100 работ – 83 картины и 17 декоративных изделий из дерева. Часть экспонатов в следующем году будет продана на аукционе, а вырученные средства пожертвованы на помощь тяжелобольным детям.

Затем Сергей Шойгу направился к смотровой площадке, откуда открывается вид на крупнейшие спортивные объекты Казани: стадион «Ак Барс Арена», ледовый дворец «Татнефть Арена», Дворец водных видов спорта и др.

После этого глава российского оборонного ведомства посетил Губернаторский дворец, где оставил памятную запись в книге почётных гостей.

ЦВЕТЫ К ПАМЯТНИКУ

Рустам Минниханов и Сергей Шойгу возложили также цветы к памятнику погибшим при исполнении интернационального воинского долга, призванным из Татар­стана.

Напомним: памятник воинам-интернационалистам открыт в казанском Парке Победы в июне этого года. В интернациональной миссии в Афганистане приняли участие более 11,5 тысячи уроженцев и жителей Татарстана. Из них 282 человека не вернулись обратно.