Определение структуры и параметров автономных комбинированных систем электроснабжения космических летательных аппаратов на этапе авиапроектирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Галимова, Акиля Анверовна

• Галимова, Акиля Анверовна
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Галимова, Акиля Анверовна

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ АВТОНОМНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1. Анализ современных разработок в области исследо- 11 вания автономных систем электроснабжения КЛА

1.2. Анализ перспективных типов автономной СЭС КЛА

1.3. Особенности условий работы и выбора параметров электроэнергии АСЭС КЛА

1.4. Выводы

2.СОЗДАНИЕ АГРЕГАТНОЙ БАЗЫ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ АСЭС КЛА

2.1. Автономные источники электропитания

2.2. Статические преобразователи

2.3. Коммутаторы, системы защиты, управления и контроля

2.4. Выводы

3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ЭЛЕМЕНТОВ АСЭС КЛА

3.1. Постановка задачи

3.2. Выбор и обоснование критериев оптимальности автономной СЭС КЛА

3.3. Математические модели основных элементов СЭС КЛА

3.3.1. Функциональные математические модели элементов автономной СЭС

3.3.2. Критериальные математические модели элементов автономной СЭС

3. 4. Обобщенная математическая модель АСЭС КЛА

3.5. Алгоритм расчета АСЭС КЛА

3.6. Выводы

4.РАЗРАБОТКА ПАКЕТА ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ ДЛЯ АНАЛИЗА

АВТОНОМНОЙ СЭС КЛА

4.1. Функциональное назначение и описание пакета прик- 109 ладных программ для анализа АСЭС КЛА

4.2. Подготовка исходных данных для задачи параметрической оптимизации

4.3. Решение задачи параметрической оптимизации для различных структурных схем АСЭС КЛА

4.4. Выводы - 132 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 135 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 137 ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Определение структуры и параметров автономных комбинированных систем электроснабжения космических летательных аппаратов на этапе авиапроектирования»

- 4 -ВВЕДЕНИЕ

Эффективность выполнения различных космических программ определяется в значительной мере их энергетическим обеспечением. Современные системы электроснабжения ССЭС) космических летательных аппаратов СКЛА) отличаются от СЭС других автономных объектов CAO), например, самолетов, меньшим уровнем мощности нагрузочного оборудования, значительным и возрастающим в последнее время сроком автономного функционирования (ресурсом), высокой степенью использования установленной мощности источника энергии, сложностью активного управления режимами работы источников энергии.

В последнее время наметилась тенденция повышения мощности нагрузочного оборудования КА, увеличение срока их активного функционирования, усложнения решаемых задач . Существующие СЭС КЛА на постоянном токе с использованием в качестве первичного источника СБ на определенном этапе перестает удовлетворять перспективным требованиям. Увеличение мощности достигается за счет увеличения площади освещаемой поверхности. Это приводит к усложнению систем развертывания и ориентации, увеличению массы установок. В связи с этим возникла проблема разработки СЭС повышенной мощности и длительного ресурса 5-10 лет. Проектирование таких СЭС является качественно новой задачей, требующей новой идеологии и подхода / 1,2,3 /.

В процессе разработок АСЭС можно выделить три этапа /4/':

1) этап проектирования, начинающийся с получения ТЗ от генерального заказчика и заканчивающийся выпуском нормативно-технической документации на системы, подсистемы и элементы;

2) этап изготовления;

3) этап отработки, в процессе которого осуществляется коррекция спроектированной системы с целью обеспечения соответствия этой системы техническим требованиям заказчика.

Этап проектирования также делится на несколько этапов.

Данная диссертационная работа посвящена разработке АСЭС КЛА на первом этапе проектирования. Задачей этого этапа является формирование исходных данных для разработки АСЭС. Далее производится выбор структуры СЭС на основании предварительных расчетов по некоторым показателям,опыта и интуиции разработчика, с учетом заданного алгоритма работы объекта и различных алгоритмов управления и диагностирования АСЭС. Проведенный анализ показывает /4/, что работы, проводимые на этапе начального, так называемого, аванпроектирования, в конечном итоге определяют эффективность, качество и время разработки проекта в целом. Аванпроектирование является связующим звеном "внешнего" и "внутреннего" проектирования технической системы / 5, 6, 7 /. Главная задача внешнего проектирования - конкретизация целей функционирования СЭС и предъявление требований к ее выходным характеристикам и показателям качества, обеспечивающим достижение этих целей, Задача внутреннего проектирования состоит в реализации С в виде комплекса устройств, узлов и агрегатов) основных конструктивных С проектных ) параметров системы, придающих ей требуемые качества. Этап аванпроектирования служит для увязки требований "внешнего" проектирования с технологическими параметрами и конструкторскими возможностями "внутреннего" проектирования.

Необходимо отметить, что СЭС КЛА является сложной агрегативной системой, представляющей собой функционально необходимую совокупность конечного числа агрегатов и связей между ними, обеспечивающих преобразование первичной энергии в энергию требуемого вида и качества /8/. При этом допускаются любые технически реализуемые преобразования энергии, если это оказывается целесообразным с точки зрения эффективности создаваемой системы.

С формальной точки зрения агрегат можно рассматривать как математический объект, который может быть описан с помощью функциональных пространств состояний входных и выходных сигналов и аналитичес-

кик связей критериальных показателей и параметров этого агрегата.

Решение задачи распознавания многообразия возможных организаций может быть достигнуто формальными методами например, методом композиционного проектирования на основе современной вычислительной техники, если вскрыты общие принципы организации систем рассматриваемого класса и осуществлено формализованное описание известных физических, химических эффектов, а также возможных способов их технических реализаций в форме математических моделей /8,9/. Использование такого подхода позволило бы осуществлять направленное формирование оптимальной пространственно-структурно-параметрической организации проектируемой системы по выбранным критериям с учетом влияния интегративного эффекта.

Для осуществления композиционного проектирования необходимо располагать базой данных, содержащих достаточно точные математические модели агрегатов, которые могут быть использованы для технической реализации соответствующих функциональных операций преобразования и передачи энергии,а также формальными методами оптимальной композиции агрегативных систем рассматриваемого класса. Эти методы должны обеспечивать направленное конструирование сложного функционального пространства, отображающего свойства проектируемой агрегативной системы, в соответствии с предъявленными требованиями к этой системе и принятыми критериями ее оптимальности. Такой подход применяется на этапе проектирования. При аванпроектировании точных математических моделей нет. Кроме того, осуществить сравнительный анализ всех структур, которые могут быть сформированы из всего многообразия элементов космической энергетики, практически не представляется возможным, так как число принципиально возможных конкурирующих структур, исходя из элементарных соотношений комбинаторики, является показательной функцией числа элементов, из которых формируются структуры.

Исходя из вышеизложенного, следует отметить, что на этапе аван-

проекта выбор наилучшего варианта структуры С или ее подсистемы) из множества принципиально возможных целесообразно осуществлять на основании сравнительного анализа ограниченного числа эвристически установленных вариантов ее построения /5/, а решение системных и параметрических задач базировать на упрощенных математических моделях основных силовых элементов АСЭС КЛА, выражающих зависимости в соответствии с поставленной задачей.

В системную задачу входит синтез и анализ структур, а также принятие решения по рациональности использования вариантов СЭС /10/. Под синтезом здесь следует понимать процесс проектирования, заключающийся в выработке одного или нескольких вариантов решения. Полученные в виде математической модели решения анализируются и по результатам анализа либо фиксируется окончательная альтернатива, либо продолжается процесс синтеза и генерации новых структур. Среди системных задач в первую очередь следует выделить выбор конечного множества вариантов структур, обеспечивающих наилучшее использование энергии источников при минимуме массы и минимальное собственное потребление.

Круг параметрических задач аналогичен существующим в СЭС всех автономных объектов. Поэтому при решении целесообразно использовать опыт, методы и средства, разработанные для оптимизации авиационных СЭС / 11,8,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26, 27,28,29,30,31,32,33,34,35 /.

К параметрическим задачам относятся следующие: выбор уровня номинального напряжения СЭС КЛА,рода тока и частоты сети, уровня стабильности выходного напряжения, оптимизация массо-энергетических показателей электронной аппаратуры регулирования и преобразования электроэнергии,обеспечивающей наилучшие показатели системы в целом.

В работах, посвященных параметрической оптимизации исследовано влияние основных параметров элементов на массу автономной СЭС, таких как напряжение сети, мощность, КПД, сечение проводов. Известно,

что существенное влияние на массу автономной СЭС в целом и массу основных элементов оказывает повышенное значение частоты переменного тока. Повышение частоты для АСЭС КЛА стало возможным благодаря перспективным разработкам в области элементной базы - электромеханических генераторов переменного тока, термоэмиссионных генераторов, термоэлектрических генераторов, трансформаторов, инверторов, выпрямителей.

Для авиационных СЭС принято и обосновано значение частоты переменного тока 400 Гц. Для перспективных АСЭС КЛА влияние частоты на массу элементов и системы в целом не исследовано. Поэтому на этапе аванпроектирования основной задачей является исследование влияния повышенной частоты на параметры отдельных силовых элементов и всей системы в соответствии с критериями оптимальности. По результатам решения параметрической задачи формируется техническое задание на разработку и проектирование основных силовых элементов АСЭС КЛА комбинированного типа и всей системы в целом.

В соответствии с вышеизложенным, в данной диссертационной работе ставятся следующие задачи:

1. Анализ современного состояния разработок в области исследования автономных СЭС КЛА.

2. Обзор и сравнительный анализ перспективных видов элементов СЭС КЛА, удовлетворяющих современным требованиям к таким системам для создания агрегатной базы.

3. Разработка математических моделей отдельных элементов автономной СЭС КЛА, удовлетворяющих критериям оптимальности и позволяющих исследовать влияние частоты на массу элементов.

4. Создание обобщенной математической модели автономной СЭС КЛА, разработка алгоритма и программы расчета, позволяющих решать задачу выбора структуры и определения параметров перспективных типов автономных комбинированных СЭС КЛА.

5. Исследование перспективных вариантов автономных СЭС КЛА раз-

личной структуры с различными параметрами .

При решении поставленных задач автором были получены следующие результаты:

1. Произведен анализ современных и перспективных разработок в области исследования автономных СЭС и определены наиболее перспективные.

2. Произведен сравнительный анализ различных типов современных и перспективных элементов СЭС и даны рекомендации по использованию элементов, наиболее удовлетворяющих предъявленным требованиям: по массо-габаритным показателям, по технологическим параметрам, по уровню надежности.

3. Получены критериальные и функциональные математические модели основных элементов перспективных СЭС - трансформаторно-выпрями-телъного блока, трансформаторно-инверторного блока,электромеханических генераторов, распределительной сети.

4. Создана обобщенная математическая модель автономной СЭС КЛА, разработан алгоритм и реализована программа, позволяющая решать задачи выбора структуры и определения параметров перспективных типов АСЭС КЛА.

На защиту выносятся:

1. Математические модели отдельных элементов АСЭС КЛА перспективных типов, позволяющие исследовать влияние частоты переменного тока на массу этих элементов.

2. Математическая модель для расчета АСЭС КЛА, разработанная с учетом перспективных элементов - трансформаторно-выпрямительного блока, трансформаторно-инверторного блока, электромеханического генератора, распределительной сети - позволяющая решать задачи выбора структуры и определения параметров АСЭС КЛА комбинированного типа.

3. Алгоритм расчета и программа расчета, отличающиеся от существующих, в которых конфигурация и параметры режима заданы, тем, что

по заданной конфигурации и параметрам нагрузки позволяют решать комплекс задач для выбора структуры и определения параметров перспективных АСЭС КЛА комбинированного типа.

4. Результаты расчета задач по выбору рациональной частоты переменного тока для АСЭС КЛА различной конфигурации и параметров.

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Всесоюзной научно-технической конференции "Современные проблемы электромеханики'^ 1989г. на научно-технической конференции "XX Гагаринские чтения'^ 1994г.), на Всероссийской молодежной научно-технической конференции "Проблемы энергомашиностроения" С1996 г.).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Рюстырев М. Л., Щетинин В. Г., Дружков А. А., Галимова А. А., Розен-талъ А.К. Асинхронная машина в автономных системах электроснабжения // Всесоюзная конференция " Современные проблемы электромеханики". Тез. докл. - М.: 1989.

2. Костырев М.Л., Галимова А.А. Автоматизированный расчет системы электроснабжения // Научно-техническая конференция "XX Гагаринские чтения". Тез. докл. - М.: 1994.

3. Костырев М.Л.,Мотовилов Н. В., Галимова A.A., Борисов С. Ю., Михеев В.И. Автоматизированный расчет системы электроснабжения // "Электротехника", 1994, N 8, с.44-47.

4.Костырев М.Л., Галимова А. А. Параметрическая оптимизация автономных систем электроснабжения // Всероссийская молодежная научно-техническая конференция "Проблемы энергомашиностроения". Тез. докл. - Уфа : 1996.

Данная диссертационная работа выполнялась по заданию организации Минобщемаша в соответствии с планом НИР по теме "Разработка и исследование электромеханической системы преобразования энергии и системы электропитания автономного объекта". Основные положения диссертации вошли в отчеты- о НИР по данной тематике и опубликованы в печати.

1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ АВТОНОМНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ.

1.1. Анализ современных разработок в области исследования автономных систем электроснабжения.

При проектировании оптимальной СЭС должны быть решены системные и параметрические задачи. Этот круг задач аналогичен существующим во всех автономных объектах. Наиболее близкими являются авиационные СЭС, поэтому при решении целесообразно использовать опыт, методы и средства, разработанные для оптимизации авиационных СЭС /10/.Но при этом необходимо учитывать отличия, основное из которых заключается в следующем. Если в авиационных СЭС выбор рациональной структуры и параметров базируется на существующей стандартной агрегатной базе, включающей в себя генераторы, преобразователи и другие элементы с заданными значениями номинальных параметров, то в СЭС КЛА решение этой задачи базируется на существующих и перспективных разработках в области элементной базы и номинальные параметры этих элементов являются предметом исследования и формируются в соответствии с требованиями нагрузки.

В настоящее время опубликовано много работ области решения задач пространственно-структурно-параметрической оптимизации.

Глубокие исследования в области структурного синтеза представлены в работах И.А.Лазарева, Д. А. Аветисяна, В. Т. Морозовского, В. И. Кри-венцева, В. С. Терещука, И.М.Синдеева, Д. А. Бута, А.Б.Токарева / 8,14, 15,9,20,36,29,13,21,30, 31, 33, 34, 35 /. В них сформулированы различные подходы к решению задачи структурного синтеза, определены их преимущества и недостатки.Отмечено, что применение традиционных методов декомпозиционного проектирования уже не соответствует в полной мере новому содержанию решаемых задач. Поэтому требуется создание новой технологии.Генеральным направлением в создании новой технологии проектирования является разработка систем автоматизирован-

ного проектирования с использованием средств искуственного интеллекта. Проведенные исследования показали,что глобального оптимального проектного решения можно достичь в результате сопоставительного анализа параметрически скоординированных вариантов структурно-параметрической организации разрабатываемой системы во всем возможном их многообразии. Это может обеспечено при использовании методов оптимальной композиции, основанных на применении формальных приемов генерирования проектных решений.

В основу методов композиционного проектирования положены принципы комбинаторики. Очевидно, что композиционное проектирование целесообразно использовать в разработке сложных систем, в структурной организации которых присутствует явно выраженный комбинаторный аспект. В наибольшей степени это характерно для агрегативных систем / 8,37 /.

Сложные агрегативные системы создаются на основе располагаемой агрегатной базы, в состав которой наряду с серийно выпускаемыми устройствами включаются агрегаты , которые могут быть созданы в заданные сроки на основе завершенных исследований и разработок. Таким образом, развитие агрегатной базы предшествует разработке новых агрегативных систем. Отсюда появляется возможность выполнения композиционного проектирования. Агрегатная база перспективных автономных СЭС комбинированного типа для КЛА должна содержать в себе существующие и перспективные разработки источников и преобразователей электроэнергии и их автоматических регуляторов, распределительной сети и ее элементов, аппаратуры защиты и управления.

Современные и перспективные разработки источников электроэнергии для авиационных СЭС нашли отражение в работах А. И. Бертинова, Д. А. Бута, С. Р. Мизюрина, Б. Л. Алиевского / 7,38,39,40,41 /'. Определены преимущества бесконтактных электрических машин и целесообразность их применения в комбинированных АСЭС КЛА.

Для осуществления композиционного проектирования необходимо рас-

полагать базой знаний, содержащей математические модели агрегатов, которые могут быть использованы для технической реализации соответствующих функциональных операций преобразования и передачи энергии.

Математические модели элементов АСЭС КЛА целесообразно разрабатывать на базе известных моделей для авиационных СЭС /'42,43,12, 11, 44,45/ с учетом особенностей, изложенных в /9,2,10,43,45,41,46/ и в разделе 3.3. При моделировании авиационных СЭС выбор рациональной структуры и параметров системы невозможен без анализа работы СЭС в статических и динамических режимах, в то время как в СЭС КЛА, в которых в качестве первичного источника энергии используется ядерный реактор, динамика системы определяется тепловыми процессами /46/ . При этом электрические процессы на этапе начального проектирования можно описать статическими моделями, так как они практически без-инерционны.

Математические модели системы передачи и распределения электроэнергии необходимо базировать на разработках и исследованиях, изложенных в работах И. А. Лазарева, В. С. Терещука, А. А. Цоя, В. 1/1. Кривенце-ва / 22,23,24,25,26, 27, 29, 34, 47, 48, 49 /', так как структура распределительных сетей авиационных СЭС и СЭС КЛА имеет особенности, такие как разветвленность сетей, многорежимностъ работы, разнообразие потребителей по уровню напряжения, роду тока. При этом необходимо учитывать и отличия, вытекающие из постановки задачи, а именно влияние повышенной частоты сети переменного тока на выбор сечения провода (учет поверхностного эффекта).

При установке на борту различных систем электрооборудования вводятся новые элементы защиты, управления, блокировок и др.Эти элементы компонуются в конструктивные узлы,а затем размещаются на борту. Таким образом, одной из основных задач проектирования объекта -является задача компоновки и размещения конструктивных узлов систем бортового комплекса электрооборудования. Подходы и методы реше-

ния этой задачи изложены в работах В.С.Терещука , Н.Ш.Шакирзяновой, В. П. Горячкина /16,17,18,19,21,23/.

Анализ работ в области исследования СЗС КЛА, в частности, работ А. А. Куландина, С. В. Тимашева, А. Б. Токарева, Ф. Ф. Галтеева, И. Н. Орлова позволил выявить основные отличия СЭС КА, определить требования к таким системам.СЭС КА в отличии от других, например, самолетов, характеризуются меньшим уровнем мощности нагрузочного оборудования (10 - 100 кВт), значительным сроком автономного функционирования С5 - 10 лет), сложностью и неоднородностью элементной базы, соизмеримостью мощности источника электроэнергии с суммарной мощностью нагрузки, наличием кратковременных пиковых нагрузок, особыми условиями эксплуатации /50,10,51,52,53,36,5/.

1.2. Анализ перспективных типов автономной СЭС КЛА.

В настоящее время считаются перспективными три вида энергосиловых установок для КЛА : солнечные на основе СБ, ядерные с электромеханическими или термоэмиссионными преобразователямиСТЭГОи солнечные с турбогенераторной системой производства электроэнергии / 54, 55,56,57 /.

Энергосиловая установка СЭСУ) состоит из следующих самостоятельных блоков С рис.1.1 ): 1 - энергетическая установка, преобразующая первичную энергию в электроэнергию; 2 - электрореактивная двигательная установка, обеспечивающая как необходимое перемещение КЛА (или автономной энергосистемы), так и ориентацию и стабилизацию ее в космическом пространстве; 3 - система преобразования параметров и распределения электроэнергии по потребителям: 4 - система управления работой блоков 1, 2 и 3: 5 - кабельная сеть, подводящая электроэнергию к потребителям, а также соответствующие защитные устройства.

Прежде чем перейти к анализу автономных СЭС следует отметить,

Схема бортовой ЭСУ КЛА

Рис. 1.1.

что с современной точки зрения околоземным космическим пространством считаются высоты до геосинхронной орбиты включительно. Полеты в этой области являются высокоэнергетическими, а в их осуществлении главную массу КЛА составляют энергосиловые установки и топливо для их работы. По этой причине можно пространство до геостационарной орбиты разделить на следующие три зоны : зона выведения -это круговые орбиты 200-500 км; зона опорных орбит - круговые орбиты высотой «2300 км, эти орбиты являются солнечносинхронными, поскольку они всегда освещены Солнцем; зона геостационарных круговых орбит - высота «36000 км Са=0*). На экваториальной геостационарной орбите тень от Земли появляется лишь в периоды равноденствий.

Существует множество проектных концепций ЭСУ, т.е. существует область возможных решений. В процессе разработки проектной концепции и при эскизном проектировании не всегда можно провести их анализ по полному комплексу критериев. Но во всех случаях необходимо проводить анализ по критериям основных параметров, по пунктам ТЗ, по критерию технологической готовности и по экономическим характеристикам.

Проектная концепция ступени КЛА с солнечной ЭСУ с СБ предназначенной для полетов к космическим телам представляет особый интерес, поскольку этот проект обосновывает принципиальную возможность использования солнечной электрореактивной двигательной установки для исследовательских полетов автоматических станций в глубины Солнечной системы с длительностью действия до 11 лет. Солнечная ЭСУ обеспечивает КЛА энергией, тягой и ориентацией. Основные характеристики солнечных батарей американских образцов приведены в таблице 1.1. Как правило, СБ с высокой удельной мощностью и малой удельной массой обладают относительно небольшим ресурсом при прочих равных условиях, они наиболее отработаны промышленностью / 58 /. Однако, при увеличении установленной мощности и ресурса, что характерно для перспективных типов КЛА.

Таблица N1.1

Разработчик Мощность кВт Масса кг Площадь фотоэлементов м* Удельная мощность при 75-С Вт/м* ф. э Удельная масса кг/м1 Удельная мощность кг/Вт

General Electric 2. 50 37.84 23.2 108 1.7 0.015

MacDonnel 16.54 1265 180.4 91.7 7.0 0.076

Boeing 45.00 974 426.0 - 2.28 0.022

Lokhid 100.00 4000 930.0 107 4.3 0.04

Возможности ЯЭУ с ТЭП как источника электропитания значительной мощности, независимого от Солнца и с длительным ресурсом, привлекают разработчиков как самих ЭУ, так и КЛА с начала 1960-х годов. Однако, к началу 1980-х годов на ЯЭУ с ТЭП, встроенными в активную зону реактора киловатных мощностей, достигнуты КПД 6...7% при ресурсе до года /54/. С середины 1970 г. для ЯЭУ предложены высокотемпературные тепловые трубы СВТТ). Применение ВТТ позволяет вынести ТЭП из активной зоны реактора, увеличить ресурс (возможно вплоть до 10 лет), повысить надежность всей ЯЭУ, упростить создание и несколько повысить КПД. В США разработан ряд проектов таких ЯЭУ. КЛА с ЯЭУ 100...400 кВт по проектам способны обеспечить, в частности, исследовательские полеты к различным космическим телам Солнечной системы, вплоть до самых отдаленных планет со временем перелета до 10 лет. Сами ЯЭУ могут применяться как источники независимого электропитания для долговременных космических лабораторий и специальных ИСЗ. В проектах получена удельная масса ЯЭСУ 40. ..25 кг/'(кВт*эл). Для примера рассмотрим ЯЭСУ с ТЭП мощностью 400 кВт. Эта ЯСЭУ входит в состав КЛА с собственной массой 9400 кг. Для проектирования ЯЭСУ мощностью 400 кВт принята удельная масса до 25 кг/кВт, в том числе ЭРДУ 5 кг/кВт. Приняты следующие общие требования : срок службы 70000 ч., включая 30000 ч. на режиме полной мощности для питания двигателей; удельная масса - 25 кг/кВт; высокая надежность обеспечивается резервированием. Примером термоэмиссионного реактора-преобразователя может служить созданная и испытанная в СССР установка "Топаз" мощностью 10 кВт.

ТЭП, вынесенные из активной зоны реактора и установленные на тепловых трубах, могут в принципе обеспечить заданный ресурс и высокую степень надежности. Они допускают блочную (модульную) компоновку.

Турбогенераторная система производства электроэнергии принципиально является высокознергетичной. Она позволяет при компактном

исполнении энергоустановок получать электроэнергию при высоком полном КПД. В космических ЭУ такого типа для длительной работы в космосе применяются замкнутые газовый или паровой циклы при использовании солнечной или ядерной энергии. В ряде разработок получены высокие результаты. Например, радиоизотопная космическая ЭУ Фирмы "А1геБеагсЬ" (США) электрической мощностью 2...15 кВт, работающая по газовому замкнутому циклу на гелий-ксеноновой смеси, достигает ресурса 50000 ч при КПД 30%.

Дальнейшее развитие космической энергетики будет происходить, как в направлении совершенствования уже существующих и разрабатываемых энергетических установок, так и создании принципиально новых устройств для генерирования электроэнергии /59/. Оба этих направления теснейшим образом связаны с перспективами развития космических средств различного направления и условиями решения поставленных перед нами задач.

Существует и обратная зависимость : резкое повышение эффективности и возможностей космической энергетики позволит не только коренным образом повысить качество решаемых в космосе задач и существенно расширить их круг, но и открывает новые пути использования космического пространства в различных целях .

1.3. Особенности условий работы и выбора параметров электроэнергии АСЗС' КЛА.

Выполнение любых задач в космосе с помощью СКА) различного целевого назначения всегда связано с разного рода энергетическими затратами. Так, для обеспечения работы бортового оборудования и аппаратуры необходимо генерировать электрическую мощность с заданными для отдельных потребителей параметрами тока по определенной временной программе.

По мере совершенствования космических объектов различного назна-

чения и усложнения решаемых ими задач все виды энергетических затрат возрастают.

Общая тенденция развития требований к электрическим установкам КА характеризуются повышением значений потребных электрических мощностей и продолжительности их обеспечения.

Основные типы космических объектов на современном этапе можно классифицировать по следующим признакам :

1. Автоматические спутники-станции прикладного назначения: связи, телепередач, метеорологических прогнозов, навигации, исследования земной поверхности и океанов.

2. Научные автоматические космические станции для изучения планет солнечной системы, действующие в том числе на поверхности этих планет, а в дальнейшем и за пределами солнечной системы.

3. Пилотируемые многоместные и многоцелевые космические станции с длительным периодом пассивного и активного функционирования.

4. Транспортно-возвращаемые космические корабли челночного типа с целью периодической смены экипажа и грузов на орбитальных длительно существующих космических станциях.

Для перечисленных выше типов КА могут использоваться соответственно различные типы энергетических установок, отличающие друг от друга видом первичного источника энергии и преобразователя ее в другие виды. Данная диссертация посвящена СЭС КЛА первой группы. Выбор параметров элементов и параметров режима работы зависит от требований,предъявляемых потребителями,а также условиями эксплуатации СЭС.Учитывая многообразие потребителей по уровню напряжения, роду тока в СЭС КЛА могут быть потребители постоянного тока напряжением 28,5 и 200 В и потребители переменного тока напряжением 110 В.

Условия эксплуатации АСЭС КЛА существенно отличаются от условий эксплуатации промышленного оборудования /9,11/.

Во-первых, для них характерны широкие пределы изменения окружающей температуры Сот -50*С'до 500*С и более), давления, плотности,

влажности, и состава окружающей среды, что приводит к ликвидации естественной "смазки"в трущихся контактах и снижению электрической прочности воздуха, повышенному искрению и дугообразованию, возникновению разрядов в газах. Негативное действие на электрооборудование может оказывать озон, а также различные химически активные среды, используемые в АСЭС С окислители, топливо, пары щелочных металлов и др.).

Во-вторых, оборудование АСЭС испытывает повышенные динамические и вибрационные нагрузки, кратность которых по отношению к силе тяжести может быть более 100, причем оборудование может занимать произвольное положение в пространстве и работать при отсутствии силы тяжести.

В-третьих, из-за компактного размещения разнородного оборудования возникает специфическая проблема электромагнитной совместимости устройств АСЭС.

В-четвертых, для АСЭС в ряде случаев должна предусматриваться работа при повышенных дозах ионизирующего излучения, как естественного, так и искусственного (например, при излучении более Ю^р нарушается работа полупроводников и смазки в подшипниках, а также трущихся контактов) /9,60/.

В последнее время наметилась тенденция повышения мощности нагрузочного оборудования оборудования КА, увеличение срока их активного функционирования, усложнения решаемых задач. В связи с этим возникла проблема разработки СЭС повышенной мощности и длительного ресурса. Поэтому разработка и проектирование перспективных АСЭС КЛА представляет собой качественно новую задачу /2/.

Целесообразность применения того или иного класса бортовой энергетики в зависимости от заданной программы изменения потребной электрической мощности, определяющей тот или иной маневр Р1А, определятся совокупностью отдельных критериев.К их числу относятся массо-габаритные показатели, срок службы, показатели надежности.

Увеличение мощности и ресурса СЭС при традиционном подходе приводит к увеличению массы ее элементов, в частности, первичных и буферных источников, электронной аппаратуры, электрической сети. Как показывает практика, масса СЭС возрастает примерно пропорционально первой степени увеличения среднесуточной мощности нагрузки, по некоторым данным приращение массы КА ш = к Р , к = 1,2-1,5 /2/.

Выбор параметров электроэнергии АСЭС, таких как род тока, номинальное значение напряжения и частоты, числа фаз и проводов, должен учитывать требования со стороны потребителей, особенности реализуемых для заданных условий источников энергии и структур АСЭС, технику безопасности, оптимизацию режимов работы элементов и системы в целом.

При выборе рода тока необходимо учитывать следующие факторы.Системы переменного тока имеют компактные электрические машины, преобразователи и коммутаторы. Их недостатки - увеличенные токи и сечения проводов при заданной активной мощности С из-за сое*<1 ),дополнительные падения напряжения на реактивных .сопротивлениях,сложность параллельной работы генераторов.

Выбор номинального напряжения 11н определяется рядом факторов. Низкие 11н приводят к большим токам (при фиксированной мощности) и потерям, сопровождаются трудностями регулирования и стабилизации параметров. Реализация высоких Цн сопряжена с проблемами изоляции проводников, техники безопасности, электрических разрядов и коммутации токов. Обычно для магистральных каналов АСЭС значения ин находятся в пределах от нескольких десятков вольт до сотен вольт. Для постоянного тока типичные значения 1^24-30 В, для переменного тока ин~200/115 В С линейное/фазное). Значение ин сильно влияет на массу распределительных сетей и относительно слабо - на массу электрических машин и трансформаторов. Рост 11н в сети снижает рабочие токи и массу проводов, но в машинах он приводит лишь к увеличению числа витков обмоток при сохранении объема проводников. Действи-

тельно, рабочие ЗДС и ток в машине С трансформаторе)

Е = 4, 44иГВтРст, 1=^5пр, С 1.1)

где ы - число витков обмотки, Г - частота, Вт - амплитуда индукции, Рст - сечение магнитопровода, 3 - плотностъ тока, 5пр - сечение провода.

Поскольку активное сечение обмотки Бобм =• иБпр, то расчетная мощность:

Б = шЕ1 =4?44ГзВшРстБобм С 1.2)

не зависит от ы и соответственно от 1!н, если объем изоляции сохраняется. При 11н > 1 кВ последний заметно возрастает.

В настоящее время активно исследуются системы постоянного тока повышенного напряжения С11н«270 В). Проведенные исследования состояния элементной базы СЭС постоянного тока показали реальную перспективу повышения напряжения АСЭС КЛА до 200 В /' 61/. Системы постоянного тока повышенного напряжения имеют относительно малое сечение проводов и их число, уменьшенные относительные падения напряжения в сечениях, невысокий уровень помех.

Анализируя современное состояние источников электроэнергии, необходимо отметить, что повышение уровня номинального напряжения СЭС постоянного тока связано с решением ряда вопросов, таких как создание СБ и АБ повышенного напряжения (100 - 300 В) и защиты групп параллельно соединенных элементов СБ от обратного напряжения. Как показывают исследования, с ростом напряжения существенно уменьшается масса и увеличивается КПД различных преобразователей, снижается масса электрической сети, улучшаются удельные показатели /2 /. Но увеличение напряжения ухудшает показатели надежности АБ, недостаточен опыт проектирования высоковольтных СБ и АБ. Повышение напряжения обуславливает также необходимость разработки но-

вых типов централизованных регуляторов и преобразователей напряжения, создание бесконтактных коммутационных устройств, широкого внедрения электроприводов повышенного напряжения /50/.Главная сложность при реализации систем повышенного напряжения постоянного тока - сложность обеспечения надежной работы полупроводниковых коммутаторов /12/. Освоение рядом зарубежных фирм биполярных транзисторов с изолированным входом типа 16ВТ с максимально допустимыми токами 1200 А создают реальную основу для решения этих проблем /1/, построению СЭС с уровнем напряжения 120 - 270 В и перевода электрооборудования автономного объекта на повышенное напряжение /50,62/.

Выбор частоты тока связан тем, что при заданных размерах преобразователя СРст, Бобм) имеем Р « кГ. Поэтому в современных бортовых системах обычно ^400^-3000 Гц. При больших Г заметно возрастают потери в стальных сердечниках, падения напряжения на реактивных сопротивлениях, активные сопротивления из-за поверхностного эффекта в проводах.

Для АСЭС, в которых значительная роль отводится полупроводниковым преобразователям, разрабатывается оборудование на частоту 16*20 кГц /63,64,65/. При таких частотах трансформаторы с мощностями от 2 до 25 кВт имеют удельную массу ш*=0.1*0.13 кг/кВт.

Число фаз в системах переменного тока АСЭС обычно равно ш=3, хотя в преобразовательных блоках могут использоваться как одно - так и многофазные системы. Трехфазная система обладает высокой симметрией и позволяет создавать вращающееся магнитное поле, необходимое для машин, при минимальном числе проводников.

Системы постоянного тока выполняются двух - или однопроводными с использованием корпуса КЛА для замыкания тока. Хотя в последнем случае уменьшается расход материала, надежность однопроводных систем относительно низкая. Трехфазные системы выполняются трех - или четырехпроводными (с учетом нулевого провода). Для обеспечения требуемой надежности АСЭС число проводов может дублироваться.

Перспективным является применение в качестве материала сердечника аморфных магнитных сплавов САМС) /66/. Эти сплавы обычно состоят из металлической основы, содержащей 75-80% железа, кобальта и никеля, а также 20-25% металлоидов С В, С, Р) в различных сочетаниях друг с другом. Например сплавы на основе железа С УСР и ДУЖСР) имеют в 3-10 раз более низкие удельные потери, чем электротехнические стали. Железно-никелевые AMC СН25-А,IОНСР) по значению индукции насыщения сравнимы с пермаллоями и превосходят ферриты, а на высоких частотах имеют в 1.5-2 раза меньшие потери, чем последние. Использование этих AMC в трансформаторах и других электромагнитных устройствах, работающих на повышенных частотах, позволяет существенно повысить параметры этих устройств.

Ограничения по частоте, обусловленные допустимой частотой вращения электрических машин, которая в современных АСЗС составляет n~i ю- 24)х103 об/мин , могут быть устранены при применении в качестве опор ЭМ газодинамических подшипников. При этом частота вращения в ЭМ достигает 60000 об/мин.

Таким образом, в отличие от сложившихся автономных СЭС, в СЭС перспективных КЛА оптимальные значения номинальных напряжения и частоты с учетом достижений в области новой элементной базы подлежат исследованию.

В соответствии с вышеизложенным проблема исследования перспективных типов автономных комбинированных СЭС КЛА представляет собой комплекс системных и параметрических задач и включает в себя следующие вопросы:

1. Анализ современного состояния разработок в области исследования автономных СЭС КЛА.

2. Обзор и сравнительный анализ перспективных видов элементов СЭС КЛА, удовлетворяющих современным требованиям к таким системам для создания агрегатной базы.

3. Разработка математических моделей отдельных элементов авто-

номной СЭС КЛА, удовлетворяющих критериям оптимальности и позволяющих исследовать влияние частоты на массу элементов.

4. Создание обобщенной математической модели автономной СЭС КЛА, разработка алгоритма и программы расчета, позволяющих решать задачу выбора структуры и определения параметров перспективных типов автономных комбинированных СЭС КЛА.

5. Исследование перспективных вариантов автономных СЭС КЛА различной структуры с различными параметрами (в соответствии с планом НИР организации Минобщемаша) и обоснование рекомендаций по выбору структуры и параметров АСЭС КЛА комбинированного типа.

1.4 Выводы к главе 1.

1. Выбор оптимальных параметров электроэнергии представляет собой сложную задачу, решение которой зависит от множества факторов. В отличие от существующих СЭС, где параметры режима определены действующими стандартами С например, авиационные СЭС), для перспективных СЭС КЛА значения оптимальных параметров режима (напряжения, рода тока и частоты сети) подлежат исследованию с учетом постоянно развивающейся современной элементной базы.

2. Существующие СЭС постоянного тока с Uh= 27 В не удовлетворяют перспективным требованиям по мощности, качеству электроэнергии, массо-габаритным показателям.

3. Наиболее перспективными являются СЭС комбинированного типа с напряжением источника питания порядка 200 В переменного тока и рядом потребителей постоянного тока.

2. СОЗДАНИЕ АГРЕГАТНОЙ БАЗЫ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ АСЭС КЛА.

Сложные агрегативные системы создаются на основе располагаемой агрегатной базы,в состав которой наряду с серийно выпускаемыми устройствами включаются агрегаты, которые могут быть созданы в заданные сроки на основе завершенных разработок и исследований /37/.

Таким образом, при решении системных и параметрических задач для исследования перспективных СЭС КЛА необходимо располагать данными о новейших разработках в области генерирования, преобразования и распределения электроэнергии. Для СЭС КЛА комбинированного типа основные элементы - это источники электроэнергии, преобразователи переменного тока в постоянный и наоборот, аппаратура коммутации,регулирования и управления.

2.1. Автономные источники питания.

В качестве первичного источника энергии в настоящее время широко используются солнечные батареи. Но учитывая требования к перспективным СЭС КЛА, в частности, обеспечение достаточно большой мощности, необходимо отметить, что мощность СЭС с СБ сравнительно невелика. Увеличение мощности возможно в основном за счет увеличения освещаемой поверхности, а это приводит к резкому увеличению массы установок /46/.

Один из перспективных источников космической энергоустановки -ядерный реактор. Сравнение различных энергетических источников между собой показывает, что, начиная с мощности порядка 4-5 кВт, ядерные реакторы имеют неоспоримые преимущества перед всеми остальными источниками. Анализ отечественных и зарубежных работ в области исследования источников электроэнергии показывает, что в настоящее время накоплен большой опыт разработки и строительства высоконадежных ядерных электроэнергетических установок СЯЭЭУ)/46,55,56,57/.

Научно-исследовательские космические полеты продолжительностью до 534 суток обеспечивает создание ЯЗЭУ EARLY TRACK с использованием циклов Ренкина или Брайтона мощностью 2,4 МВт. Отмечено, что силовые ЯЭЭУ имеют наименьшие стоимость и массу для обеспечения работ на околоземных орбитах /56 /. Исследования различных вариантов межпланетных полетов показали преимущества применения ЯЭЭУ . При этом гарантируется продолжительность полетов в течении 7 и 10 лет при максимальном сроке службы 10 и 14 лет соответственно . Общая мощность таких ЯЭЭУ от 50 до 100 кВТ /57/.

В АСЭС, в том числе и электромеханических, используются два источника электроэнергии : первичный, осуществляющий преобразование энергии различных видов в электрическую и буферный, работающий в режиме накопителя при малой выходной мощности и в режиме дополнительного источника при пиковых нагрузках. Наиболее целесообразно в качестве буферного источника использовать аккумуляторную батарею /67,68/.

Исследования показали,. что одними из перспективных типов являются ядерные энергоустановки на основе газотурбинных преобразователей, работающих по циклу Брайтона /69, 70/. Использование газовых рабочих тел в контуре энергоустановки СЭУ) имеет ряд эксплуатационных, технологических и экономических преимуществ. Основными достоинствами замкнутой газотурбинной установки СЗГТЭУ) являются высокая удельная мощность (в отличии от поршневых по циклу Стирлинга) и высокие КПД и надежность (в отличии о паротурбинных по циклу Ренкина). Это обусловлено наличием в контуре энергообразования рабочего тела в виде смешанных инертных газов (Не, Хе), обладающих превосходной совместимостью с конструкционными металлами.

Благодаря применению газовых подшипников в таких установках практически снимаются ресурсные ограничения и поэтому срок службы может достигать 10 лет.

В случае использования в качестве источника тепла ядерных реак-

торов (ЯЭУ) наибольшее значение имеет вопрос обеспечения минимальных размеров холодильника-излучателя, что при заданной мощности соответствует примерно минимальной массе установки в целом. По этой причине газотурбинные ЯЭУ сравнительно небольшой мощности целесообразно выполнить по простейшей схеме (рис. 2.1).

Снижение массы ЭУ возможно также при выборе оптимального типа рабочего тела. Наибольшей теплопроводностью обладает смесь Не-Хе для мощностей:

до 25 кВт - с относительной молекулярной массой 83.8: более 25 кВт - с относительной молекулярной массой 39.9. Выбор рабочего тела с высокой теплопроводностью ведет к снижению массы теплообменников.

Удельные показатели массы ЗГТЭУ уменьшаются с ростом мощности установки, например, для установки с N3=25 кВт т*«257 кг/кВт, а для установки с N3=1000 кВт т*«4.5 кг/кВт /69/.

Наиболее известный способ преобразования тепловой энергии в электрическую - электромашинный. Характерным примером космической энергоустановки, использующей такой способ преобразования энергии, является установка SNAP - 8 /46/. Преобразование тепловой энергии в электрическую возможно также с помощью магнитодинамического преобразователя СМГД-генератора). Для достижения максимального КПД наиболее перспективна комбинированная схема, в которой МГД-генератор используется в первой степени энергоустановки, а в низкотемпературной области цикла используется ЭМГ.

Примером термозмиссионного реактора может служить созданная и испытанная в СССР установка "Топаз". Мощность, создаваемая реактором-преобразователем, 10 кВт.

В качестве преобразователя энергии первичного источника в электрическую перспективным является применение электромеханического генератора (ЭМГ) /9,38,67,68,71,72 /.

Структурная схема автономных электромашинных источников питания

СХЕМА ЗАМКНУТОЙ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ

К - компрессор; Т - турбина; Г - генератор; ТОТ - теплообменник отвода тепла; ТИТ - теплообменник источника тепла; Р - рекуператор.

К.

т

г

тот

ТИТ

Оотв

<

V

Рис. 2.1.

приведена на рис. 2. 2 /73/.

В системах электроснабжения КЛА в качестве первичных находят применение солнечные, химические и ядерные источники энергии. В зависимости от рода первичного источника энергии электромеханические источники могут приводиться во вращение электрическими двигателями С постоянного и переменного тока); газовыми турбинами: высокоскоростными турбинами, работавшими от различного типа аккумуляторов давления /73/.

Для выбора электрического генератора КЛА необходимо учитывать различные факторы, исходящие из условий эксплуатации, которые резко отличаются от условий работы электрического генератора СЭГ) общего применения. В табл.2.1 приведены сравнительные характеристики основных условий работы ЭГ КЛА и авиационных ЭГ /42/.

На современном этапе развития электрических машин для СЭС ЛА наиболее перспективным является применение бесконтактных электрических машин (БЭМ), обладающих высокой надежностью, повышенными электромагнитными и механическими нагрузками и соответственно улучшенными массо-габаритными показателями. Благодаря способности работать при повышенных температурах, пониженных давлениях, в вакууме, при больших динамических перегрузках БЭМ все шире используются на летательных аппаратах различного типа /38/.

При разработке высокофорсированных БЭМ для автономных ЭУ вводятся ограничения, связанные с предельными частотами вращения или окружными скоростями ротора, определяемыми его прочностью, с максимальными электромагнитными нагрузками. Предельно допустимые значения частоты вращения птах определяются показателями подшипников или прочностными характеристиками ротора. В подшипниках птах зависит от механических нагрузок, вида смазки, срока службы Г/г , причем обычно птах со • Предельные значения п оцениваются также по скоростному параметру Сс1п), где с! - внутренний диаметр подшипника. При использовании стандартных подшипников качения для БЭМ автономных ЭУ

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА АВТОНОМНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ

Рис. 2.2.

обычно п = 6000...12000 об/мин. За последние годы наметилась тенденция к увеличению птах,'достигнуты скоростные параметры в пределах 600<с1п<1200 для скоростных подшипников и 1200<с1п<2000 для высокоскоростных подшипников при интенсивном масляном охлаждении. Значения птах для энергетических БЗМ могут достигать 20000...30000 об/мин.

Повышение частоты вращения ротора возможно при переходе к бесконтактным опорам - газовым и магнитным.

Газовые и магнитные опоры обеспечивают п»С 30...100)•10^ об/мин и более при пренебрежимо малых потерях и больших сроках службы. К их недостаткам относятся малая жесткость подвеса, плохая работоспособность при динамических нагрузках, относительно низкая грузоподъемность (до 100 н/см1), возможность появления неустойчивых колебаний ротора, сложность регулирования и стабилизации. Однако уникальные достоинства бесконтактных опор стимулируют их применение в БЗМ в энергетических установках, работающих в сложных окружающих условиях. Так, например, при разработке в США проектов газотурбинных установок для космических станций с электрическими мощностями 10...100 кВт предполагается использование газовых подшипников в главном блоке, содержащем генератор, турбину, компрессор и вращающемся с частотой до 40-10^ об/мин. Хорошие перспективы в будущем имеют магнитные подшипники на основе высокотемпературной сверхпроводимости с рабочими температурами порядка 100 К и выше.

В последнее время благодаря созданию высококоэрцитивных магни-тотвердых материалов с большой магнитной энергией существенно повысился интерес к БЗМ с постоянными магнитами СПМ). БЗМ с ПМ начинают широко применяться в автономной энергетике на летательных аппаратах /38/.

Одно из интересных направлений связано с разработкой генераторов с ПМ, конструктивно связанным с первичной силовой установкой.

Таблица N2.1

Условия в атмосфере в космосе

1. Давление окружающей среды до 100 Па до 10-11 Па

2.Температура окружающей среды 215-400 К 600-1000 К

3. Скорость летательного аппарата М ± 5 до 3-105 км/с

4.Положение ЛА в пространстве любое любое

5.Срок службы до 5000 ч до 5 лет

6. Невесомость отсутствует имеет место

7. Механические нагрузки вибрации, тряски и ускорения

ра газотурбинного двигателя, а якорь размещают на корпусе двигателя в наиболее удобных для этой цели местах. Такая электрическая машина, органически объединенная с первичной силовой установкой Ст.е. имеющая интегральное исполнение) обладает повышенным КПД, имеет меньшее число конструктивных деталей и узлов и, что весьма важно, может использоваться не только как генератор, но и как стартер С в режиме электродвигателя) для запуска газотурбинной установки. По расчетам подобный генератор в интегральном исполнении с магнитами из материала ЗтС05 при мощностях 3«60...120 кВА, частотах вращения п«5300 об/мин и канальном масляном охлаждении якоря имеет удельную массу т* ~ 0.3 кг/СкВ- А) /38/.

Генераторы в обычном исполнении с ПМ типа ЮНДК при интенсивном воздушном охлаждении, частоте вращения п~8000...12000 об/мин, мощностью Б~20. ..60 кВА имеют удельные массы т* ~ 1.2. ..1.6 кг/СкВ-А). Применение магнитов из РЗМ позволяет заметно уменьшить т*. Так, генератор с магнитами из РЗМ мощностью Б=105 кВА, частотой вращения п=6000 об/мин С£=2000 Гц) и жидкостным охлаждением якоря имеет удельную массу т* = 0.343 кг/СкВ- А), КПД =0.89 /38/. КПД генераторов можно также повысить за счет криогенного охлаждения. Например, у генераторов с РЗМ и испарительной системой охлаждения на жидком азоте при мощностях Б=80...120 кВА КПД возрастает до 95% при удельной массе гп* ~ 0.35 кг/СкВ-А) (без учета системы охлаждения).

Несмотря на достоинства БЭМ с постоянными магнитами, их применение носит ограниченный характер из-за плохих регулировочных свойств. В системах, где требуются плавное и глубокое регулирование показателей и высокий уровень их стабилизации, широко используются БЭМ с обмотками возбуждения СБЭМ с электромагнитным индуктором). Изменяя ток в обмотках, можно плавно менять магнитный поток и связанные с ним показатели БЭМ.

Одной из разновидностью таких машин являются синхронные машины с когтеобразными полюсами. Подобные конструкции обладают высокой на-

дежностью, слабой чувствительностью к внешним воздействиям (повышенным температурам, динамическим нагрузкам, присутствию агрессивных сред и т.д.), предельным частотам вращения, что в совокупности позволяет создавать высоконадежные компактные генераторы и двигатели, способные работать в сложных окружающих условиях. Общие недостатки БСМ с когтеобразными полюсами связаны с повышенными магнитными потоками рассеяния.

Существует большое разнообразие конструктивных исполнений БСМ с когтеобразными полюсами, например, БСМ с внешнезамкнутым потоком, БСМ с внутризамкнутым потоком, торцовые БСМ.

Применение БСМ с внешнезамкнутым потоком мощностью от единиц до сотен киловатт рассматриваются как возможные источники электроэнергии для космических газотурбинных установок. Привод генератора осуществляется от газовой турбины, работающей на смеси гелия и ксенона. Перед входом в турбину смесь нагревается в теплообменнике первичного контура от жидкометаллического теплоносителя, забирающего теплоту от радиоизотопного элемента или ядерного реактора, а после выхода из турбины проходит через рекуператор и охлаждается в теплообменнике, связанном с холодильником - излучателем. Генератор, турбина и компрессор, обеспечивающий циркуляцию газовой смеси в замкнутом контуре турбины, выполняют в виде единого блока с общим валом, который фиксируется в газовых опорах, исключающих трение механических поверхностей и допускающих частоты вращения (20... 40) • ЮЗ об/мин и более. Установки могут надежно работать в течение нескольких лет. Генераторы для них разрабатываются в США на мощности до 350...1000 кВА с частотой вращения 15...24 тыс.об/мин. По расчетам генераторы имеют КПД ^ = 93...95% и удельную массу

т* « 0.34___0.45 кг/(кВ-А), причем их рабочая температура может

составлять 535° С.

БСМ с внутризамкнутым потоком также применяются в автономных энергоустановках. Высокооборотные генераторы типа сексин (с двусто-

ронним возбуждением) могут применяться в маломощных СЭС ЛА (при мощностях 3—10 кВА), они существенно превосходят обычные генераторы по надежности и возможным границам использования.

В торцовых БСМ когтеобразные полюсные выступы ориентированы по радиусу и отделены аксиальным зазором от торцового якоря. Лучшее использование потока и меньшие удельные массы имеет торцовая двух-пакетная БСМ.

Торцовые БСМ обладают хорошими массо-габаритными показателями. Например, высокооборотный торцовый генератор мощностью 15 кВА имеет удельную массу 1.6 кг/СкВ- А), а для генератора мощностью 260 кВА

т* « 0.91___0.95 кг/СкВ-А). Удельная масса аналогичного БСГ с внеш-

незамкнутым потоком равна 2.5 кг/СкВ- А).

БЭМ с ПМ не потребляют мощности на возбуждение, но плохо регулируются, в то время как БЭМ с обмотками возбуждения обладают хорошими регулировочными характеристиками, но характеризуются заметными потерями на возбуждение. Стремление соединить преимущества обоих типов машин привело к созданию БЭМ с комбинированным возбуждением. В таких генераторах рабочий магнитный поток создается за счет одновременного действия обмоток возбуждения (называемых также подмаг-ничивающими обмотками) и постоянных магнитов. Создание генераторов с комбинированным возбуждением возможно на базе синхронных машин с ПМ, в которых добавлено бесконтактное регулировочное звено, работающее в режиме управляемого магнитного шунта или подмагничивающе-го устройства, на базе индукторных машин, в которые введены постоянные магниты.

Генераторы с комбинированным возбуждением обладают хорошими регулировочными качествами, высоким КПД, относительно малой удельной массой (особенно при использовании магнитов из РЗМ). Их применяют в автономных ЗУ и, в частности, на ЛА. На рис.2.3 приведены характерные значения удельной массы генераторов с комбинированным возбуждением. Материал магнитов - сплав ЮНДК24 (Вг=1.35 Тл, Нс=60 кА/м);

ЗАВИСИМОСТЬ УДЕЛЬНОЙ МАССЫ ГЕНЕРАТОРА ОТ МОЩНОСТИ

пь кг/кВА

Рис. 2.3.

Г=400 Гц; п=8000 об/мин. '

В высокоскоростных установках могут использоваться индукторные генераторы с комбинированным возбуждением. Наиболее просто они реализуются путем добавления постоянных магнитов к известным конструкциям индукторных генераторов.

Индукторные генераторы используются на ЛА в качестве высоконадежных источников переменного тока небольшой мощности с частотой 400...6000 Гц. Их удельные массы на 40...60% больше чем у аналогичных бесконтактных генераторов с вращающимися выпрямителями, но надежность выше.

Недостатки генераторов со смешанным возбуждением связаны в основном с усложненным конструктивным исполнением.

Как отмечалось выше, работа КЛА в условиях невесомости имеет ряд особенностей. При применении в качестве источника электроэнергии ЗГ происходит "закручивание" КА. Для предотвращения закрутки, сохранения устойчивости необходимо применять четное число параллельно работающих генераторов и вращающихся попарно-встречно.

Перспективным источником электроэнергии в автономных СЭС являются также асинхронные генераторы САГ). Благодаря свой простоте и надежности АГ могут применяться в сложных окружающих условиях - при высоких температурах, в вакууме и т.д. Наиболее распространенный тип АГ - с короткозамкнутым ротором. Простая конструкция ротора позволяет реализовать в АГ высокие частоты вращения ротора и соответственно хорошие массо-габаритные показатели. Важное достоинство АГ - возможность его простого перевода в двигательный режим работы, что позволяет легко сочетать функции стартера и генератора в одном агрегате для установок, где требуется первоначальная раскрутка первичного двигателя (например, газотурбинного). Кроме того, при использовании АГ относительно легко обеспечивается их параллельная работа в отличие от СГ, для которых ее реализация сопряжена, с трудностями. Недостатки АГ связаны в основном со сложностью стабилиза-

Таблица N 2.2

Тип генератора Удельная масса, т*

БЭМ с ПМ : 1) из РЗМ 2) из ЮНДК «0.3. ..0.4 кг/СкВ- А) « 1.2... 1.6 кг/СкВ-А)

БЭМ с обмоткой возбуждения: 1) с внешнезамкнутым потоком 2) торцовые « 0.3. ..1.5 кг/СкВ- А) «1.6. ..1.0 кг/'С кВ- А)

БЭМ с комбинированным возбуждением 1.9... 1.0 кг/СкВ-А)

Асинхронный генератор 1.5. ..2.0 кг/кВт

Постоянные магниты из РЗМ крепят непосредственно на валу компрессо-

Другим важным достоинством АГ является возможность простого перекода в стартерный режим. В автономных установках АГ обычно применяются как стартер-генераторы.

Из проведенного анализа различных типов БЭМ можно сделать следующие выводы.

Наиболее перспективными по критерию min массы являются БЭМ на базе синхронных генераторов с ПМ из РЗМ С таблица 2.2).

Однако, окончательный выбор типа ЭГ необходимо делать на основе комплексного подхода с учетом надежности, ресурса работы, возможности работать в вакууме. Необходимо учитывать также возможность регулирования напряжения и параллельную работу.

Для автономных СЭС КЛА наиболее широкое применение нашли серебряно-цинковые, никель-кадмиевые АБ. В последние годы проведены разработки новых АБ на основе аккумуляторных элементов с использованием никеля, серы, натрия, лития /43,74,75,76,77,78,79/.

Никель-цинковые щелочные АБ обеспечивают удельную энергию №уд > 200 кДж/кг, их долговечность мала, повышение долговечности достигается в газодиффузионных никель-водородных АБ, где \*/уд > 250 кДж/кг. Более высокий показатель №уд > 500 кДж/кг имеют серно-нат-риевые АБ, но их ресурс составляет 100-200 циклов "заряд-разряд". Дальнейшее повышение удельной энергии С теоретически до значений \*/уд > ЮЗ кДж/кг) возможно в литиевых АБ, которые также имеют сравнительно небольшой ресурс из-за высокой коррозионной активности лития /43,76/.

Для накопительных систем перспективным представляется использование АБ на базе никель-водородных АБ /52,74,75,77,80/.

С 1965 года фирма "SAFT" (США) занимается разработкой технологий, удовлетворяющих требованиям систем запуска ССЗ) и КЛА. Сегодня компания предлагает широкий набор источников энергии: 2

- никель-кадмиевые АБ используются для ракет, СЗ и КЛА:

- серебряно-цинковые АБ - для ракет-носителей;

- АБ типа литий-тионил хлорид - на орбитальных КЛА и верхних ступенях ракет-носителей;

- никель-водородные спроектированы для энергетических установок геостационарных С GEO) и околоземных CLEO) орбитальных КЛА и космических станций /81/.

После успешной разработки и производства никель-водородной АБ на 50 А/ч в 1988 году фирмы SAFT, ESA, CNES начали разработку и испытание второго поколения элементов для применения на геостационарных КЛА. Разработчики ставили целью снизить массу и стоимость, увеличить емкость АБ.

С учетом жестких требований к КЛА предъявляются особые требования к проектированию сосудов под давлением, учитывая возможность возникновения трещин,влияние водорода на хрупкость стенок и сварных швов сосудов. В результате для АБ емкостью от 40 до 100 А/ч взят за стандарт элемент диаметром 3.5 дюйма (89 мм). На основе механических и тепловых расчетов выработана конструкция модульного типа. Аккумулятор содержит положительные электроды из никеля и легкие отрицательные электроды из платины. Они размещены в цилиндрическом сосуде высокого давления из сплава Inconel (жаропрочный сплав на никелевой основе), способного выдержать давление 75 бар. Срок службы никель-водородных АБ:

- на GEO - до 15 лет при глубине разряда 70-80%;

- на LEO - до 6 лет при глубине разряда 40%. Срок хранения - 5 лет /42/.

В таблице 2.3 приведены основные параметры применяемых и перспективных АБ для автономных СЭС КЛА/43, 74,75,76,77,78,79,80,82/.

Сравнительный анализ рассмотренных типов АБ и их параметров позволяет сделать вывод о целесообразности использования АБ на базе никель-водородных аккумуляторов. Ограничения по повышению напряжения АБ в никель-кадмиевых накопительных системах, обусловленные

Таблица N 2.3

Тип АБ здс, Рабочее Удельная Циклы Тэкспл,

В напряжение энергия К

В Вт-ч/кг

Никелъ-кадмиевые 1.36 1.05-1.25 14-40 1000 243-313

Серебряно-цинковые 1.84 1.4 -1.5 100-130 25-100 343

Серебряно-кадмиевые 1.4 1.05-1.1 70 300 -

Нике лъ-цинковые 1.83 1.6 -1.8 65 100-300

Никель-водородные 18.3 -1.1 40-75 2000-10000

Литиевые 2-3.5 300 700

снижением надежности батареи при увеличении количества последовательно соединенных элементов, в меньшей степени характерны для никель-водородных систем благодаря более высокой надежности последних и наличию процесса самовыравнивания их характеристик при цитировании в составе АБ. Поэтому создание никель-водородных АБ повышенного напряжения - наиболее перспективная и реальная задача. Увеличение напряжения АБ в свою очередь приводит к уменьшению заряд-но-разрядных токов и снижению потерь в аппаратуре регулирования.

В автономных системах АБ, как правило, работает совместно с электроэнергетической установкой постоянного или переменного тока /43,44/.АБ подключается к установке с помощью согласующего блока, который задает режим работы АБ, используемой во многих случаях как стартовое, резервное или аварийное устройство. При работе автономной электроэнергетической установки важно обеспечить своевременный заряд АБ, чтобы запасти электроэнергию, потребляемую системой в указанных ситуациях.

В таблице 2.4 приведены типичные средние показатели источников электроэнергии (ИЭЗ) для АСЭС /9,11,63,65,38/.

В результате сравнительного анализа альтернативных источников электроэнергии можно сделать следующие выводы.

Электромеханические генераторы (ЭМГ) являются наиболее универсальным источником как переменного, так и постоянного тока с широким диапазоном мощностей и напряжений и КПД, а также высокой степенью отработанности технологии изготовления, хорошими регулировочными качествами. Из-за наличия вращающихся частей ресурс и динамичность (быстрота запуска, изменение режима работы, реакция на перегрузки и т.п.) ЗМГ характеризуются средним уровнем. Надежность ЭМГ ниже чем у других типов ИЭЭ.В разработке бортовых ЭМГ отечественная промышленность достигла значительных успехов /39/.

Термоэлектрические (ТЭлГ) и термоэмиссионные (ТЭмГ) генераторы характеризуются большим ресурсом, практически не зависят от окру-

Таблица N 2.4

г.

Тип МЗЗ Показатель

Диапазон мощности кВт Напряжение В кпд. Удельн. масса кг/кВт Уровень

Отработанности технологии Регулирования 1 Ресур-1 Динаса 1 мич-1ности 1 1

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Галимова, Акиля Анверовна

4.5 Выводы к главе 4.

1. На базе алгоритма расчета разработан пакет прикладных программ, позволяющий решать следующие параметрические задачи :

- расчет сети с заданными параметрами нагрузки при различных параметрах режима (напряжение источника, частота сети, выходное напряжение на шинах нагрузки);

- расчет качества напряжения на шинах потребителей для заданного графика нагрузки).

2. Для АСЭС КЛА мощностью 10 кВА минимум целевой функции, то есть установленной массы, наблюдается при частоте порядка 4000 Гц для структурной схемы, изображенной на рис.4.3, б. Увеличение частоты более 4000 Гц приводит к росту установленной массы АСЭС, так как при этом увеличиваются потери мощности в генераторе и преобразователе, что приводит к увеличению размеров генератора и охладителей

РАСЧЕТ ПАДЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА ШИНАХ ПОТРЕБИТЕЛЯ ДЛЯ ГРАФИКА НАГРУЗКИ л и доп 2 3

1.5 2.0 2.5 »нагр i нои а) потребители переменного тока; Э

1.5 2.0 2,5 I нагр

1 нон преобразователей и, соответственно, массы элементов, а также усиливается влияние поверхностного эффекта в проводах распределительной сети, провода РС выбираются большего сечения, что приводит к увеличению массы . Зависимости падения напряжения на шинах нагрузки при частоте 4000 Гц также не выходят за пределы установленных значений.

3. Для АСЭС мощностью 20 кВА рациональное значение частоты находится в пределах 2000 Гц для структурной схемы С рис.4.3,б).Дальнейшее увеличение частоты приводит к увеличению массы АСЭС, а также падение напряжения на шинах нагрузки выходит за рамки допустимых значений.

4. Решение задач анализа качества электроэнергии и надежности работы сети позволяет для различного графика нагрузки позволяет анализировать необходимость установки тех или иных буферных источников электроэнергии для конкретного потребителя или группы потребителей для обеспечения требуемого качества электроэнергии при наб-росах нагрузки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате теоретических исследований и расчетов автономных систем электроснабжения космических летательных аппаратов получены следующие основные выводы и рекомендации :

1. Существующие СЭС КЛА постоянного тока не удовлетворяют перспективным требованиям по мощности, качеству электроэнергии, массо-габаритным показателям. Наиболее перспективными являются АСЭС комбинированного типа с напряжением источника питания порядка 200 В переменного тока и рядом потребителей постоянного тока.

2. Разработаны критериальные и функциональные математические модели основных элементов комбинированной автономной СЭС - ЭМГ, ТВП, ТИП, АБ - с соответствии с критериями оптимальности - минимумом массы, минимумом отклонений параметра электроэнергии от заданного уровня. Результаты расчета зависимостей удельных масс отдельных элементов от частоты и масс элементов от частоты переменного тока для АСЭС КЛА различной мощности, полученных на базе разработанных критериальных математических моделей согласуются с опубликованными данными, что подтверждает достоверность разработанных математических моделей.

3. Разработана обобщенная математическая модель автономной СЭС, отличающаясятем, что включает в себя как критериальные, так и функциональные модели отдельныхэлементов, включая их электронные регуляторы. В качестве целевой функции обобщенной математической модели принимается установленная масса СЭС, а в качестве ограничений -качество электроэнергии на шинах потребителя.

4. На базе обобщенной математической модели разработан алгоритм решения параметрических задач, отличающийся от существующих тем, что по заданной конфигурации и параметрам нагрузки позволяет определять оптимальные параметры АСЭС с учетом требований к регуляторам, обепечивающей автоматизированный процесс генерирования, преобразования и распределения электроэнергии требуемого качества.

5. На базе алгоритма расчета разработан пакет прикладных программ, позволяющий решать следующие параметрические задачи :

- расчет сети с заданными параметрами нагрузки при различных параметрах режима С напряжение источника, частота сети, выходное напряжение на шинах нагрузки);

- расчет качества напряжения на шинах потребителей для заданного графика нагрузки).

6. Для АСЭС КЛА мощностью 10 кВА минимум целевой функции, то есть установленной массы, наблюдается при частоте порядка 4000 Гц. Увеличение частоты более 4000 Гц приводит к росту установленной массы АСЭС, так как при этом усиливается влияние поверхностного эффекта в проводах распределительной сети, провода распределительной сети выбираются большего сечения, что приводит к увеличению массы. Зависимости падения напряжения на шинах нагрузки при частоте 4000 Гц также не выходят за пределы установленных значений.

7. Для АСЭС мощностью 20 кВА рациональное значение частоты находится в пределах 2000 Гц . Дальнейшее увеличение частоты приводит к увеличению массы АСЭС, а также падение напряжения на шинах нагрузки выходит за рамки допустимых значений.

8. Даны рекомендации по решению задач анализа качества выходного напряжения при изменении графика нагрузки. Решение задач анализа качества электроэнергии позволяет для различного графика нагрузки анализировать необходимость установки тех или иных буферных источников электроэнергии для конкретного потребителя или группы потребителей для обеспечения требуемого качества электроэнергии при наб-росах нагрузки.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Галимова, Акиля Анверовна, 1998 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Фельдман Ю.И. »Миронов Л.М., Машихин А. Д., КозаченкоВ. Ф., Бухшта-бер Е.Я., Подобедов Е.Г., Шипаев Г. А. Состояние и перспективы развития автоматизированных электроприводов с преобразователями частоты для крановых и судовых грузоподъемных механизмов // Электротехника, 1995, N 10. - с. 2 - 5.

2. Токарев А.Б., Шпаков С.П. Сравнительный анализ структурных схем СЭП повышенного напряжения для КА /Системы и устройства электрооборудования летательных аппаратов. Сб. научн. тр. N 179. - М. : МЭИ, 1988. - с. 5 - 13.

3. Bennet Gary L., Pilcher Carl В., Smith William L. Projected NASA power requirements for space science and exploration missions // Proc. 24th Intersoc. Energi Convers. Eng. Conf. " Technol. Energy Effic. 21st Century ", San Diego , Calif ., Aug. 3 - 7 , 1992 : IECEC - 92. Vol.1. - Warrendale CPA), 1992. - s. 107-109.

4. Яковлев Б.С., Казаринов Л. С., Бордецкий А. Б., Двинин Н. А., Дво-рягин В.Р. Анализ процессов разработки сложных автономных электроэнергетических систем. Тез. докл. всесоюзн.сем. "Кибернетика электроэнергетических систем " , Челябинск , 1978. - Челябинск, 1978. -с. 15 - 21.

5. Тимашев С.В.,Кузьмин М.А., Чилин Ю.Н. Оптимизация энергетических систем орбитальных пилотируемых станций. - М. : Машиностроение, 1986. - 232 е., с илл.

6. Захаров Ю.А., Проектирование межорбитальных космических аппаратов. - М. : Машиностроение, 1984. - 176 с.

7. Краснощеков П.С. Математические модели в исследовании операций. -М. : Знание, 1984. - 64 с.

8. Лазарев И.А. Композиционное проектирование сложных агрегативных систем.-М. : Радио и связь, 1986.-312 е.,ил.

9. Бут Д. А. Синтез автономных электроэнергетических систем/УЭлек-тричество.1994.-N1,-с.1-18.

10. Веденеев Г. М., Орлов И. Н., Токарев А.Б.,Чечин А. В. Электрооборудование автономных объектов. Сб. н. тр. МЭИ N143,1987.

11. Электроснабжение летательных аппаратов /' Под ред. Н. Т. Коробана. - М. : Машиностроение, 1973. - 536 с.

12. Синдеев И.М., Савелов А.А. Системы электроснабжения воздушных судов. - М. : Транспорт, 1990.

13. Лазарев И. А. Синтез структуры систем электроснабжения летательных аппаратов. -М.:Машиностроение,1976.

14. Аветисян Д.А. О синтезе электрических систем // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1978, N 2. - с..74.

15. Морозовский В.Т., Синдеев И.М. К вопросу о синтезе оптимальной структуры электроснабжения летательного аппарата. - В кн. : Автоматика и электромеханика. - М. : Наука, 1973. ~ с. 20-36.

16. Терещук В.С., Шакирзянова Н. Ш. Алгоритмы группировки элементов для решения задачи размещения./Казанский авиационный ин-т. - Деп. в ЦНТИ "Волна" 05.05.83., N Д05243.

17. Терещук В.С., Шакирзянова Н. Ш. Алгоритм размещения элементах в заданных позициях // Электроснабжение летательных аппаратов.Сб.науч. тр. - Казань, КАИ, 1982. - с. 54-60.

18. Терещук В.С., Горячкин В.П. Компоновка и размещение электроконструкций на объекте /'/' Системы и элементы электрооборудования летательных аппаратов. - Казань: КАИ, 1985. - с. 8-13.

19. Терещук В.С., Горячкин В.П. Компоновка и размещение электроконструкций на самолете с учетом ограничений на их объемы //Изв. ВУЗов Авиационная техника, 1986,N 1. - с.57-61.

20. Терещук B.C. Системная модель, логическая схема проектирования и общий алгоритм синтеза оптимальных систем бортового комплекса электрооборудования // Изв.ВУЗов. Авиационная техника, 1986, N 2. -с. 62-68.

21. Горячкин В.П., Терещук B.C. Компоновка элементов бортового электрооборудования на начальной стадии эскизного проектирования /Моделирование элементов и систем электрооборудования летательных аппаратов : Межв. сб. - Казань: КАИ, 1988. - с. 4-8.

22. Ерошин Г.В.,Кичкировский М. Е., Шлеймович Б. И. Повышение эффективности алгоритма оптимизации сечений проводов электросетей летательных аппаратов /Электрооборудование летательных аппаратов : Меж-вуз. сб., 1978. - с. 62 -67.

23. Карань А.И., Бикмуллин Р.С. К вопросу оценки качества структур автономных СЭС с помощью обобщенного показателя эффективности //

Системы и элементы электрооборудования летательных аппаратов.-Казань: КАИ, 1986.- с. 19-23.

24. Терещук B.C. Анализ электрических цепей при автоматизированном проектировании электрических схем бортовых сетей //Электрооборудование летательных аппаратов: Межв. сб., 1979. -с. 82-85.

25. Цой A.A. Особенности алгоритмической реализации метода многорежимной оптимизации бортовых электрических сетей / Электрооборудование летательных аппаратов : Межвуз. сб. - Казань : КАИ, 1984. -с. 53-56.

26. Цой A.A. Сокращение интервалов изменения оптимизируемых сечений проводов / Системы и элементы электрооборудования летательных аппаратов.- Казань: КАИ, 1985.- с.20-26.

27. Цой A.A. Оптимизация сетей по частям в системе автоматизированного проектирования бортового комплекса электрооборудования / Системы и элементы электрооборудования летательных аппаратов.- Казань: КАИ, 1987.- с. 10-13.

28. Кривенцев В. И. Критерии оценки эффективности оборудования электроэнергетических систем транспортных средств // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1978, N 1. - с. 36-44.

29. Кривенцев В.И., Морозовский В. Т. О многомерной оптимизации электрических сетей подвижных объектов //Изв. АН СССР. Энергетика и

транспорт, 1973, N 4. - с, 71-77.

30. Аветисян Д. А. ,Глухов О.М. »Грачева В. А., Хан В. X. Синтез самолетной электроснабжения с минимальной установленной массой. Тез.докл. Всесоюзн. семинара "Кибернетика электроэнергетических систем",Челя-бинск, 1978. - Челябинск, 1978. - с. 22-29.

31. Лазарев И. А. ,Балузин В.М., Тележкин В.Ф. Алгоритм синтеза структуры распределительной сети АСЭС. Тез. докл. Всесоюзн. семинара

" Кибернетика электроэнергетических систем ", Челябинск,1978. - Челябинск, 1978. - с. 22-29.

32. Аветисян Д.А., Пахлеванян А. Р. Автоматизация моделирования динамических процессов автономных электроэнергетических систем. - В кн.: " Вычислительная техника и моделирование в энергетике Сб. научн.тр./ АН УССР.Ин-т проблем моделирования в энергетике. Киев, 1984. - с. 106-113.

33. Аветисян Д. А. ,Винский 0. В. ,Глухов 0. М. , Кладова В. К. Структурно-параметрическое проектирование транспортных электроэнергетических систем. /Всесоюзный Заочн. политехнический ин-т.

34. Лазарев И.А.,Рузанов А. В., Янъшеев Ю.А. О синтезе единой электроэнергетической системе транспортных средств // Изв. АН СССР.Энергетика и транспорт, 1983, N"1. - с. 124-133.

35. Тележкин В. Ф. Метод параметрической оптимизации в задачах выбора структуры автономной системы электроснабжения. Тез.докл.Всес. семинара " Кибернетика электроэнергетических систем " , Челябинск» 1978, - ЧелябинскЛ978. - с.52-58.

36. N ГР 01900023422, Инв.N02910026561. Исследование перспективных систем электроснабжения автономных объектов: Отчет о НИР С заключит.) Руководитель Костырев М.Л., ВНИТИцентр. -М.:1989г.

37. Бусленко Н.П., Калашников В.В.,Коваленко И.Н. Лекции по теории сложных систем.-М.: Сов.радио, 1973.-439 с.

38. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. -М.:Высшая школа, 1990. -416 с.: ил.

39. Веников Г.В.,Клочков 0. Г. Тенденции и перспективы развития бортовых электрических генераторов. /'/Авиационная промышленность, 1991, N2.

40. Бут Д. А., Конеев С. М. -А. Электродинамические генераторы. //'Электричество, 1991,N11.

41. Бут Д. А. ,Мизюрин С. Р. Системы генерирования электроэнергии летательных аппаратов. -М.: Изд. МАИ, 1982.

42. Специальные электрические машины :( Источники и преобразователи энергии ). Уч. пособие для вузов. / А. И. Бертинов, Д. А. Бут, С. Р. Мизюрин и др.: Под ред. А. И. Бертинова, -М.: Энергоатомиздат, 1982. -552 с.ил.

43. Накопители энергии:Учебн.пособии для вузов/Д. А.Бут, Б.Л.Алиев-ский, С. Р. Мизюрин, П. И. Васюкевич, Под ред. Д. А. Бута. -M.: Энегоатомиздат, 1991.-400 е.:ил.

44. Синдеев И.M. Электроснабжение летательных аппаратов. -М.:Транспорт, 1982.

45. Брускин Д. Э., Синдеев И. М. Электроснабжение летательных аппаратов: Учебн. для энергет. и авиац. спец. вузов.-М: Высш. шк., 1988. -264 с. :ил.

46. Информационно-управляющие системы космических энергетических установок /В. В. Бугровский, В. К. Жаров, Ю. В. Кова и др. Под ред. Б. Н. Петрова. -М.: Атомиздат, 1979.

47. Щедрин 0.П., Петрин В.Б. Вопросы автоматизации проектирования бортовой электрической сети // Системы и элементы электрооборудования летательных аппаратов,- Казань: КАИ, 1986.- с.8-14.

48. Щедрин О.П. Эквивалентирование линий при расчете сечений проводов радиальных разветвленных электрических сетей // Электричество, 1985, N 11. - с. 52-54.

49. Щедрин 0. П., Галактионов А. В. Метод беспереборной дискретной оптимизации сечений проводов радиальных разветвленных электрических сетей / Моделирование элементов и систем электрооборудования летательных аппаратов : Межв. сб. - Казань: КАИ, 1988. - с. 8 - 14.

50. Галтеев Ф.Ф. ,Грузков С.А.,Токарев А.Б. и др. Системы электроснабжения космических летательных аппаратов. Итоги науки и техники. Сер. Электрооборудование транспорта.-ВИНИТИ, 1991, N7-84 с.

51. Акишин А.И. Воздействие окружающей среды на материалы космических аппаратов. -М.: Знание, 1983.

52. Токарев А.Б. Анализ задач совершенствования СЭС КА // Электротехника, 1990. - N 11, - с. 56-58.

53. Токарев А. Б. и др. Анализ задач проектирования и совершенствования систем электропитания космических аппаратов. //Научные труды МЭИ.-1989.-N 222.

54. Квасников А. А. и др. Теория и расчет энергосиловых установок КЛА. Уч. для авиац. спец. ВУЗов.-М.:Машиностроение, 1984.-332 с.:ил.

55. Gilland I., George I., EARLY TRACK NEP system options for SE1 missions // AIAA Pap., - 1992. - N 3200. - s. 1-9.

56. Dailey C. L., Hieatt J. 1., Lovberg R. H. Nuclear propulsion for Mars exploration electric versus thermal.// AIAA Pap. - 1992.-

N 3871. - s. 1-11.

57. Kelley J.H., Yen C.L. Planetary missions opportunities with nuclear electric propulsion. // AIAA Pap., - 1992. - N 1560. -s. 1-12.

58. Веденнев Г.M., Токарев А.Б., Шпаков С.П. Перспективы создания СЭС повышенного напряжения // Устройства и системы автоматики автономных объектов: Мат. научно-техн. конфер., Красноярск, 1987. - с. 28.

59. Куландин А.А.,Тимашев С.В., Иванов Э.И. Энергетические системы космических аппаратов.-М.: Машиностроение, 1979.- 320 е. , ил.

60. Орлов Е. Г.,Тыричев П.А.,Хаустов В.Н. Особенности применения и обеспечения работоспособности электромеханических систем в условиях ионизирующего излучения.-М.: Изд. Московского энергетического института, 1985.

61. State-of-The-art of dc components for secondary power distribution on space station freedom. Stan Krautharner, Mukund Gandel,

Radhe Das // APEC' 90. 5 The Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition. 1990. - p.18-32.

62. Челноков В.E. Полупроводниковая электроника для энергетики и электротехники // Изв. АН, Сер. Энергетика, 1992 г., - N5. - с. 74-86.

63. Глибицкий М.М. Системы питания и управления электрическими ракетными двигателями. -М.: Машиностроение, 1981.

64. Брускин Д.А.,3убакин С.И. Самолеты с полностью электрифицированным оборудованием.-ИНиГ, Сер. Электрооборудование транспорта.Т6. ~М.: ВИНИТИ, 1986.

65. Proc. of the 25-th Intersocieby Energy Conversion Eng. Conf.,Reno, Nev.,August 12-17,1990: IECEC-90, vol. 1/Ed. Nelson Paul.-New York.

66. NTP 01870089262, Инв.N02890012055. Анализ способов и средств оптимизации основных показателей ИВЭП: Отчет о НИР С заключит.)/Винницкий политехи, ин-т,Руководитель Карпов Е. А., ВНИТИцентр.-М.:

67. Еременко В.Г., Токарев А.Б., Веденеев Г.М. Выбор структуры автономной системы электроснабжения с полупроводниковым источником энергии //'Электротехника, 1989, N 9.

68. Токарев А. Б., Жирнова Н. Б., Ларюхин Б.В. Методика выбора параметров источников энергии систем электропитания // Электротехника, 1987, Н 4. - с. 24-26.

69. Энергетические установки космических аппаратов/С. А.Подшивалов, Э. И. Иванов, Л. И. Муратов и др. Под общ. ред. Д.Д.Неверовского и В. С. Викторова. -М.: Энергоиздат, 1981. -223 с.

70. Основы автоматического управления ядерными космическими энергетическими установками. Под ред.акад. Б.Н.Петрова. - М.: Машиностроение, 1974.

71. Fearn David G., Martin Antoni R. The promise of electric propulsion for low-cost interplanetary missions. // Acta astronaut. -1995. - 35, Suppl. - 5. 615 - 624.

72. Goldberg N. Generdiors inside small engines. // AIAA Pap., -

1992. - N 3755. - S. 1 - 7.

73. Паластин Jl. М. Синхронные машины автономных источников питания. -М.:Энергия,1980.-384 с.,ил.

74. Коровин Н. В. Основные направления развития аккумуляторов // Электротехника, 1994, N5,6. - с. 35 - 40.

75. Коровин Н.В. Электрохимическая энергетика. М.: Энергоатомиздат, 1991.

76. Максимов Ю.И. Новые источники и преобразователи электрической энергии на судах.-Л.: Судостроение, 1980.

77. Коровин Н.В. Некоторые проблемы развития химических источников тока // Электротехника, 1990, N 11. -с.72 - 75.

78. Fischer W. Sodium - Sulfur battery accompliments and remaining problems // Solid State Ionics. Symp. Boston, 1988. Pittsburg, 1989. p. 541 - 551.

79. Böhm H. Natrium - nickel chloride batteris fur Stationare and mobile Bereiche //Elek. Energy - Techn., 1991, N 1. - p. 26 - 29.

80. Центер Б. 1Л., Лызлов Н. Ю. Металл - водородные электрохимические системы. - Л.: Химия, 1989.

81. Saft nickel-hidrogen battaries.//News Prospace.1991. N32.-с.16-17.

82. Алексеев Г.Н. Прогнозное ориентирование развития энергоустановок. -М.: Наука, 1978.

83. Бут Д.А. Трансформаторно-вентильные преобразователи с индуктивными Фильтрами для автономных энергоустановок.//Электричество,1990, Nl.-c. 31-40.

84. Электротехнический справочник. Т.2 /' Под ред. В.Г.Герасимова, П. Г. Грудинского, В. А. Лабунцова, И. Н. Орлова и др. -М.: Энергоатомиздат, 1986.

85. Флоренцев С. Н., Ковалев Ф. И. Современная элементная база силовой электроники // Электротехника, 1996, N 4. - с. 2-8.

86. Power Pack IGBT : High Power ( 2,5 kV, 1 kA ) Rc - IGBT with

Highly Reliable Flat Package / Y.Seki, Y.Takahashi, T. Koda, а.о // EPE' 95. Proceeding of 6 th European Conference on Power Elektronik and Application . 19-21 Sept. 1995. Sevilla, Spain. Vol. 1, P. 1051 - 1055.

8?. Мягков Ф.H. Многообмоточные асинхронные вентильные генераторы для автономных объектов: Дисс. ... канд. техн. наук:05.09.01.-Куйбышев, 1990.-202 с.

88. Микроэлектронные электросистемы / Ю. И. Конев, Т. Н. Гулякович, К. П. Полянин и др. Под ред. Ю. И. Конева,-М.: Радио и связь,1987.

89. В.М.Радомский Компьютерная технология технического творчества. Уч. пособие.-Самара.:Изд.архитектурно-строительного института,1995.

90. Системы электроснабжения самолетов и вертолетов. Классификация. Требования к качеству электроэнергии ГОСТ 19705 - 81.

91. Полупроводниковые выпрямители /Беркович Е.И. »Ковалев В.Н. »Ковалев Ф. И. и др., Под ред. Ф. И. Ковалева и Г. П. Мостковой. -2-е изд., переработ. - М.: Энергия, 1978.-448 с. ,ил.

92. Лысенко A.B., Акимов В.Ф.,Шевельков В.Г.Методы и алгоритмы расчета источников электроэнергии автономных объектов / Электрооборудование автономных объектов. Сб. науч. тр. - М.: МЭИ, N 143,1987. -с. 9-14.

93. Костырев М.Л.,Галимова А.А. Автоматизированный расчет автономной системы электроснабжения /Тез. докл. молодежной научно-технической конференции "XX Гагаринские чтения".-М.: 1994.-с.64-65.

94. Костырев М.Л., Мотовилов Н.В., Михеев В. И., Галимова А.А., Борисов С.Ю., Автоматизированный расчет автономной системы электроснабжения //Электротехника, 1994, N8.

95. Костырев М.Л., Кияев В. М., Мотовилов Н. В. Моделирование электромагнитных процессов в электромеханических вентильных системах с асинхронными машинами //АН СССР, Сер. Электронное моделирование. 1985, т. 7, Ы 2. - с. 79-84.

96. 3300 V IGBT - Modulle for traction applikation / Н. Brunner,

M Hierholzer, R. Spante, а.о. // ЕРЕ' 95. Proceeding of 6 th European Conference on Power Elektronik and Application. 19 - 21 Sept. 1995. Sevilla, Spain. Vol.1,P. 1056 - 1059.

97. 1000 A 2500 V pressure mount RC - IGBT /' M.Hivoshi, S. Yanagi-sawa, K. Nichitani, a. o./7'EPE' 95. Proceeding of 6 th European Conference on Power Elektronik and Application . 19-21 Sept. 1995. Sevilla, Spain. Vol.1, P. 1051 - 1055.

98. Денисов В., Ермилов A., Карпенко Д. Способы управления машинами переменного тока и их практическая реализация на базе компонентов Фирмы Analog Devices.// CHIP NEWS, 1997, N 7 - 8. - с. 18 - 26.

99. ADSP - 2181 DSP Microcomputer. Data Sheet. Analog Devices Ins., 1995.

100. Глазенко Т. A., Синицин В. A., Томасов В. С. Коммутационные процессы и принципы построения силовых каскадов ШИП и АИН систем электропривода на защищенных транзисторных ключах // Электротехника, 1982, N 3. - с. 23 - 29.

101. Моин B.C. Стабилизированные транзисторные преобразоваатели. -М.: Энергоатомиздат, 1986. - 376 с.

102. Слепцов И. Н., Дроздов Б. В. Широтно - импульсная модуляция. -М.: Энергия, 1978. - 190 с.

103. Чиликин М.Г., Клюев В.И., Сандлер А. С. Теория автоматизированного электропривода. - М.: Энергия, 1979. - 616 с.

104. ADMC200 Motion Coprocessor. Datasheet. Analog Devices Ins., 1995.

Приложение 1 Ввод параметров генератора

Ввод элементов соединений

Ввод геометрических и электрических параметров участка

Приложснис 6 Ввод элементов зашиты участка

Ввод параметров разъёмов

Ввод параметров трансформатора

Ввод типа преобразователя

Ввод параметров преобразователя

Ввод типа клеммой коробки