Энергетические установки КА. Основные элементы

Любой тип энергетической установки КА включает следующие три основных элемента: источник первичной энергии, преобразователь первичной энергии в электрическую (иногда эти два элемента объединены) и устройство для отвода неиспользованного в процессе преобразования тепла в окружающее пространство.

Все виды первичных источников энергии могут быть разделены па две группы: бортовые, т. е. имеющиеся на борту КА, и внешни е, т. е. находящиеся вне КА. К бортовым источникам энергии относятся механические, химические и ядерные. Механическими источниками энергии являются, например, сжатые газы, пружины, маховики.

Под энергоустановкой понимают устройство, предназначенное для производства, преобразования и распределения тепловой, механической и электрической энергии. Поэтому энергоустановки бывают тепловые, которые вырабатывают потоки нагретых или охлажденных газов, паров, жидкостей; механические,  обеспечивающие необходимые крутящие моменты и мощности на валу ротора, создающие газовые, паровые и жидкостные струи высоких скоростей или обеспечивающие замкнутые емкости со сжатым газом или жидкостью; электрические, служащие для производства, преобразования и распределения электрической энергии.

К тепловым энергоустановкам (и агрегатам) относятся ядерные и химические реакторы разных типов, парогенераторы, конденсаторы, холодильники-излучатели, нагреватели, охладители, радиаторы разных типов и системы, их обеспечивающие.

К механическим энергоустановкам и агрегатам относятся поршневые, турбомашинные, электрические двигатели, компрессоры, насосы, генераторы газовых, паровых и жидкостных струй разных типов.

К электрическим энергоустановкам относятся машинные, фотоэлектрические, термоэлектрические, термоэмиссионные, электрохимические, магнитогидродинамические генераторы электрического тока разных типов.

Основные параметры энергоустановок.

Сравнение энергоустановок между собой

            Для сравнения энергоустановок между собой, определения областей использования энергоустановок, выбора оптимальной энергоустановки соответственно поставленной задаче необходимо ввести основные параметры энергоустановок и критерии их эффектив-ности. В зависимости от типа энергоустановки (тепловые, машинные, безмашинные и т.д.) используют термодинамические, энергетические, механические, электрические, массовые, габаритные, экономические, технологические параметры и критерии эффективности.

Рис. 1.9. Структурная схема типов преобразователей энергии

в электрический ток

            Для тепловых энергоустановок, т.е. использующих тепловую энергию, важным являются следующие термодинамические параметры:

Ø  максимальная температура источника энергии Т_г (Т₁), К;

Ø  минимальная температура холодильника Т_х (Т₂), К.

Если энергоустановка использует рабочее тело (газ, пар) или жидкие теплоносители, то  важными параметрами являются температура, давление и плотность рабочего тела в характерных точках термодинамического цикла, теплофизические характеристики  рабочего тела (С_р, К, R и др.);

Ø  термический КПД эквивалентного цикла Карно

                                 (1.11)

Ø  энтальпии и энтропии рабочего тела в характерных точках цикла и др.

К электрическим параметрам энергоустановки относятся:

Ø  электродвижущая сила генератора (ЭДС) Е, В;

Ø  напряжение, развиваемое электрическим генератором U, В;

Ø  сила тока генератора I, А;

Ø  электрическая мощность генератора, Вт:

                                  (1.12)

Ø  значения U, I, N_эл в расчетном режиме, т.е. U_р, I_р, N_эл.р;

Ø  частота переменного тока f, 1/с;

Ø  электрический КПД генератора  и др.

К энергетическим параметрам энергоустановки относятся:

Ø  максимальная   мощность, развиваемая энергоустановкой N_max, Вт;

Ø  минимальная мощность устойчивой работы N_min, Вт;

Ø  количество подведенного извне тепла Q₁,  Дж/кг; Дж; Вт;

Ø  количество отведенного тепла в холодильнике Q₂, Дж/кг; Дж; Вт;

Ø  удельная механическая работа единицы массы рабочего тела L, Дж/кг;

Ø  массовый расход рабочего тела (теплоносителя) G, кг/с;

Ø  мощность, развиваемая энергоустановкой N, Вт; Вт/кг; Вт/м²;