Структурная схема СЭС. Декомпозиция СЭС на агрегаты, узлы, элементы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского

«Харьковский авиационный институт»

Домашнее задание по курсу

«Методы проектирования энергодвигательных систем космических летательных аппаратов»

Выполнил:

студент группы 451м

Проверил:

д. т. н., профессор

Харьков 2008
Содержание

Содержание. 2

1. Структурная схема СЭС. 3

2. Декомпозиция СЭС на агрегаты, узлы, элементы. 4

3. Структура функциональных связей. 4

4. Структура математических моделей СЭС. 6

Список использованной литературы.. 9

1. Структурная схема СЭС.

Первоначально проектируемые СЭС имели относительно низкую выходную мощность и  малый ресурс. Они строились по буферной схеме параллельного соединения первичного источника, накопителя и нагрузки (рис. 1.1). После того, как были исчерпаны ресурсы повышения эффективности таких систем за счет улучшения массоэнергетических характеристик источников электроэнергии, возникла необходимость в изменении буферной структуры и применении в системах электроснабжения электронных регуляторов и зарядно-разрядных устройств.

Рис. 1.1. Буферная структура СЭС: БА – бортовая аппаратура; БАРК – бортовая аппаратура регулирования и контроля; БФ – батарея фотоэлектрическая, БХ – батарея химическая

Основные агрегаты СЭС функционально связаны между собой и в процессе работы СЭС в составе КА достаточно сложно взаимодействуют друг с другом. Проектируя тот или иной агрегат, эти взаимодействия следует учитывать, применяя к его разработке системный подход и рассматривая СЭС как сложную техническую систему.

2. Декомпозиция СЭС на агрегаты, узлы, элементы.

Приведем схему декомпозиции СЭС (рис. 2.1.) на агрегаты (БФ, БХ, БАРК), узлы (группы БХ, БФ, ЗУ, РУ) и элементы (ФП, АК).

Рис. 2.1. Схема декомпозиции буферной СЭС на агрегаты, узлы и элементы: БАРК – бортовая аппаратура регулирования и контроля; Г – группы БФ; Б – блоки БХ; ФП – фотопреобразователь;  АК – аккумулятор

3. Структура функциональных связей.

Применяя структурную схему СЭС и схему декомпозиции СЭС, формируем структуру функциональных связей на уровне узлов СЭС (рис. 3.1, 3.2).

Рис. 3.1. Структура функциональных связей узлов БФ:

Рис. 3.2. Структура функциональных связей в узлах БХ

На рис. 3.1, 3.2 обозначены: E_БФ – освещенность батареи, Вт/м²; U_Г – напряжение группы ФП, В; I_Г – ток группы ФП, А; N_Г^Т – тепловая мощность, отводимая от группы ФП, Вт; М_Г – масса группы ФП, кг; S_Г – площадь группы ФП, м²; P_Г – вероятность безотказной работы группы ФП; P_БФ, М_БФ, S_БФ – аналогичные параметры БФ; Т_БФ – температура БФ, К; τ_КА – время эксплуатации космического аппарата, ч; аналогично обозначены параметры, характеризующие БХ и АРК.

4. Структура математических моделей СЭС.

Запишем систему уравнений, описывающую структурную схему СЭС и структуру функциональных связей между агрегатами. Основу модели составляют функциональные зависимости уровня элементов и внешние связи, которые требуют конкретизации.

4.1.  Модель внешних факторов:

E_БФ = f (h_α, h_π, i, ψ, θ, Ω, П_со^БФ);

Т_БФ = f (h_α, h_π, i, ψ, θ, Ω, П_со^БФ);

t_об = f (h_α, h_π);

Т^вх_СЭС = f (N^Т_СЭС);

4.2.  Модель БФ:

M^ФЭ_уд = f (тип ФЭ);

M_ФЭ = M^ФЭ_уд∙S_ФЭ;

M_г = M_ФЭ∙m_ФЭ∙n_ФЭ;

M_БФ = M_г∙ m_г∙n_г∙k^БФ_кон;

k^БФ_кон = f (S_БФ);

S_г = S_ФЭ∙m_ФЭ∙n_ФЭ;

S_БФ = S_г∙ m_г∙n_г∙k_зап;

k_зап  = f (S_г, m_г, n_г);

P_ФЭ = f (τ_КА, тип ФЭ);

P_г = f (P_ФЭ, m_ФЭ, n_ФЭ);

P_БФ = f (P_г, m_г, n_г);

U_ФЭ = (U_БФ∙β^г_U∙ β^ФЭ_U)/ (n_г∙n_ФЭ);

β^г_U = f (n_г); β^ФЭ_U=f (n_ФЭ);

I_ФЭ = f (τ_КА, E_БФ, Т_БФ, U_ФЭ);

I_г = I_ФЭ∙m_ФЭ∙β^г_I;

I_БФ = I_г∙m_г∙β^БФ_I∙k_дегр;

β^г_I  = f (m_ФЭ); β^БФ_I=f (m_г);

k_дегр = f (τ_КА, тип ФЭ, h_α, h_π, α);

4.3.  Модель БХ:

M_АК = f (Q^max_АК, тип АК);

M_Б = M_АК∙n_АК∙k^Б_кон;

k^Б_кон = f (M_АК, n_АК);

M_БХ = M_Б∙n_Б∙k^БХ_кон;

k^БХ_кон= f (M_Б, n_Б);

P_АК = f (τ_КА, Q^max_АК, тип АК)

P_Б = P_АК∙n_АК;

P_БХ = P_Б∙n_Б;

N^T_АК = f (τ_КА, I_АК, τ_з(р), T^АК_вх);

I_АК = I_Б = I_БХ\ n_Б;

N^Т_Б = N^Т_АК∙n_АК;

N^Т_БХ = N^Т_Б∙n_Б;

U_АК = f (τ_КА, I_АК, τ_з(р), T^АК_вх);

Q^max_АК = f (I_БХ, U_БХ, τ_КА, T^БХ_вх, Q_доп);

U_Б = U_АК∙ n_АК;

U_БХ = U_Б;

4.4.  Модель БАРК:

M_БАРК=f (τ_КА, T^БАРК_вх, I_БФ, I_БА, U_БА, τ_БА);

P_БАРК = f (τ_КА, T^БАРК_вх, I_БФ, I_БА, U_БХ, U_БА, τ_БА);

N^T_БАРК =f (τ_КА, T^БАРК_вх, I_БФ, I_БА, U_БА, τ_БА);

I_БХ = f (τ_КА, T^БАРК_вх, I_БФ, I_БА, U_БХ, U_БА, τ_БА);

τ_з(р) = f (τ_КА, T^БАРК_вх, I_БФ, I_БА, U_БХ, U_БА, τ_БА);

U_БФ = f (U_БА)

4.5.  Дополнительные зависимости для СЭС в целом:

M_СЭС = (M_БФ+M_БХ+M_БАРК+M_{каб.сети}) ∙k^СЭС_кон;

k^БФ_кон = f (M_БФ, M_БХ, M_БАРК);

P_СЭС = P_БФ∙P_БХ∙P_БАРК;

N^T_СЭС = N^T_БАРК + N^Т_БХ.

Список использованной литературы

1.  Бортовые энергосистемы на основе солнечных и химических батарей./ Н.В. Белан, К.В. , В.Б. Елисеев и др. – в 2-х частях. Харьков, ХАИ, 1992 г. – 452с.

2.  Солнечные энергосистемы космических аппаратов. Физическое и математическое моделирование./К.В. , Н.В.Белан, С.В.Губин, В.С.Кривцов и др./под ред. акад. НАН Украины С.Н.Конюхова. – Харьков, ХАИ, 2000г. – 515с.

3.  К. В. Расчет характеристик солнечных батарей на основе математических моделей / Учебное пособие для курс, и дипл. проект. -Харьк. авиац, ин-т., Харьков, 1995. -42 с.

4.  Автономные наземные энергетические установки на возобновляемых источниках энергии/К.В. , С.В.Губин. - Харьков, ХАИ, 2007г. – 26с.

5.  К.В., Ковалевский В.В. Расчет характеристик химических аккумуляторных батарей на основе математических моделей. - Харьков, ХАИ, 1996г. – 44с.