Разработка структуры математических моделей СЭС на различных уровнях декомпозиции для расчета массоэнергетических, количественных, тепловых и других основных параметров и характеристик СЭС, страница 2

Также учитываются связи с целевой задачей, решаемой космическим аппаратом на орбите: надежность СЭС, которая зависит от надежности КА, и срок активного функционирования КА, который зависит от надежности СЭС и других факторов. Другая косвенная связь с задачей КА замыкается через орбитальные условия, так как все связи СЭС с орбитальными условиями определяются параметрами орбиты, которые определяются целевой задачей КА.

Система уравнений, описывающая внешние связи СЭС, имеет вид:

Эти уравнения являются обобщенным вариантом, так как по мере детализации модели указанные аргументы дифференцируются между частными зависимостями или исключаются из зависимостей после соответствующего анализа функционирования системы.

E_БФ – освещенность БФ, Вт/м²;

Т_БФ – температура БФ;

t_об – период обращения;

S_БФ – площадь БФ, м²;

М_СЭС – масса СЭС, кг;

P_СЭС – вероятность безотказной работы СЭС;

 - тепловая мощность, отводимая от СЭС, Вт;

t_КА – время работы КА;

U_БА – напряжение БА, В;

I_БА – ток БА, А;

В схемах :

U_Г – напряжение группы ФП, В;

Iг – ток группы ФП, А;

S_Г – площадь группы ФП, м²;

М_Г – масса группы ФП, кг;

P_Г – вероятность безотказной работы группы ФП;

 - тепловая мощность, отводимая от группы ФП, Вт;

U_БФ, I_БФ, S_БФ, М_БФ, P_БФ, - аналогичные параметры для БФ;

U_ФП, I_ФП, S_ФП, М_ФП, P_ФП, - аналогичные параметры для ФП.

2. Декомпозиция

На рис. 2.1 приведена схема декомпозиции СЭС на агрегаты (БФ, БХ, АРК), узлы (группы БФ, блоки БХ, регуляторы (ЗУ, РУ)) и элементы (ФП, АК).

Ряд функциональных связей дифференцируется между агрегатами согласно их функциональному назначению.

Рисунок 2.1. Схема декомпозиции СЭС на агрегаты, узлы, элементы.

3. Структура функциональных связей

3.1. Уровень агрегатов

Структура функциональных связей на уровне агрегатов представлена на рис. 3.1.

Структурная схема СЭС (рис. 1.1.) и схема декомпозиции СЭС (рис. 2.1.) позволяют сформировать структуру функциональных связей  агрегатов СЭС (рис. 3.1.), групп ФП в БФ (узлы, рис. 3.2.), ФП в группы ФП (элементы рис. 3.3.), блоков (Б) аккумуляторов (АК) в БХ (рис. 3.4.), аккумуляторов в блоки (рис. 3.5.).

Рисунок 3.1. Структура функциональных связей агрегатов в СЭС

Необходимо обосновать структуру межагрегатных внутренних связей.

СЭС обеспечивает электроэнергией бортовых потребителей, при этом АРК СЭС стабилизирует выходное напряжение и распределяет электроэнергию между БХ и БА. Связь БХ осуществляется путем увязки требуемого I_БХ и получающегося при этом U_БХ (зарядно-разрядная характеристика). БФ – первичный источник электроэнергии, поэтому связь с БФ заключается в обеспечении взаимосвязи между заданными U_БФ и получаемым при этом I_БФ (вольт-амперная характеристика).

Функциональные зависимости для агрегатов и СЭС на уровне агрегатов:

а) для БФ:

б) для БХ:

в) для АРК:

г) для СЭС:

3.2 Уровень узлов

Рассмотрим функциональные связи узлов БФ и БХ.

Рисунок 3.2. Структура функциональных связей в узлах БФ

Рисунок 3.3. Структура функциональных связей в узлах БХ

3.3 Уровень элементов

Рис.3.4 Структура функциональных связей элементов БФ

Рис.3.5 Структура функциональных связей аккумуляторов в блоках БХ

4. Структура математических модели СЭС

Система уравнений, приведенная ниже, описывает структурную схему СЭС и структуру функциональных связей между агрегатами. Основу модели составляют функциональные зависимости уровня элементов и внешние связи, которые требуют конкретизации.

а) модель внешних факторов:

б) модель БФ:

в) модель БХ:

г) модель АРК:

д) дополнительные зависимости для СЭС в целом:

Таким образом, разработанная структура математической модели СЭС может применяться для решения различных проектных задач.

Список использованной литературы

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

2.  Безручко К.В. Расчет характеристик солнечных батарей на основе математических моделей. – Харьков, ХАИ, 1996г. – 39с.

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

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

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