Системы электроснабжения, их типы. Общие характеристики, состав, структурно-функциональные схемы, страница 4

Механические колебания в узлах ЭУ возможны с частотами f=0,5…2500 Гц и амплитудами порядка 0,1…3 мм и вибрационными перегрузками до 12 g. Вибрации нарушают прочность узлов, уменьшают точность регулирования, увеличивают усилия, необходимые при перемещении деталей. Вибрирующие узлы устанавливают на амортизационные элементы, резьбовые  соединения надежно контрят.

Невесомость ухудшает условия конвективного теплообмена при кипении, конденсации теплоносителей, терморегулировании, требует для силовых замыканий в механических узлах ЭУ пружинных механизмов и др.

Радиационное облучение вызывает деградацию полупроводниковых устройств (процессоры ЭВМ, солнечные батареи, термоэлектрические генераторы и т.д.), приводит к охрупчиванию конструктивных материалов. Поэтому необходимо предусматривать установку радиационной защиты, увеличивать количество резервных блоков и узлов энергоустановки, что в принципе ухудшает эксплуатационные характеристики энергетического оборудования и увеличивает его массу.

Диаграммы энергопотребления и их анализ

Диаграмма энергопотребления (график электропотребления) представляет собой графическую или аналитическую зависимость величины потребляемой электрической или тепловой мощности всеми бортовыми потребителями (или потребляемого электрического тока) от времени. Эта диаграмма может быть построена на основе анализа задач полета ЛА, траектории полета, состава бортовой аппаратуры и уровня ее энергопотребления.

Профиль диаграммы энергопотребления может быть достаточно сложным (рис. 2.1). Часто при математической обработке профиль этой диаграммы упрощают, представляя ее в виде ступенек (рис. 2.2), полагая при этом переходные процессы мгновенными. Такое предположение правомочно, если речь идет об электрической, а не тепловой мощности, так как тепловые потоки достаточно инерционны.

Рис. Общий вид диаграммы энергопотребления

Рассмотрим для примера анализ диаграммы электропотребления космического аппарата, находящегося на орбите вокруг Земли. Основной источник тока на борту аппарата – солнечная батарея (СБ). В этом случае мощность потребителей чаще всего циклически повторяется в течение периода обращения КА (Т₁, Т₂, … Т_n), как показано на рис. 2.3. Такая диаграмма электропотребления называется циклограммой мощности БЭУ.

Рис. Упрощенное представление диаграммы энергопотребления

Рис. Циклограмма электрической мощности

Период обращения КА по орбите Т нужно разбить на два уча-стка: t_осв и  t_темн, т.е. на время, когда аппарат находится на освещен-ной Солнцем части орбиты (t_осв) и в тени (t_темн). Солнечная батарея вырабатывает ток на свету и не дает энергии в тени (рис. 2.4).

Диаграмма электропотребления КА за время периода обращения по орбите Т (рис. 2.4) позволяет решить ряд важных задач, определяющих основные характеристики энергоустановки:

Рис. Диаграмма электропотребления КА

за время периода обращения Т по орбите

- максимальный и минимальный уровни мощности ЭУ: N_max,  N_min;

- среднюю мощность основного источника тока – СБ, которую находят из уравнения баланса энергии ЭУ

                        

                                

где N_i - текущее значение мощности i–го потребителя,  Вт;

            t_i - время потребления мощности N_i;

            - скважность регулирования

                          

            Если солнечная батарея по принципу работы на свету может вырабатывать постоянную мощность N=N_cp, то для обеспечения переменной мощности потребителей необходимо на борту иметь еще один источник тока, способный питать потребителей на участках графика электропотребления (ГЭ), когда N_i>N_cp в режиме разряда, и забирать от СБ энергию в режиме заряда, если N_i<N_cp. Такой источник тока называется аккумулятором энергии, а режим его работы при  разряде и заряде – буферным.