Регистрация / Вход
Прислать материал

Прикладные научные исследования для разработки имитационно-натурных исследовательских комплексов мощных бортовых энергетических установок и систем аккумулирования энергии космических аппаратов

Докладчик: Мизрах Енис Аврумович

Должность: Профессор кафидры систем автоматического управления, СибГАУ

Цель проекта:
Проблема, решаемая проектом: совершенствование мощных бортовых энергетических установок и систем аккумулирования энергии космических аппаратов (КА) путём экспериментальных исследований и отработки оптимальных режимов эксплуатации на имитационно-натурных комплексах при обеспечении требуемой статической и динамической точности имитации основных подсистем энергосистем КА, и уменьшении энергозатрат путём разработки имитаторов подсистем с высоким коэффициентом использования электроэнергии (ГОСТ Р51387-99) и рекуперации энергии потребителя в сеть постоянного тока системы электроснабжения комплекса. Цель ПНИЭР: развитие теории построения энергосберегающих имитационно-натурных комплексов (ЭИНК) для исследования мощных бортовых энергетических установок и систем аккумулирования энергии космических аппаратов.

Основные планируемые результаты проекта:
По выполнении работ будут получены следующие результаты:
- разработаны принципы построения ЭНИК модульного типа, обеспечивающих максимальные атрибуты: быстродействие, эффективность, коэффициент использования электроэнергии и уменьшение массогабаритных характеристик комплекса;
- разработаны методы анализа, синтеза и проектирования ЭНИК, обеспечивающие требуемые статические и динамические характеристики подсистем и требуемые функциональные и эксплуатационные свойства;
- разработаны алгоритмы, математические и имитационные модели основных подсистем ЭНИК, позволяющие проводить проверку и отработку новых технических решений на стадии проектирования:;
- разработано программное обеспечение компьютеризированной системы управления комплексом;
- разработан и создан экспериментальный образец модуля ЭНИК с полезной мощностью до 8,0 кВт, позволяющий улучшить эксплуатационные и качественные характеристики комплекса;
- разработаны проекты технических заданий на проведение ОКР по реализации результатов исследований в энергетических системах КА;
- опубликовано не менее шести статей в журналах из перечня ВАК;
- предложено не менее шести патентноспособных технических решений;
- защищено не менее двух диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Зарубежные производители НИК (Agilent Technologies, Ametek Elgar и т.д) наращивания мощности НИК достигают за счет увеличения количества модулей с непрерывными законами управления. При этом существенно ухудшаются динамические характеристики подсистем комплекса вследствие увеличения паразитных индуктивностей и емкостей за счет увеличения длин соединительных проводов, числа распределительных колодок и т.п. Энергосбережению практически не уделяется внимания. Поэтому эти комплексы имеют большую массу, габариты, тепловыделения, что существенно ухудшает эксплуатационные свойства НИК.
В отечественной практике получил применение метод энергосбережения, использующий рекуперацию электроэнергии в сеть переменного тока (НИИАЭМ при ТУСУР, г.Томск). При этом используются импульсные методы преобразования энергии, что ухудшает динамические характеристики имитаторов, а при обеспечении требований к качеству электроэнергии, усложняются схемы рекуператоров и увеличивается их стоимость. В последнее время для электропитания комплексов используются источники бесперебойного питания (ИБП). Но, даже в этом случае, при отключении сети переменного тока рекуперация становится невозможной, следовательно, НИК - неработоспособен, что является существенным недостатком этого способа.
Предлагаемый ПНИЭР направлен на развитие нового метода энергосбережения, использующего рекуперацию электроэнергии в сеть постоянного тока комплекса. При этом существенно уменьшаются масса и габариты подсистем комплекса и увеличивается время работы комплекса от источника бесперебойного питания при отключенной сети переменного тока за счет уменьшения токопотребления от аккумуляторных батарей ИБП. Для развития данного направления требуются теоретические и экспериментальные исследования новых технических решений.
Для решения проблемы используются следующие новые подходы:
- комбинация импульсных и непрерывных методов управления имитаторами энергоустановок и подсистем, что позволяет повысить коэффициент использования электроэнергии и обеспечить требуемые динамические свойства имитаторов;
- рекуперация энергии нагрузочных устройств в сеть постоянного тока системы электроснабжения комплекса, что позволяет повысить коэффициент использования электроэнергии, существенно уменьшить энергопотребление из сети переменного тока и увеличить время работы НИК от аккумуляторных батарей источника бесперебойного питания при отключении сети переменного тока.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
В результате выполнения ПНИЭР будет разработана документация. позволяющая выполнять ОКР по созданию ЭНИК. Комплекс представляет интерес для разработчиков и изготовителей энергосистем, вторичных источников питания и энергопреобразующего оборудования ракетно- космических систем, автономных устройств (подводные аппараты, автомобили и т.п.) с источниками электроэнергии, использующими методы прямого преобразования различных видов энергии в электрическую ( солнечные батареи, аккумуляторные батареи, топливные элементы, термопреобразователи). Следует отметить, что мощность энергосистем космических аппаратов и автономных объектов непрерывно растет, что увеличивает спрос на поставку энергосберегающих натурно-имитационных комплексов (ЭНИК).
Конкурентные преимущества ПНИЭР:
1.Уменьшение энергопотерь при проведении испытаний примерно в три раза, что позволяет существенно улучшить эксплуатационные характеристики комплексов, примерно в два раза уменьшить массу и габариты комплекса.
2. Повышение точности имитации статических и динамических характеристик мощных энергоустановок систем энергоснабжения космических аппаратов, что важно для адекватности проводимых испытаний.
Данные преимущества возникают за счет оригинальных способов построения систем регулирования и стабилизации напряжения и тока с применением непрерывных и импульсных методов управления и применения оригинального метода рекуперации электроэнергии устройств в сеть постоянного тока системы электроснабжения комплекса.
В результате выполнения ПНИЭР будут выпущены проекты технических заданий, которые после согласования с заказчиками послужат основой для заключения договоров ОКР. Интерес к ЭНИК и отдельным подсистемам проявляют следующие организации: 1. ОАО "Информационные спутниковые системы", г. Железногорск Красноярского края. 2.ОАО «Российские космические системы» г. Москва. 3. ОАО «Сатурн». г.Краснодар. По нашим оценкам объем продаж может составить до 40 млн.руб. в год.
Предполагаемые патентноспособные технические решения . направленные на повышение энергосбережения, перспективны в части продажи лицензионных соглашений.

Текущие результаты проекта:
Проведен аналитический обзор современной научно-технической,
нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую
проблему, исследуемую в рамках ПНИ;
Разработаны принципы построения ЭИНК модульного типа;
В результате сравнительной оценки возможных вариантов создания ЭИНК
модульного типа разработана топология ЭИНК, наиболее полно удовлетворяющая
принципам построения ЭИНК модульного типа;
Разработаны новые технические решения топологий и электрических схем основных подсистем
ЭИНК, отличающиеся от известных более высокими техническими и
эксплуатационными характеристиками, поданы две заявки на получение патентов на полезные модели;
Разработана эскизная конструкторская документация для изготовления стенда для исследования
электрических характеристик перспективных литий-ионных аккумуляторов.
Изготовлен стенд для исследования электрических характеристик перспективных литий-
ионных аккумуляторов.
Исследованы характеристики перспективных литий-ионных
аккумуляторов.
Отправлены для опубликования две статьи в журнал, рецензируемый Scopus и одна статья в журнал из перечня ВАК.
Полученные результаты изложены в метериалах пяти конференций: 2- отраслевые, 3- с международным участием.
Защищена одна диссертация на соискание учёной степени кандидата наук по тематике ПНИЭР.