CC BY
18Решетневские чтения
УДК 629.78
С. Г. Ляшенко, А. Б. Базилевский
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
РАБОТА ОПТИМИЗИРОВАННОЙ НИКЕЛЬ-ВОДОРОДНОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
Рассмотрено нахождение оптимального способа обеспечения теплового режима никель-водородной аккумуляторной батареи системы электропитания космического аппарата негерметичного исполнения.
В связи с увеличением срока активного существования (САС) телекоммуникационных космических аппаратов (КА) до 15 лет к системам электроснабжения (СЭС) космических аппаратов предъявляются повышенные требования.
Для повышения энергетических и ресурсных характеристик никель-водородной аккумуляторной батареи (НВАБ) необходимо создание системы термостабилизации, которая будет обеспечивать оптимальную температуру на уровне +15 ± 3°С, а также минимальный градиент температуры как по конструкции АБ в целом, так и каждого отдельно взятого аккумулятора.
В настоящее время ОАО «ИСС» реализует различные схемы терморегулирования АБ, от конвекторного газового охлаждения и терморегулирования с помощью жидкостных коллекторов до непосредственного сброса тепла с корпуса АБ в космическое пространство путем лучистого теплообмена. Такие схемы позволяют обеспечивать рабочую температуру АБ в диапазоне 0...40 °С, что значительно снижает ее КПД и срок службы.
Задача решается конструктивным исполнением как аккумулятора, так и батареи в целом. В корпусе аккумулятора установлена тепловая труба. Плита выполнена в виде двух пластин, между которыми находится энергоемкое вещество. Корпус тепловой трубы является одновременно борном, ее конденсаторный конец находится в тепловом контакте с радиационным теплообменником, рассчитанным на среднюю мощность тепловыделения отдельного аккумулятора. На данную идею выдана приоритетная справка № 208150891 от 22.12.2008 г., по которой получено положительное решение.
В процессе циклирования, представленном на рисунке, на протяжении одного витка АБ работает следующим образом. В зависимости от текущей емкости и температуры мощность тепловыделения батареи меняется, поэтому ее можно представить как среднюю, которая отводится тепловой трубой и наложенную на среднюю переменную составляющую, рекуперирующуюся энергоемким веществом. Такое распределение принято с целью минимизации массы энергоемкого вещества. При заходе КА в тень Земли (по-
ложение № 1 на рисунке) вся нагрузка обеспечивается электроэнергией от АБ, что приводит к увеличению ее мощности тепловыделения, а значит и повышению температуры. Включается тепловая труба, энергоемкое вещество начинает переходить из твердой фазы в жидкую. К концу тени почти все энергоемкое вещество находится в жидкой фазе. После выхода из тени (положение № 2) начинает работать солнечная батарея, а н агрузка на АБ падает. Соответственно падает мощность тепловыделения и температура, энергоемкое вещество начинает переходить в твердую фазу, работающая тепловая труба способствует этому.
Цикл КА
Заряд батареи начинается в положении № 3 -тепловая труба продолжает работать, позволяя энергоемкому веществу переходить в твердое состояние далее. В положении № 4-6 КА поворачивается так, что радиационный теплообменник начинает облучаться Солнцем. Его температура и, соответственно, температура конденсаторных концов тепловых труб повышается и они автоматически отключаются в силу устройства тепловой трубы. Стабилизация температуры АБ продолжается за счет оставшегося в жидкой фазе энергоемкого вещества и продолжается до его полного пе-
Системы управления, космическая навигация и связь
рехода в твердую фазу (положение № 7-8). АБ к этому времени полностью заряжена и готова к прохождению КА следующей тени.
По сравнению с аналогами. заявленная батарея имеет то преимущество, что в ней исключается вредное влияние расхождения отдельных аккумуляторов по емкости за счет стабилизации темпе-
ратуры электродного блока при одновременном исключении присоединенной массы и энергопотреблении служебных устройств (поэлементной диагностики, байпасных ячейкеек), что обеспечивает максимум удельной энергии батареи ^уд[Вт-ч/кг] при ее минимальном ресурсном спаде.
S. G. Lyashenko, A. B. Bazilevskiy Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk
THE OPERATION OF THE SPACECRAFT OPTIMIZED NICKEL-HYDROGEN ACCUMULATOR
The search for an optimum way to provide a thermal rate of the nickel-hydrogen storage battery in the system of a space vehicle power supplies is of great importance.
© ^ameHKO C. r., Ea3H^eBCKHH A. E., 2009
УДК 621.394.6;654.1
С. Н. Назаров
Ульяновское высшее авиационное училище гражданской авиации, Россия, Ульяновск
ПРИМЕНЕНИЕ СТОХАСТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПОЛЛИНГА ДЛЯ ОЦЕНКИ ХАРАКТЕРИСТИК БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
Рассматривается метод производящих функций и метод ветвящихся процессов стохастических моделей поллинга. На примере исследования циклических систем поллинга с исчерпывающим обслуживанием определяются распределение цепи Маркова, характеризующее число заявок в системе. Рассмотрены свойства стохастического разложения времени занятости сервера.
Беспроводные сети передачи информации становятся основным направлением развития сетевой индустрии. Для оценки их характеристик широко применяются стохастические модели поллинга [1; 2]. Системы поллинга являются разновидностью СМО с несколькими очередями и общим обслуживающим прибором (сервером). В каждую очередь поступает свой поток заявок, обслуживающий прибор по определенному правилу посещает очереди и обслуживает находящиеся в них заявки. Очереди системы поллинга обслуживаются согласно заданной дисциплине обслуживания, характеризуемой числом заявок, которые могут быть обслужены сервером за одно посещение очереди. Развитие сотовой связи, широкополосных беспроводных сетей, таких как Wi-Fi, WiMAX требуют разработки новых методов анализа и синтеза систем поллинга [3; 4].
Модель поллинга содержит один сервер и N очередей с неограниченным числом мест для ожидания. В i-ю очередь поступает стационарный пуассоновский поток заявок с параметром Qi - время обслуживания заявок в очереди - независимы и одинаково распределен. Для нахожде-
ния распределения числа заявок в системе пол-линга в момент опроса очереди широко используется метод производящих функций с исчерпывающим или шлюзовым обслуживанием очередей.
При шлюзовом обслуживании очередей случайные величины Х{ связаны соотношением [4; 5]
XJM =
xi + A (Z ba + Si+i), j * i,
k=1
Aj(f>,k + St+i),
где ВЛ - время обслуживания заявок; (Т) - число заявок, поступивших в j-ю очередь за время Т.
Для систем поллинга справедлив закон Хин-чина: стационарное распределение числа заявок в системе в произвольный момент времени совпадает со стационарным распределением числа заявок в системе в момент завершения обслуживания.
Ъ(т) - производящая функция числа заявок в г-й очереди в произвольный момент времени определяется следующим выражением:
