CC BY
7
13. Балухто А.Н. Искусственный интеллект в космической технике. Состояние. Перспективы применения: монография. М.: Радиотехника, 2021. 440 с.
14. Копкин Е.В., Иваню А.Ю. Применение технологий искусственного интеллекта в процессах контроля и диагностирования бортовых систем космических средств // Авиакосмическое приборостроение. 2022. № 7. С. 42-49.
Копкин Евгений Вениаминович, д-р техн. наук, профессор, vka@mil.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского,
Иваню Анна Юрьевна, адъюнкт, anya.korostylewa@yyandex.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского
STRUCTURAL-STOCHASTIC COMPUTATIONAL MODELS FOR MONITORING THE TECHNICAL CONDITION OF ONBOARD SPACECRAFT SYSTEMS
E.V. Kopkin, A. Y. Ivanyu
The article is devoted to the formation of a structural-stochastic computational model for monitoring the technical condition of onboard spacecraft systems. The relevance of the research is due to the need to increase the reliability of monitoring the technical condition of onboard spacecraft systems in conditions of increasing their number, complexity and modernization of their elements, as well as increasing the intensity of the flow of measuring information subject to complex processing and analysis. All these factors point to the need for the use of information and analytical systems based on modern methods of diagnosis and decision support, which will ensure the identification and parrying of emergency situations caused by failures of aggregates, much earlier than their possible consequences will manifest themselves. The scientific novelty of the proposed device consists in the use of a stochastic operator, which will provide the required efficiency and reliability of monitoring the technical condition, as well as taking into account the accompanying incompleteness and distortion of telemetric information. The practical significance of the work lies in the fact that the use of the proposed approach will improve the quality of the results of assessing the technical condition of spacecraft in conditions of distortion of telemetric information. Increasing the reliability of monitoring the technical condition of spacecraft onboard systems will allow timely actions to be taken to prevent emergency situations occurring on board the spacecraft, as well as to preserve the ability to control the spacecraft in various conditions.
Key words: technical condition, structural-stochastic computational models, G-networks, telemetry information, formal grammars.
Kopkin Evgeny Veniaminovich, doctor of technical sciences, professor, professor of the department, vka@mil.ru, Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky,
Ivanyu Anna Yuryevna, adjunct, anya.korostylewa@yandex.ru, Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky
УДК 621.311.26
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-14-18
АНАЛИЗ ПЕРСПЕКТИВ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ МЕТОДОМ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКА ТЕПЛОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
А.С. Петрова, Е.И. Устинов, К.А. Амеличева, И.К. Устинов
В статье рассматриваются перспективы получения электроэнергии путём генерирования электрического тока с использованием энергии солнечного излучения. В инфраструктуре современного мира не редко возникает потребность обеспечение электроэнергии индивидуальных строений, расположенных в дали от городского электроснабжения. В связи с этим возникает потребность в создании автономного и возобновляемого источника энергии. Солнечная энергия относиться к возобновляемым энергетическим установкам, солнечная установка улавливает лучистую энергию солнца и переводит её в другие, удобные для использования виды энергии: тепловую или электрическую.
Ключевые слова: солнечная энергия, установка, парогенератор, линзы, электроэнергия.
Солнечная энергия относится к возобновляемым энергетическим источникам. Изобретение относится к солнечной энергетике и может найти применение как в солнечных электростанциях, так и в качестве энергетической установки индивидуального пользования. Указанная установка улавливают лучистую энергии Солнца и переводят ее в другие, удобные для использования виды энергии (например, тепловую или электрическую).
Известно, что по официальным прогнозам, доля альтернативных видов энергии к 2030 году должна вырасти до 15%. По данным ООН, инвестиции в развитие возобновляемых энергоносителей во всем мире превышают десятки млрд. дол. США.[1]. Таким образом, наука в нынешнем столетии должна попытаться сделать использование солнечной энергии более экономически оправданным, поэтому перед мировой наукой стоит задача в усовершенствование устройств, преобразующих бесплатную, практически неисчерпаемую и экологически чистую солнечную энергию в электрическую.
Сегодня в мире развиваются два направления различные по своей физике аккумулирования солнечной энергии. Первое - это преобразование через фотоэлементы, так называемые солнечные батареи. Второе - преобразование солнечной энергии через парогенерацию воды.
Перспективность солнечных парогенераторов заключается в том, что здесь к.п.д. переработки энергии солнца достигает 75% при высокой экономичности и простоты в эксплуатации [1].
Основные на сегодня технические проблемы по реализации проекта солнечного парогенератора: выбор материала энергетической установки на границе вода-трубопровод-пар; оптимальное техническое решение по аккумуляции солнечного света в ограниченном объеме воды; разработка электромеханической системы слежения фокуса солнечного потока на объем воды [2].
По существу, для того, чтобы перевести фиксированный объем воды в газообразное состояние требуется много тепловой энергии. И чем больше по объему емкость, тем больше по площади зеркальные или оптические системы, фокусирующие солнечную энергию на емкость с водой. Техническая проблема усложняется, когда энергетическая система находится в динамике [3]. Здесь движение фокусирующих механизмов, вместе с потоками воды и пара до преобразования в электричество, должно быть контролируемым, подача пара на турбину должна осуществляться в устойчивом режиме. Для решения большого количества технических задач, с целью реализовать идею солнечного парогенератора рассмотрим гипотезу: объем воды необходимо распределить предварительно на множество малых объемов, на которые дискретно фокусируется тепло. Технически, это осуществляется с помощью пучка капиллярных металлических труб, например, из титанового сплава, размеры которой - 5x0,3 мм. Чтобы разместить общий рабочий объем жидкости в десять литров, необходимо взять 65 метров такой трубы.
Выбор материала труб энергетической установки обусловливается двумя обязательными требованиями: высокой коррозионной стойкостью; наличием защиты при повышенной температуре на границе металл - вода - пар, от отложения нерастворимых включений. Так же титановые трубы обладают многими другими преимуществами над аналогами, научные труды и исследования в этой области наглядно демонстрируют [4-7] .Схема солнечной энергетической установки:
2 - поворотное устройство для вращения вокруг оси У, передвижения вдоль оси Z и перемещения вдоль оси X; 3 - блок линз; 4 - дискретный, капиллярный паровой котёл; 5 - распределительная коробка; 6 - труба подачи пара в двигатель; 7 - турбо-генератор; 8 - поворотное устройство для поворота вокруг оси Z; 9 - вентиль 3 для сброса избыточного давления в атмосферу; 10 - вентиль 2 для подачи пара в турбину; 11 - вентиль 1 для подачи жидкости в котёл;
12 - датчик давления на дне бака; 13 - датчик температуры в котле; 14 - датчик давления в котле
Принцип действия установки: изображён на рис.1. Схема солнечной энергетической установки.
В нагнетательном баке 1 предназначенном для хранения запаса жидкости создаётся некоторое давление, под действием которого жидкость поступает в капилляры дискретного котла. На капилляры котла 4 действует тепло сфокусированного блоком линз 3 солнечного света. Под действием теплоты, жидкость в котле начинает испаряться. Пар из множества капиллярных трубок направляется в распределительную коробку 5, где направляется в единственный выход - трубу подачи пара 6. В результате паровой поток приобретает значительную скорость и поступает в турбину турбогенератора 7. Вал турбины вращает вал ротора генератора, индуцируется ЭДС.
Подача жидкости осуществляется открытием вентиля 1 [11], при открытом вентиле 3 [9], Вентиль 3 предназначен для сброса в атмосферу избыточного давления котла, так как давление в котле превышает давление на дне бака. После того как нужное количество жидкости подано вентили 1 и 3 пере-
крываются, под действием тепла давление в котле растёт. При достижении давлением рабочего уровня, открывается вентиль 2 1[0], который до этого находится в закрытом состоянии. Рабочий цикл длится до израсходования жидкости котле, после, вентиль 2 закрывается, операция закачки жидкости повторяется. Для обеспечения непрерывности работы установки планируется разделить капилляры котла на несколько потоков таким образом, чтобы всё время одновременно было открыто одинаковое количество потоков.
Передача тепла точки фокусировки осуществляется посредством теплопередатчика, материал которого должен обладать высокой теплопроводностью, схема тепло-передатчика представлена на рис.2.
Собирающая линза
Рис.2. Схема тепло-передатчика
В принципе наводки фокуса используется тот факт, что путь Солнца на небосводе в любой день года и на любой широте нам известен с высокой точностью и один раз правильно сориентированная в пространстве и времени солнечная энергетическая установка будет исправно ориентировать солнечную панель перпендикулярно солнечным лучам, что максимально повысит кпд. Отсутствие в системе ориентации устройства контроля положения Солнца, имеющего каналы зенитального и азимутального слежения, позволяет значительно упростить и удешевить саму систему слежения за Солнцем и удешевить солнечную энергетическую установку в целом. Схема установки наводки фокуса представлена на рис.3.
Рис. 3. Схема установки наводки фокуса, (вид сверху)
Фокусировка обеспечивается поворотом оправки линз вокруг оси Y механизмом поворота, передвижением вдоль оси X по рамке и передвижением вдоль оси Ъ. Вращение вокруг оси Ъ осуществляется механизмом поворота 8. Рис.1. В совокупности, этих движений достаточно для настройки фокуса, механизм настройки фокуса представлен на рис.4.
Для практической реализации проекта по разработке и изготовлению опытно-промышленной установки солнечного парогенератора, необходимо будет решить ряд технических и технологических задач. Основные из которых:
разработка технологии изготовления увеличительных стекол с максимальными фокусирующими свойствами солнечных лучей;
разработка автоматизированной системы поворота и слежения за солнцем подвижной платформы с набором увеличительных стекол;
разработка оптимальной конструкции термоэлектрического генератора; разработка технологии изготовления капиллярных труб из титановых сплавов; разработка компактных эффективных паровых турбин; разработка системы подачи воды (пресной или морской);
разработка системы опреснения морской воды за счет солнечного парогенератора; разработка замкнутого цикла циркуляции воды в системе установки солнечного парогенератора;
разработка оптимальных режимов работы солнечного парогенератора с максимальным использованием солнечной энергии.
И это далеко не полный перечень технических и технологических вопросов, которые необходимо преодолеть при запуске солнечного парогенератора в опытно-промышленном масштабе.
Таким образом можно сделать вывод: чтобы Солнечная энергия была конкурентоспособной нужны наработки для увеличения ёмкости аккумуляторов и увеличения мощности и больше исследований в плане концентрации солнечных лучей на солнечные панели, дабы увеличить их эффективность и уменьшить срок окупаемости. Стремительное развитие солнечной энергетики, с использование инновационных мировых технологий, является главным конкурентом и в 2050 г. будет преимущественным на рынке энергетически экологичных технологий, что обеспечит к концу века все потребности населения электрической энергией [7].
Список литературы
1. Кордон М.Я., Симакин В.И., Горешник И.Д. Теплотехника: учебное пособие. Пенза: ПГУ, 2005. 167 с.
2. Воробьёв Р.Н., Огнева Е.Г., Ивлиев С.А., Солнечная энергетическая установка. Патент РФ №2141606, класс МПК F24J2/00, F03G6/00. и др.
3. Луканин В.Н., Шатров М.Г. Теплотехника: учебник для вузов. Москва: Высш. Шк., 2000.
671 с.
4. Амеличева К.А., Устинов И.К. Аналитические исследования оценки коэффициента вязкости металлов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 8. С. 426-429.
5. Сериков С.В., Устинов И.К., Сулина О.В. Исследование методов оценки коэффициента динамической вязкости металлов // Наукоемкие технологии. 2021. Т. 22. № 5. С. 30-34.
6. Устинов И.К., Волков А.В., Шестернина Е.А., Коржавый А.П. Существенная зависимость предельной дифформации титановых сплавов. Электромагнитные волны и электронные системы 2018. Т. 23. № 5. С. 49-55.
7. Павлов Н.А. Солнечная энергия - энергия будущего. Электроника: наука, технология бизнес, №1 (123), 2013. С. 130 - 137.
Петрова Алина Сергеевна, студент, Alin556ca@mail.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет),
Устинов Егор Игоревич, студент, Ustinovegor. igorevich@gmail. com, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет),
Амеличева Кира Александровна канд. техн. наук, доцент, aka2000@mail.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет),
Устинов Игорь Кириллович канд. техн. наук, доцент, Ustinovigorkir@yandex. ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета имени Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет),
ANALYSIS OF PROSPECTS FOR OBTAINING ELECTRICITY BY GENERATING ELECTRIC CURRENT USING SOLAR RADIATION ENERGY AS A SOURCE OF THERMAL RADIATION
A.S. Petrova, E.I. Ustinov, K.A. Amelicheva, I.K. Ustinov
The article considers the prospects of obtaining cheap electricity by generating electric current using the energy of solar radiation. In the infrastructure of the modern world there is often a need to provide electricity to individual buildings, located far from the city power supply. In this regard, there is a need to create an autonomous and renewable energy source. Solar energy refers to renewable energy plants, solar installation captures the radiant energy of the sun and translate it into other, usable types of energy: thermal or electrical.
Key words: solar energy, installation, steam generator, lenses, electricity.
Petrova Alina Sergeevna, student, Alin556ca@mail.ru, Russia, Kaluga, Kaluga branch of Bauman Moscow State Technical University (national research university),
Ustinov Egor Igorevich, student, Ustinovegor. igorevich@gmail. com, Russia, Kaluga, Kaluga branch of Bauman Moscow State Technical University (national research university),
Amelicheva Kira Alexandrovna, candidate of technical sciences, docent, aka2000@mail.ru, Russia, Kaluga, Kaluga branch of Bauman Moscow State Technical University (national research university),
Ustinov Igor Kirillovich, candidate of technical sciences, docent, Ustinovigorkir@yandex. ru, Russia, Kaluga, Kaluga branch of Bauman Moscow State Technical University (national research university)
УДК 621.833
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-18-22
МЕТОД РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПОТОКОВ
В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Р.И. Горяинов, И.В. Левко, Н.А. Шуваев
Статья посвящена исследованию проблем распределения потоков заявок на предоставление информационных услуг в автоматизированных системах специального назначения. Автоматизированная система включает в себя информационные системы пунктов управления и комплексов средств автоматизации (КСА). Функциями автоматизированной системы являются: управление коммутацией, передачей, предоставление информации, управление услугами. На первом историческом этапе построения информационных систем и сетей заранее спланированные пути передачи информации задавались при проектировании этих систем и сетей. Задача выбора путей передачи заявок и сообщений не являлась одной из подзадач управления сетью. Однако позднее появилось понятие «динамическое управление сетью», предполагающее постановку задачи формирования и выбора маршрутов в сети как задачу управления. Динамическое управление сетью предполагает адаптивную маршрутизацию. Под адаптивностью будем понимать такое функционирование системы, которое изменяется с учётом состояния внешней среды и внутреннего состояния, что определяет маршруты доставки в соответствии с этими состояниями. Динамические алгоритмы управления сетью принимают во внимание не только структуру самой сети, но и требования, предъявляемые к процессу передачи сообщений. Эффективность адаптивной маршрутизации информационной подсистемы зависит от правильной информации о состоянии подсистемы и поступающих потоков пакетов данных.
Ключевые слова: распределение потоков, информационные услуги, пункты управления, передача информации, пути передачи информации, динамическое управление сетью, маршрутизация.
Эффективность автоматизированной системы специального назначения (АС СН) во многом определяется используемыми протоколами маршрутизации и методами управления потоками заявок на предоставление услуг. Исходя из этого, вопросы организации процедур распределения потоков заявок в АС СН являются весьма важными и определяющими эффективность функционирования АС СН.
