Моделирование сложных электроэнергетических систем летательных аппаратов

Авторы: С.П. Халютин, М.Л. Тюляев, Б.В. Жмуров, И.Е. Старостин

Тенденции развития авиации предполагают применение комплексных подходов к исследованию, разработке и сопровождению нового оборудования. Все более актуальным становится экономический фактор, предполагающий снижение затрат и на разработку, и на модернизацию, и на сопровождение авиационной техники. Одним из основных путей решения этой задачи является совершенствование методов математического моделирования отдельных устройств, комплексов и систем, а также летательных аппаратов в целом.

Практически на каждом этапе жизненного цикла самолета, в том числе и электроэнергетического комплекса (ЭЭК), используются различные (с точки зрения полноты описания, а также функционального назначения) математические модели (ММ)

На этапе разработки и проектирования ММ используются для исследования перспективных вариантов оборудования (синтеза законов управления, анализа энергетических потерь, погрешностей измерений в существующих образцах техники и т.п.). Математические модели для таких целей строятся на основе системы алгебраических, инегро-дифференциальных уравнений с непрерывным пространством состояний, где в качестве параметров выступают характеристики взаимодействия элементов системы (напряжения на клеммах источников, потребителей, распределительных устройств и токи, протекающие в соединительных цепях). Такой подход, в свою очередь, позволяет, при их реализации в ЭВМ, воспроизводится текущее функционирование электроэнергетического комплекса в некотором масштабе времени с заранее заданным входным воздействием (или возмущением). В зависимости от характера решаемой задачи в процессе моделирования, с требуемой степенью точности воспроизводятся параметры системы, характеризующие процесс преобразования и передачи электроэнергии. Это позволяет снизить затраты на проведение натурных экспериментов, а иногда дает возможность исследовать процессы, которые по тем или иным причинам невозможно реализовать в виде эксперимента (например, исследование аварийных режимов системы электроснабжения на борту летательных аппаратов).

Однако, известные методы математического описания процессов преобразования энергии в ЭЭК не позволяют в полной мере проводить анализ элементов с неравновесными процессами. К таким типам устройств можно отнести химические источники тока, которые являются важнейшей составляющей современных ЭЭК летательных аппаратов. Кроме того, понятие не¬равновесных процессов может быть положено в основу прогнозирования жизненного цикла системы (или её элементов), формирования стратегии эксплуатации и мероприятий по повышению эксплуатационной эффективности. Таким образом, совершенствование методов ММ ЭЭК может быть достигнуто применением новых подходов к моделированию процессов преобразования и передачи энергии между элементами системы на основе схем замещения с сосредоточенными параметрами, а также разработкой теории неравновесных процессов применительно к элементам и устройствам комплекса.

Бурное развитие вычислительной техники, связанное с повышением производительности, увеличением объемов памяти, повышением скоростей обмена данными в вычислительных сетях предполагает еще более широкое использование численных методов для моделирования, применение распределенных систем для вычислений, а также разработки новых методов моделирования, изначально предназначенных для реализации на компьютерах.

Первый раздел посвящен вопросам анализа структур электроэнергетических систем, тенденциям их развития, кроме того даны общие сведения о необратимых процессах, характерных для химических источников тока.

Во втором и третьем разделах приведены основные положения и примеры применения объектно-энергетического метода моделирования электроэнергетических систем летательных аппаратов для нормальных режимов работы и при характерных отказах систем электроснабжения.

В четвертом и пятом разделах представлен потенциально-потоковый метод моделирования необратимых процессов в замкнутых системах, показаны общие черты и отличия от других методов моделирования необратимых процессов, а также его применение для моделирования процессов в никель-кадмиевом аккумуляторе.