МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГИБРИДНОЙ СИСТЕМЫ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОНОМНОГО НЕОБИТАЕМОГО ПОДВОДНОГО АППАРАТА БОЛЬШОЙ ДАЛЬНОСТИ

Л.А. Мартынова

Л.А. Мартынова Государственный научный центр Акционерное общество «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»

Ключевые слова: Автономный необитаемый подводный аппарат большой автономности, гибридная система энергообеспечения, электрохимический генератор, математическая модель, численный эксперимент

Аннотация

Рассмотрено функционирование гибридной системы энергообеспечения перспектив-ного автономного необитаемого подводного аппарата большой автономности. Отличи-тельной особенностью аппарата является использование гибридной системы энергообес-печения, включающей в себя литий-ионную аккумуляторную батарею и один или несколько электрохимических генераторов. Гибридная система энергообеспечения позволяет аппа-рату осуществлять попеременное движение в различных скоростных режимах, используя то один, то другой источник энергии. Однако использование аккумуляторной батареи требует ее полного заряда для обеспечения движения в высокоскоростном режиме в тече-ние всего заданного периода времени, что не всегда возможно из-за ограниченности пере-ходного периода между скоростными режимами. Целью работы явились разработка ма-тематической модели функционирования гибридной системы энергообеспечения и выявле-ние особенностей работы системы энергообеспечения при переходе от движения в эконо-мичном режиме к движению в высокоскоростном режиме в течение всего заданного пе-риода времени. Задачами исследования являлись: разработка математических моделей функционирования разнородных источников электроэнергии системы энергообеспечения; разработка алгоритмов совместного функционирования разнородных источников элек-троэнергии системы энергообеспечения на основе модели функционирования гибридной системы энергообеспечения; разработка алгоритмов функционирования системы энерго-обеспечения аппарата; разработка программной реализация алгоритмов функционирова-ния системы энергообеспечения; проведение численных экспериментов, направленных на исследование переходных процессов. Результаты моделирования работы гибридной систе-мы энергообеспечения позволили получить зависимости, позволяющие прогнозировать вре-мя движения аппарата в высокоскоростном. Результаты проведенных численных экспериментов позволили оценить допустимые диапазоны параметров источников электроэнергии системы энергообеспечения, время переходных процессов и связанные с этим ограничения. Математическая модель функционирования гибридной системы энергообеспече-ния может быть использована на последующих этапах отработки системы энергообеспечения путем масштабирования математической модели и большей детализации воспроизводимых процессов. Разработанный дружественный интерфейс программной реализации математической модели функционирования гибридной системы энергообеспечения может быть впоследствии взят за основу при разработке программного обеспечения автоматизированного рабочего места оператора на имитационных, стендовых, полунатурных и натурных испытаниях.

Литература

1. Апполонов Е.М., Бачурин А.А., Горохов А.И., Пономарев Л.О. О возможности и необхо-димости создания сверхбольшого необитаемого подводного аппарата // Сб. материалов XIII Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и за-дачи управления». – Ростов-на-Дону – Таганрог: ЮФУ. – 2018. – С. 34-42.
2. Илларионов Г.Ю., Лаптев К.З., Матвиенко А.П. Дополнительные требования к авто-номным необитаемым подводным аппаратам дальнего радиуса действия // Матер. 7-ой Всероссийской конференции «Технические проблемы освоения мирового океана», 2-6 октября. – Владивосток, 2017. – С. 25-33.
3. Лаптев К.З., Илларионов Г.Ю. Что может помешать подводному мореходству автоном-ного необитаемого подводного аппарата: // Сб. материалов XIII Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления». – Ростов-на-Дону: ЮФУ, 2017. – С. 138-146.
4. Наумов Л.А., Илларионов Г.Ю., Лаптев К.З., Бабак А.В. К вопросу о принципах плани-рования и особенностях формирования глобальных маршрутов автономных подводных роботов // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 11: в 2 ч. Ч. 2. – Тула: Изд-во Тул-ГУ, 2015. – 219 с.
5. Бриллиантов А.Н. Разработка и исследование основ построения энергетических систем подводных аппаратов: дис. … канд. техн. наук. – М., 2005. – 207 с.
6. Матвиенко Ю.В., Инзарцев А.В., Киселев Л.В., Щербатюк А.Ф. Перспективы повыше-ния эффективности автономных подводных роботов // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2016. – № 1 (174). – C. 123-141.
7. Encyclopedia of electrochemical power sources / Editor-in-chief Jürgen Garche. Amsterdam; Boston: Academic Press: imprint of Elsevier, 2009. – 4538 p.
8. World Robotics 2015 Service Robots: Service Robot Statistics. IFR International Federation of Robotics. – Свободный режим доступа: http://www.ifr.org/service-robots/statistics (дата об-ращения: 25.02.2019).
9. Unmanned Systems Integrated Roadmap FY2013-2038. – Washington, D.C.: Department of Defense, 2013. – Свободный режим доступа: http://www.defense.gov/pubs/ DOD-USRM-2013.pdf (дата обращения: 25.02.2019).
10. Игнатиус Д. Новое экзотическое оружие, которым Пентагон хочет сдержать Россию и Китай (The Washington Post, США) 26.02.2016 ИноСМИ // Новости ВПК: офиц. сайт. – Свободный режим доступа: http://vpk.name/news/150328_novoe_ekzoticheskoe_ oruzhie_kotoryim_pentagon_hochet_sderzhat_rossiyu_i_kitai_the_washington_post_ssha.html (дата обращения: 29.02.2018).
11. A Roadmap for U.S. Robotics From Internet to Robotics. – 2013. – Свободный режим дос-тупа: archive2.cra.org/ccc/files/docs/2013-Robotics-Roadmap (дата обращения: 29.02.2018).
12. Костенко В. В., Михайлов Д. Н. Определение параметров энергосиловой установки ав-тономного необитаемого подводного аппарата по заданной дальности хода // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2013. – № 3 (140). – С. 70-73.
13. Бакуменко Л.Г., Дядик А.Н., Сурин С.Н. Использование электрохимических генераторов на автономных необитаемых подводных аппаратах // Системы управления и обработки информации. – СПб., 2018. – Вып 1 (40).
14. Бакуменко Л.Г., Дядик А.Н., Кармазин А.С., Крятов А.Ю., Сурин С.Н. Определение ха-рактеристик автономного необитаемого аппарата на основе 3-D моделирования // Мор-ские интеллектуальные технологии. – 2018. – № 1 (39). – Т. 1.– С. 244-248.
15. Бакуменко Л.Г., Губанов Ю.А. Системы управления корабельными электрохимическими воздухонезависимыми энергоустановками // Системы управления и обработки информа-ции: научн. техн. сб. ОАО «Концерн «НПО «Аврора». – 2015. – Вып. 30. – С. 13-21.
16. Critical Infrastructure for Ocean Research and Societal Needs in 2030. The National Acade-mies Press. Washington, D.C. www.nap.edu.
17. Helge Weydahl, Oistein Hasvold, Oyvind Midtgaard, Kenneth Gade E Energiforsyning, styring og kontroll i ubemannede undervannsfarkoster og nye ubåter // Harlan-seminar. – 2015. – Свободный режим доступа www.sms1835.no/mig/harlan/2015/Harlan-foredrag.pptx (дата обращения: 25.02.2019).
18. Nicholas B. Pulsone, Douglas P. Hart, Andrew M. Siegel, Joseph R. Edwards, Kristen E. Railey. Aluminum-Water Energy System for Autonomous Undersea Vehicles // Lincoln La-boratory Journal. – 2017. – Vol. 22, No. 2. – P. 79-90.
19. Фоменко Н.Ю. Электрохимические генераторы (топливные элементы). – Свободный режим доступа http://www.lib.tpu.ru/fulltext/c/2014/C82/032.pdf (дата обращения 11.11.18).
20. Мартынова Л.А., Машошин А.И. Построение системы управления автономных необи-таемых подводных аппаратов на базе мультиагентной технологии // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2016. – № 2 (175). – С. 38-48.