MATHEMATICAL MODEL OF HYBRID ENERGY SYSTEM IN LONG-DEPTHS AUTONOMOUS UNDERWATER APPARATUS
Abstract
The hybrid power supply system functioning in a perspective autonomous underwater ve-hicle of high autonomy is considered. A distinctive feature of the device is the use of a hybrid pow-er supply system, which includes a lithium-ion battery and one or more electrochemical genera-tors. The hybrid power supply system allows the device to carry out alternate movement in different speed modes, using one or the other energy source. However, the use of a rechargeable battery requires its full charge to ensure movement in high-speed mode for the entire specified period of time, which is not always possible due to the limited transition period between speed modes. The aim of the work was to develop a mathematical model of the hybrid energy supply system function-ing and identify the features of the energy supply system during the transition from movement in economy mode to movement in high-speed mode during the entire specified period of time. The objectives of the study were the following: development of mathematical models for the operation of dissimilar energy sources of the energy supply system; development of algorithms for the joint operation of dissimilar energy sources of the energy supply system based on the functioning model of the hybrid energy supply system; development of algorithms for the operation of the power supply system of the apparatus; development of software implementation of algorithms for the operation of the energy supply system; carrying out numerical experiments aimed at the study of transients. The results of the hybrid power supply system simulation allowed us to obtain depend-encies that allow us to predict the time of the vehicle movement in high-speed. The results of the conducted numerical experiments allowed us to estimate the permissible ranges of the parameters of the sources of electric power of the energy supply system, the time of transient processes and the associated limitations. The mathematical model of the functioning of the hybrid energy supply system can be used in the subsequent stages of developing the energy supply system by scaling the mathematical model and more detailed reproducible processes. The developed user-friendly interface of the software implementation of the mathematical model of the functioning of the hybrid power supply system can subsequently be taken as the basis for developing software for the opera-tor’s automated workplace for imitation, bench, semi-natural and field tests.
References
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.
