Проблемы энергопотребления машин. 
Борьба за к.п.д. Особенности конструкций машин, работающих на земле и в космосе

Таким образом, электромеханическая система, достаточно обширна, и определяет структуру и принцип динамики движения космического аппарата в зависимости от его назначения. Принцип действия (см. рис. 3.3) электромеханической системы типовой космическоймашины:

В результате отделения последней ступени ракеты-носителя машина получает вращение, определяемое некоторой угловой скоростью. Датчик угловых скоростей по строительным осям 9 регистрирует эту скорость, ииспользуя автоматику и электроклапанагазореактивной системы 3, происходит ориентация и стабилизация объекта. Дальнейшую его ориентацию и стабилизацию обеспечивают электромеханический построитель местной вертикали 13 и гироскопический датчик курса 18, вырабатывающие сигналы, которые поступаютв автоматическую систему, газореактивныйдвигатель и электромагнит для сброса кинетических моментов 6 или электродвигатель-маховик 19. Затем с помощью оптико-электромеханическогоастродатчика 2 корректируется ориентация космического аппарата в пространстве с помощью электрореактивного двигателя системы коррекции 20. При этом происходит постоянная ориентация солнечных батарей 1 с соответствующими аккумуляторными батареями, обеспечивающими электроэнергией космический аппарат в целом, в том числе инфракрасную аппаратуру 12, электропривод системы терморегулирования 15 и электродвигатель-вентилятор 16. С развитие многочисленного количества функциональных областей применения электромеханической системыв космических летательных аппаратах с первых дней освоения космического пространства происходили интенсивные научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы. Они производились при условии наземного испытания отдельных электрических машин, приборов и различных систем для космических аппаратов, так и особенно отрабатывались в условиикосмического орбитального полета. При этом к элементам электромеханической системыпри орбитальном полетеприсоединялись соответствующие датчики, характеризующие работоспособность частей системы (регистрацияпоказателей датчиков осуществлялась методами телеметрии).При движении космической машины в условиях отсутствия сил сопротивления двигатель-маховик обеспечивает на протяжениидлительного времени силовое управление космическим аппаратом для ориентации корпуса параллельно оси своего ротора.

При расположении трех таких электродвигателей-маховиков таким образом, чтобы оси их роторов были параллельны трем строительным осям космического аппарата (рис. 3.3), обеспечиваютвозможность любой ориентации и стабилизации космическоймашины в целом, а, следовательно, научной аппаратуры, которая на нем установлена. С целью обеспечить высокую точность стабилизации и ориентации космического летательного аппарата обычно пользуются системами, состоящими из трех ступеней исполнительных органов. Первая ступень (быстродействующая) электродвигатель-маховик; вторая ступень управляющий моментныйэлектрогироскоп; третья ступень космические моментный электродвигатель, газореактивный или электрореактивный двигатели. Использование трехступенчатой системыдает возможность наиболее полного сочетания свойств стабилизирующих устройств электродвигателя-маховика, обладающего большим рабочим диапазоном «до насыщения», с моментным электрогироскопом, имеющим малый рабочий диапазон. Электрореактивный маховик производит отработку малых возмущений, а также компенсирует влияние нелинейности, которая присуща силовому управляющемуэлектрогироскопу. Несомненно, очень важной является проблема: обеспечить заданную температуру для работы всех приборов и механизмов, которые находятся как внутри, так и вне космическоймашины. Терморегулирование приборов, которые находятся вне космическоймашины, обычно осуществляютпосредством естественного теплопоглощения и теплоизлучения поверхностей в условиях глубокого вакуума. Основным назначением системы терморегулирования внутри космического аппарата является процесс отвода тепла, которое выделяется вследствие работы приборов, а также тепла, которое аппарат получает от Солнца и Земли. Необходимую температуру внутри аппарата сохраняют, если обеспечен баланс притока тепловой энергии к объекту и удаления ее из объекта путем излучения в космическое пространство. Излучающие поверхности космического аппарата могут быть стационарными или регулируемыми с помощью жалюзи или передвижных экранов.

В любом случае подвод тепла к излучающим поверхностям осуществляется с помощью жидких или газообразных теплоносителей. Работа системы терморегулирования обеспечивается электромеханическими устройствами, которые осуществляют открытия, закрытия, перемещения жалюзи и экранов, регулирующих поступление и излучение энергии, а также вращение насосов и вентиляторов, обеспечивающих движение теплоносителей, переносящих тепло от нагретых участков космического аппарата к его холодным поверхностям. Особые проблемы при терморегулировании связаны с отводом тепла из орбитальных тепловых космических электростанций с ядерным или химическим топливом, поскольку на этих станциях вследствие низкой величины их КПД необходимо отводить большое количество энергии в вакуум при относительно высокой температуре излучающих поверхностей. Если средняя мощность электрической энергии на современных космических аппаратах исчисляется несколькими киловаттами, то в будущем потребуются сотни и тысячи киловатт. Электрическая энергия в принципе может быть получена в результате преобразования других видов аккумулированной энергии тепловой (при химических реакциях между горючим и окислителем), ядерной (при использовании ядерного горючего) или путем прямого преобразования энергии солнечных фотонов. Особенностью машинных способов получения электрической энергии с помощью турбогенераторов является необходимость компенсации реактивного момента, который возникает в корпусе генератора при его нагрузке. При применении вращающихся машин (турбогенератора или насосов) для получения энергии приходится устанавливать парные турбогенераторы или специальные маховики-компенсаторы, имеющие для ликвидации моментов реакции на корпус противоположные направления вращения. Парные турбогенераторные агрегаты должны быть при этом снабжены чувствительными регуляторами частоты и напряжения, необходимыми для компенсации механических моментов, воздействующих на корпус космического летательного аппарата при изменяющихся электронагрузках бортовой электросети. Такую же компенсацию механических сил, связанных с нестационарным движением в замкнутом контуре ионизированного газа или жидкости, необходимо осуществить для линейных генераторов электрической энергии. Одна из главных проблем космических электростанций создание излучателя, предназначенного для охлаждения газа, циркулирующего в контуре теплоносителя, и для отвода тепла в мировое пространство. Эти излучатели должны иметь минимальные вес и толщину стенок, но в то же время должны быть достаточно надежными для работы в течение длительного времени.

Так же, как и при машинном способе генерирования электроэнергии в космических аппаратах, отвод большого количества тепла необходим в устройствах прямого преобразования тепловой («топливной») энергии в электрическую. Принцип прямого преобразования энергии в электрическую основан на прохождении теплового потока в камере сгорания химического топлива (горючего и окислителя) или в атомном реакторе через полупроводниковое или термоэмиссионное устройство, или, наконец, через ионизационную камеру МГД-генератора. Специфические электромеханические системы терморегулирования применяются в топливных элементах прямого преобразования энергии горения горючего и окислителя (например, водорода и кислорода) в электрическую энергию с очень высоким КПД (до 98%). При этом электромеханические системы обеспечивают соответствующий уровень давления газов, отвод дистиллята и сохранение общего температурного режима за счет искусственного охлаждения. Конструктивную форму и состав электромеханических устройств (а также специальных излучателей), которые предназначены для прямого преобразования «топливной» энергии в электрическую на космических летательных стационарных аппаратах, проектируют в зависимости от мощности космической электростанции, а также от назначения и длительности энергоснабжения бортовых потребителей. В случае производства электроэнергии в бортовой электростанции мощностью несколько десятков и сотен киловатт необходимы очень большие поверхности излучателей, исчисляемые сотнями и тысячами квадратных метров. В то же время электрические машины и генераторы, а также электротехническая аппаратура должны быть работоспособны и длительно функционировать при 500−600°C.Солнечные батареи представляют собой жесткие или гибкие панели с закрепленными на них полупроводниковыми фотоэлементами. Эти панели конструктивно располагаются либо по цилиндрической или сферической поверхности, либо по плоской поверхности. Электрические двигатели, которые управляют поворотом каркаса солнечных батарей, можно расположить как вне, так и внутри космическоймашины. Конструктивные формы этих электрических машин проектируют так, чтобы обеспечить отвод тепла или за счет естественной радиации, или же предусматривать искусственное охлаждение системы. Чаще всего в качестве таких исполнительных электрических машин могут быть использованы двухфазные асинхронные электродвигатели.

Заключение

.

В результате исследования были решены следующие задачи1) Изучено понятие, структура и конструкция машин.

2) Изучены источники энергопотребления машин3) Изучено понятие КПД и методы его повышения.

4) Исследована конструкция электромеханической машины летательного аппарата.

В результате можно сделать следующие выводы, о том, что современное развитие конструкций машин занимается решением задач:

увеличения производительности;

повышения КПД;увеличения мощности с повышением скорости движения рабочих органов;

расширением внедрения стандартизации и унификации деталей, сборочных единиц, комплектов и комплексов;

повышением точности действия, надежности и долговечности;

обеспечением безопасности эксплуатации и обслуживания;

внедрением автоматизации управления;

улучшением внешнего вида. Список использованной литературы.

Дунаев, П. Ф. Конструирование узлов и деталей машин / П. Ф. Дунаев. — М.: Высшая школа, 2013. — с.

352.Козловский М. З. и др. Теория механизмов и машин: учебник, М.: «Академия», 2006.

Приводы машин: справочник/ Под общ.

ред. В. В. Длоугого. — 2-е изд., перераб. и доп. — Л.: Машиностроение; Ленингр. отд-ние, 1982. — 383 с. Проектирование механических передач: учеб.

справ. пособие для втузов/ С. А. Чернавский, Г. А. Слесарев, Б. С. Козинцев и др. — 5-е изд. перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1984. -.

560 с. Решетов Д. Н. Детали машин. М., 1989.

— 496с. Скойбеда А. Т., Кузьмин А. В., Макейччик Н. Н., Детали машин и основы конструирования. — Мн: выш.

шк., 2006. — 560 с. Фролов К. В. и др. Теория механизмов и механика машин: учебник, М.: «Высшая школа», 2005.