ВВЕДЕНИЕ 7
1 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ПЕРЕДОВЫХ ЗАРУБЕЖНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ И РЕШЕНИЙ 9
2 ОЦЕНКА РАССЕИВАЕМОЙ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ
ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ 20
3 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МОДУЛЕЙ ПЕЛЬТЬЕ 32
4 МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ В СРЕДЕ ANSYS WORKBENCH 46
5 РАЗРАБОТКА СХЕМ СИСТЕМЫ 62
6 РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ 72
7 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 80
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 94
ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ 95
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 96
ПРИЛОЖЕНИЕ А 102
Двигатели и приводы распространены повсеместно. Они применяются в различных отраслях жизни людей, в промышленности, в космической отрасли. Однако они, как правило, запускаются и функционируют без должного внимания к температуре окружающей среды, особенно это важно при работе в условии очень высоких и экстремально низких температур, что ведет к уменьшению ресурса и падению надежности привода [1]. Кроме того, при работе приводов и различных типов двигателей в окружающую среду выделяется огромное количество неиспользуемой тепловой энергии, которую можно утилизировать.
Для летательных аппаратов актуальной, а иногда и критически необходимой является возможность терморегуляции и одновременного повышения коэффициента полезного действия (за счет возвращения части выделяющейся тепловой энергии привода) и ресурса таких систем как двигатели внутреннего сгорания, электроприводы, ответственные элементы приводов, нуждающиеся в качественном тепловом контроле. При помощи современных высокоэффективных термоэлектрических преобразователей и интеллектуальной системы управления эти задачи можно решить.
Важность физического явления, которое называется термоэлектричеством, занижена традиционно сложившимся мнением о невысоком коэффициенте полезного действия при генерации электрической энергии, а также в рамках ускоренного развития других альтернативных способов получения электричества. Однако в последние годы производители термоэлектрических генераторов достигли больших успехов в решении проблем эффективности передачи энергии и на данный момент КПД с 2% было повышено в 5 раз и практически достигает отметки в 10% [2].
Элемент Пельтье - простейший термоэлектрический преобразователь энергии и, соответственно, потенциально наиболее эффективный инструмент для создания интеллектуальной системы предпускового подогрева и рекуперации энергии приводов летательных аппаратов.
При всех явных достоинствах современных генераторных устройств, выполненных на базе модулей Пельтье, у них имеется общий недостаток - низкая максимальная температура нагрева, кроме того, данные устройства имеют относительно невысокий коэффициент полезного действия.
Целью диссертации является повышение эффективности энергетических элементов и устройств летательных аппаратов.
В рамках поставленной цели решаются следующие задачи:
- анализ технологической базы и рынка;
- установление технических характеристик модулей Пельтье;
- проведение лабораторных испытаний, оптимизация конструкции и режимов работы;
- обработка результатов и создание модели устройства в среде ANSYS;
- произведение расчетов, разработка схем и документации системы предпускового подогрева и рекуперации энергии приводов летательных аппаратов;
- оценка технико-экономических показателей;
- проведение анализа результатов.
Объектом исследования является интеллектуальная система предпускового подогрева и рекуперации энергии приводов летательных аппаратов.
Предметом исследования является термоэлектрический модуль Пельтье в системе предпускового подогрева и рекуперации энергии приводов летательных аппаратов.
Новизна настоящего исследования заключается в способе применения термоэлектрических модулей Пельтье для утилизации неиспользуемой тепловой энергии функциональных элементов и систем с одновременным повышением эффективности работы данных систем за счет рекуперации энергии теплового потока.
В результате выполнения магистерской диссертации получены следующие результаты:
1. Проведенный анализ показал возможность использования термоэлек-трических модулей Пельтье для генерации электрической энергии.
2. Экспериментальные исследования показали, что наибольшей эффектив-ности работы модуля Пельтье в электрогенерационном режиме можно добиться при наиболее высоких допустимых уровнях температуры и качественном охла-ждении.
3. Предложенная и запатентованная разработка интеллектуальной системы предпускового подогрева и рекуперации энергии позволяет повысить КПД ге-нерации, а также обеспечивает качественный нагрев «горячей» стороны и рав-номерное теплоотведение от «холодной» стороны модулей Пельтье.
4. Точность разработанной в среде ANSYS Workbench модели подтвержде¬на экспериментальными исследованиями. Моделирование позволит установить наиболее эффективные режимы генерации, и, соответственно, появляется воз-можность оптимизации конструкции, снижения потерь и повышения коэффи-циента полезного действия применяемой системы.
5. Проект представлен к реализации в рамках грантовой поддержки Фонда содействия инновациям по договору № 377ГУЦЭС8-03/56317 от 27.12.2019 г.
