2024年, 第48卷, 第3期　
刊出日期：2024-03-20

  

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月球科研站能源系统技术专刊
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  “月球科研站能源系统技术”专刊发刊词

  裴照宇

  电源技术. 2024, 48(3): 353-353.

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  月球科研站基本型能源系统方案设计与关键技术研究

  张明, 唐程雄, 杜红, 彭兢, 马力君, 郑莎, 黄秀军, 徐红艳

  电源技术. 2024, 48(3): 354-362. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.001

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  调研了国内外无线传能技术和燃料电池技术的研究现状,在探月四期工程的整体规划框架下,对月球科研站基本型能源系统任务需求进行分析研究;提出了月球科研站基本型的能源系统组成,对能源系统的功能、工作原理和工作模式进行分析,给出了主要技术指标;对能源系统涉及到的关键技术进行初步分析,包括热电一体化能源综合利用技术、可再生燃料电池高可靠及高效控制技术、小型化高效远场激光无线传能技术、千瓦级近场无线传能技术和复杂多源能源系统稳定性建模与分析技术;基于方案设计和关键技术分析,对后续工作进行探讨,给出了下一步工作建议。
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  月球科研站建设初期的能源系统设计

  陈恒智, 张明, 刘玥怡, 陈乘新

  电源技术. 2024, 48(3): 363-370. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.002

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  随着中俄关于合作建设国际月球科研站谅解备忘录的签署,月球科研站的建设已被正式提上日程。针对月球科研站建设初期,月面支持设备少,可靠性要求高,需具备后期扩展能力等任务特点,从母线体制设计、供电系统设计及配电系统设计出发,提出了一种双母线体制下基本构架一致,独有功能选配的能源系统设计方案,可适用于构建科研站基本型的所有航天器。同时对方案中需要突破的可靠性提升及关键性能提升这两大类技术进行分析,给出未来的研究方向,为后续月球科研站基本型建设过程中能源系统研究和设计提供了参考。
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  行星、卫星探测器用移动供电平台电源系统技术研究

  马力君, 张明, 童乔凌, 李智铮, 卢嘉承, 宋相毅, 赵健

  电源技术. 2024, 48(3): 371-376. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.003

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  在不同场景下,行星、卫星探测器用的移动供电场合有不同的供电任务需求。基于未来的任务规划框架,对行星、卫星探测器用移动供电平台电源系统任务需求进行分析研究。对行星、卫星探测器用移动供电平台电源系统提供组成方案,并对电源系统的功能、工作原理和工作模式分析,给出主要技术指标。基于方案设计和应用场景任务类型,开展两类原理样机的研制,以及对后续工作进行探讨,为接下来的工作提供思路。
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  空间无人作业车无线充电系统设计

  赵健, 李嘉禄, 曾宪瑞, 鲁伟, 马力君

  电源技术. 2024, 48(3): 377-381. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.004

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  高效便捷地获取能量是空间无人作业车的必备功能。基于特殊的宇航空间环境,无线充电方式是空间无人作业车补充能量的重要方式。针对空间无人无线充电系统,介绍了当前空间无人作业车无线充电系统的研究现状,建立了LCC/S补偿拓扑以及后置Buck-Boost电路的硬件拓扑,提出了原边移相以及副边DC闭环的双边控制方法,并研制了一台样机。实验结果表明样机可实现恒压恒流指标为22 V/5 A的无线充电,在传输距离为6.5 cm时,系统的最大偏移距离为9.5 cm,最大传输效率88%。
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  月球探测激光传能系统仿真软件设计

  石德乐, 黄秀军, 王凯明, 侯欣宾

  电源技术. 2024, 48(3): 382-388. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.005

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  根据月球探测对激光无线能量传输的应用需求,提出了月球轨道和月面科研站激光传能两种应用模式,进行了激光无线能量传输仿真软件的需求分析,搭建了激光传能仿真软件架构,进行了全链路激光传能系统建模和仿真软件设计。另外,以月球极区永久阴影区探测为应用背景,进行了1 km距离、300 W电功率的激光传能系统仿真,并依据仿真结果进行了月面激光传能系统设计。该仿真软件的设计开发,可以为激光传能系统的设计提供理论依据和设计参考。
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  月球科研站多光束激光传能系统设计

  徐红艳, 石德乐, 黄秀军, 侯欣宾

  电源技术. 2024, 48(3): 389-394. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.006

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  针对月表阴影区的能源保障需求,提出一种基于多光束发射的激光无线能量协同传输方法,对月面激光无线传能链路效率进行了对比分析,由于808 nm半导体激光器和与之相应的GaAs光电池具有较高的转换效率,更适合距离1 km内激光传能系统。模拟了不同光束质量激光束经光学系统扩束后,发散角调节对于调焦精度的要求,以及远场光强分布,结果表明,基于多个高光束质量激光束的传能系统具有接收端光强分布可调、传输功率可扩展等优势,为面向极区阴影区探测的无线能源保障系统的实现提供理论依据。
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  一种用动态神经网络的月面科研站电源系统分析方法

  黄宇超, 宋相毅, 童乔凌, 张侨

  电源技术. 2024, 48(3): 395-400. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.007

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  月面科研站能源系统工况复杂,对其电源系统的稳定性分析十分重要,电源系统建模复杂,将其等效为黑箱子模型,通过输入和输出特性判断稳定性。提出了一种利用动态神经网络根据给定输入估计系统的预测输出,判断系统的稳定性。神经网络模型的训练数据集通过仿真生成,通过选择合适的神经网络结构和超参数,获得最佳的传递函数辨识结果。以Buck电路为例,采用MATLAB的Simulink模块进行仿真得到神经网络训练集,神经网络预测输出能贴近仿真输出,验证了该方法的有效性。
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  空间同位素热光伏转换技术研究现状

  林文立, 邵剑雄, 田岱, 杨爱香, 汤亮亮, 邱家稳

  电源技术. 2024, 48(3): 401-407. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.008

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  针对我国月球探测等深空任务在极端环境下对高效率、长寿命核电源发电技术的需求,基于热光伏转换技术效率高、静态工作稳定性好等技术特点,重点介绍了与通用标准热源GPHS相匹配的空间同位素热光伏式发电系统技术研究工作。结合未来可能的应用前景,调研了国际国内同位素热光伏发电领域的研究现状和最新进展,阐述了国内空间同位素热光伏转换发电技术研究的技术水平,力争为我国月球科研站等任务核电源新型发电技术的发展提供有益的参考。
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  星表核反应堆能量转换系统方案的初步优选与性能分析

  张昊春, 孙琦琦, 孙梓健, 张诚

  电源技术. 2024, 48(3): 408-415. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.009

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  为解决星表基地能源供给问题,选用大功率、长寿命的空间核电站作为其供电设备,对核电系统中的关键模块-热电转换的方案进行探究。通过构建多类评价指标建立评价体系,利用层次分析法(AHP)确定了热电转换的基本模型-布雷顿循环系统,在此基础上进行结构改进,建立回热式、再压缩式、预压缩式、简单中间冷却式循环系统的数理模型,推导其效率表达式,并探究系统压缩比、反应堆出口温度、冷却器出口温度、回热度等工况参数在一定变化范围内对不同结构的循环系统效率的影响,综合考虑确定简单中间冷却式布雷顿循环系统为最终的热电转换方案,以上研究可为星表核反应堆电站设计提供相应的理论指导。
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  月球科研站未来太阳电池阵设想

  刘吉晔, 尹兴月, 宋相毅, 肖云鹏

  电源技术. 2024, 48(3): 416-420. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.010

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  随着我国发布国际月球科研站项目,能源系统的需求逐渐清晰。太阳电池阵作为能源系统的重要组成部分,其性能指标尤其是体积比功率要求将越来越高。目前国内外航天器上应用最多的刚性或半刚性太阳电池阵的质量及收拢体积难以满足任务要求。因此,迫切需要开展高效轻质大面积太阳电池阵的技术研究,在满足大功率的前提下,减轻质量,减小收拢体积,对比分析了扇形展开式和卷绕展开式柔性太阳电池阵的优劣,针对科研站建设的不同时期给出了选用意向,并给出了下一步技术攻关方向,为我国未来月球科研站太阳电池阵的发展,起到有效的支撑和促进作用。
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  一种柔性太阳电池阵电传输解决方案

  邢路, 王志彬, 舒斌, 郝伟娜, 谢朋儒

  电源技术. 2024, 48(3): 421-425. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.011

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  柔性太阳电池阵由于其质量轻、收拢体积小、可重复展收等特点,具有极大的创新性和前瞻性,是目前和今后极具竞争力的太阳电池阵构型。针对目前柔性太阳电池阵收拢和折叠特性,传统电缆束和电连接器已经不再适用,急需寻找一种新型薄型结构电传输解决方案。提出了一种柔性电缆电传输方案,这种柔性电缆具有传输功率大、质量轻、收拢体积小、可折叠等特点,非常适合作为大面积、大功率的柔性太阳阵电传输的主方式,可为未来新型太阳电池阵的设计提供新方向、设计参考和技术支撑。
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  黑猩猩算法优化光伏MPPT的研究

  王宛阳, 朱立颖, 张明, 张文佳, 童乔凌

  电源技术. 2024, 48(3): 426-432. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.012

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  研究了黑猩猩算法对光伏最大功率追踪的优化,提出相应模型和方法。分析了月球科研站的光伏条件,建立了光伏系统仿真模型,模型包括光伏电池组、DC/DC变换器、最大功率追踪模糊逻辑控制器。模型根据电池组的非对称特性,设置控制器隶属度函数实现最大功率追踪。通过黑猩猩算法对最大功率追踪性能进行优化,提出适合评估最大功率追踪速度和精度的适应度函数建立方法以及隶属度函数参数迭代优化方法。根据运行结果优化控制设置,并与传统扰动观察控制进行对比。仿真结果表明：采用提出的优化模型和方法,光伏系统可以实现更快的功率追踪速度和更准确的最大功率输出。
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  质子交换膜燃料电池气体扩散层研究进展

  郭泽胤, 万成安, 郑莎, 李静波, 唐程雄, 郭帅, 李元锋, 陈永刚

  电源技术. 2024, 48(3): 433-438. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.013

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  质子交换膜燃料电池(PEMFC)可以提供较高的功率/能量密度,是未来空间探索最有前途的动力设备之一,其性能主要取决于内部反应物的传输和水管理。气体扩散层(GDL)作为燃料电池中的重要组成部件,与燃料电池的质量、水、热和电的多相传输紧密相关,是反应物和液态水的主要传输场所。因此,要提高燃料电池性能,合理的气体扩散层的设计至关重要。从提升空间燃料电池的使用寿命、稳定性及电化学性能的角度出发,综述了气体扩散层的物理化学特性,并介绍了多种改性方法,包括疏水性、结构和新型一体式GDL以及其对燃料电池性能的影响,为未来空间燃料电池高性能GDL设计提供了参考。
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  可视化燃料电池运行时间差异性研究

  王景润, 冯磊, 文陈, 白晶莹, 崔庆新, 李思振, 王楠, 郑莎, 万成安, 刘因儒

  电源技术. 2024, 48(3): 439-444. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.014

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  为了考察燃料电池启停过程中的特性,采用末端可封闭的可视化燃料电池单池进行发电实验,并采用数值模拟的方式分析杂质气体和产物水堵塞对电池性能的影响。实验结果表明,多次气体置换可提升反应气体的纯度,工作电压也随之上升,从而延长运行时间。燃料电池运行时间和置换次数呈对数线性关系。水气及水滴对可视化单池的运行时间具有一定影响,水气及水滴在一定程度阻碍了反应气体的进入,从而影响了可视化单池的运行时间。由于流道被水滴堵塞后,浓度过电压和欧姆过电压均会增加,导致有效电压减少。
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  空间氢氧燃料电池技术发展现状与趋势分析

  周子阳, 杜玮, 王星显, 罗若尹, 邓呈维

  电源技术. 2024, 48(3): 445-453. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.015

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  针对空间应用场景下的能源需求,对空间氢氧燃料电池技术现状和发展趋势进行分析,总结国内外在空间氢氧燃料电池发电技术的发展趋势,面向利用液氢液氧推进剂的一次燃料电池以及月面可再生电池应用场景,对多种空间电源技术方案进行对比,发现空间氢氧燃料电池在运载火箭上面级推进剂利用、月面探测能源系统、月球原位资源利用、长时间月面驻留等应用场景具有较高潜力。通过分析空间应用场景下氢氧燃料电池电源系统特点,对未来空间氢氧燃料电池技术发展趋势,空间氢氧燃料电池技术发展方向提出展望。
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  月球探测储能电池过放电影响分析

  史菁菁, 檀立新, 吴金伟, 杨锐, 原超

  电源技术. 2024, 48(3): 454-459. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.016

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  月球探测器与卫星等航天器不同,在月面工作时,月夜时间长达14 d,储能电池存在过放电的风险。通过对储能电池进行不同时长的过放电(采用电阻模拟载荷将电池过放电至0 V)试验,探讨了电池过放电对电池的容量、自放电等性能的影响。结果表明：过放电时间越长,电池的自放电性能越差,电池容量有小幅度下降。但经过活化后,自放电性能有明显改善。
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  极低温锂离子电池技术研究

  孟凡星, 李敏, 刘松涛, 杜建国

  电源技术. 2024, 48(3): 460-463. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.017

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  为提高锂离子电池在极低温环境下的充放电性能,解决电池在低温下剧烈极化和内阻增大等问题,采用了多种方法来优化电极材料和电解液。通过改变负极材料的配方和结构,提高了材料的导电性和锂离子嵌入/脱出速率;通过优化电解液的配方,并添加适当的添加剂,提高了电解液的离子电导率和抗冻性能。实验结果表明,通过这些优化措施,锂离子电池在极低温环境下的充放电性能得到显著提高。在–40 ℃以下的极低温环境下,优化后的电池具有更高的比容量和更好的循环性能。这些研究成果有望为未来空间科学技术的发展提供支持,并为锂离子电池在极端环境下的应用提供了新的思路和方向。
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  空间电源低气压放电的相关问题研究

  裴行政, 许志尧, 宋伟, 张明, 任亮, 高逸飞, 万成安

  电源技术. 2024, 48(3): 464-470. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.018

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  随着航天技术的快速发展,空间电推进、空间电子束焊接、空间通信、深空探测等空间任务对空间电源的电压等级和功率等级要求逐渐提高。由于空间电源输出电压等级的提高,电子产品在空间环境中的低气压放电问题逐渐显现。根据气体电介质的击穿理论,空间中低于大气压的环境意味着气体击穿电压水平比在大气环境中低得多,当达到一定的阈值电场强度时,电场将加快电荷载流子的运动,并最终发生击穿或闪络。针对空间低气压放电问题进行了调研、理论分析和静电场仿真,总结出现阶段适合空间电源应用的低气压放电理论,为空间高压电源及空间电源系统的发展打下基础。
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  一种可用于航天Boost拓扑电源参数辨识的数字孪生方法

  宋相毅, 黄宇超, 童乔凌, 张侨

  电源技术. 2024, 48(3): 471-476. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.019

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  电力电子变换器中元器件随时间退化会影响到航天电源的稳定性与可靠性。为确保航天电源的可靠性,并准确识别零部件状态,数字孪生依靠其非侵入性、数字化、高性价比、低风险、可视化与实时性的特点,可以解决电力电子变换器的故障趋势判断与状态检测的问题,从而保证航天电源的稳定性与可靠性。通过验证Boost拓扑电路的数字孪生模型,同时采用禁忌搜索算法以比较结果最小二乘误差为目标函数得到全局最优解,进行Boost拓扑电路参数辨识、实时监控。并且对比了100、500、1 000算法迭代次数对结果的影响,随着迭代次数的增加,最终结果与实际值仅有最大0.96%的误差。验证该项技术可应用到航天电源的实时状态监控,以保证其可靠性。
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  卫星BCDR模块双向LLC谐振变换器拓扑研究

  张枭瑞, 赵欣博, 蒋硕, 赵田, 李楚薇

  电源技术. 2024, 48(3): 477-483. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.020

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  研究了双向LLC谐振变换器,该拓扑作为功率变换器,适用于卫星充放电调节器中。通过对该变换器的结构、原理进行分析,提出了一种同步整流控制方法和同步等宽变频控制方法相结合的策略,通过PSIM实现了双向LLC谐振变换器应用于卫星充放电调节器的仿真,双向最大输出功率为4 kW,适应了卫星充放电要求的电压范围,实现了充放电模式切换、恒压恒流充电模式切换以及Taper充电模式,解决了传统LLC谐振变换器及控制方法存在的能量无法双向流动、存在循环功率、开关损耗偏大等问题。
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  多能源调节变换器技术研究

  马力君, 宋涛, 代磊, 张明, 鲁伟, 宋相毅, 赵健

  电源技术. 2024, 48(3): 484-488. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.021

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  考虑到以月面环境为典型的深空探测任务的昼夜时长和温差大的情况,为解决驻留区面对多能源的应用问题,研究了在驻留区实现多能源调节的关键技术,重点探讨了多能源管理模块系统,在多能源管理模块系统部分,首先对系统进行了模块划分和能量调度的研究。通过采用系统控制方式将驻留区能量管理模块设计成不同调节域的能量调度策略,实现了不同能源之间的协同工作和优化利用。并且对系统的控制方式和拓扑结构进行了深入研究。在能量调节变换器部分,介绍了RTG功率调节、核反应堆功率调节、SAS功率调节、燃料电池功率调节等技术。通过系统统一控制,使得多种能源的供给能够相互协调,满足驻留区对能源的需求。
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  深空探测应用微型化自适应算法控制器研究

  卢嘉承, 韩尚卿, 童乔凌, 黄宇超, 闵闫, 李启东

  电源技术. 2024, 48(3): 489-493. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.022

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  深空探测应用控制系统中最为核心的是控制器的设计。通过采用先进的控制策略,能降低对控制器处理能力的需求。面对工作需求多样,工作内容复杂的深空探测应用,微型化控制器需要更加智能的算法和更加合理的控制策略来维持系统的稳定性。
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  一种应用于探测的可预测电流模式FSBB电路

  李智铮, 黄宇超, 童乔凌, 闵闫, 李启东, 马力君

  电源技术. 2024, 48(3): 494-499. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.023

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  探测器的能源供给离不开DC-DC变换器,先进的控制方法能提高工作效率。预测电流模式控制相比于传统的PI控制具有动态响应快、易于进行过流保护等优点,因此被广泛应用到电力电子控制领域。由于控制回路的问题,不能通过计算开环增益的方式对负载波动与输出电压变化的闭环传递函数进行有效地设计。因此,提出了一种在不加前馈控制的情况下,基于预测电流模式控制四开关Buck-Boost(four-switch Buck-Boost, FSBB)变换器补偿器的设计方案,该方法能提升负载动态响应,通过实验数据,证明了该方法的有效性。
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  空间自由活塞斯特林发电机气体轴承研究

  杨明卓, 牟健, 林明嫱, 洪国同

  电源技术. 2024, 48(3): 500-505. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.024

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  自由活塞斯特林发电机具有可靠性高,使用寿命长,可适应多种形式的热源等优点,在深空探测和探月工程领域具有广泛的应用前景。气体轴承技术作为发电机的关键技术之一,可使活塞实现无接触的支撑,并做高频往复运动,从而提高发电机的可靠性。为了研究发电机在实际运行过程中气体轴承的特性,建立了气体轴承耦合间隙密封的三维计算模型,通过CFD数值模拟对流场进行了求解,分析了在交变流动下气体轴承承载力以及耗气量的变化规律,发现随着压缩腔的压力变化,气体轴承提供的承载力呈周期性变化趋势,承载力与供气压力及偏心率呈正相关关系。增大气体轴承节流孔孔径,可使承载力变大,但一个周期下的耗气量将增多。对于所研究的千瓦级发电机,动力活塞采用直径为0.1 mm的节流孔,在交变流动下,气体轴承最小可以产生1 200 N/mm的径向支撑刚度,符合设计需求。
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  空间高温区自由活塞斯特林发电机工作特性试验研究

  刘贺, 池春云, 李瑞杰, 林明嫱, 牟健, 洪国同

  电源技术. 2024, 48(3): 506-512. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.025

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  测试了不同冷端温度下,外负载、运行压力和加热功率对高温区自由活塞斯特林发电机的热端温度、电电效率、输出功率、频率的影响。研究结果表明,在同一冷端温度时,加热功率的增加使发电机的电电效率、输出功率、热端温度上升,而外负载、运行压力的增加则起相反作用;发电机的频率与外负载呈负相关变化,与运行压力、加热功率呈正相关变化。提升冷端温度使发电机的输出功率、电电效率和频率下降,热端温度上升。在三种不同冷端温度下,外负载、加热功率和运行压力对发电机输出特性的影响规律不变。经过测试,发电机在运行温区为495~1 058 K时,最大输出功率103.681 W,电电效率20.5%。
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  一种月面微型热管堆电源概念设想

  赵泽龙, 杨睿, 王傲, 徐驰, 郭键, 安伟健, 胡古

  电源技术. 2024, 48(3): 513-518. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.026

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  未来月球科研站建设及月面探测等任务需解决长期稳定能源及电力供给问题,受月面复杂环境影响,月面能源供给挑战极大。核反应堆电源具有长寿命、全天候、环境耐受力强等优势,是解决月面任务长期能源需求的理想选择,热管冷却型反应堆作为一种新型反应堆电源具有系统简单、结构紧凑、可靠性高等特点,且易于实现长寿命设计。针对目前月面能源问题,提出了采用500 W电功率月面微型热管堆电源供电的初步设想,并重点对其屏蔽设计及辐射防护问题进行了研究,提出了相关屏蔽设计方案及辐射防护措施。经过初步屏蔽设计研究,该电源可采用移动式、月面固定点位布置及浅坑式布置多种方式为月面用电设备供电,质量可约束在500 kg左右,轻质且微型,为科研站月面核反应堆电源屏蔽设计提供了思路。
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  高稳定W阻挡层的NbFeSb基半赫斯勒温差发电器件

  王雷, 宋庆峰, 廖锦城, 柏胜强, 陈立东

  电源技术. 2024, 48(3): 519-526. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.027

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  半赫斯勒材料是兼具高性能和高稳定性的中高温热电材料,在深空探测等领域具有重要应用前景。开发了适用于p型Nb_0.86Hf_0.14FeSb的阻挡层W。通过1 073~1 173 K的真空等温老化实验,研究了Nb_0.86Hf_0.14FeSb/W界面的扩散反应行为和电输运性能。扫描电镜能谱分析发现界面发生了扩散反应并生成Fe-W反应层,反应层厚度与老化时间呈抛物线关系,表现为扩散控制过程,扩散激活能为211.1 kJ/mol。界面电阻率测试结果显示老化前后界面电阻率均小于1 μΩ·cm²。基于有限元仿真计算结果,制备了以W为阻挡层的NbFeSb基温差发电器件。在温差为744 K时,器件的最大转换效率达9.5%,最大输出功率密度达2.27 W/cm²。
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  10 kW低浓铀月表反应堆电源系统概念设计与分析

  高兴, 姜硕, 关则钏, 赵泽龙, 胡古

  电源技术. 2024, 48(3): 527-535. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-087X.2024.03.028

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  针对未来月球科研站所面临的能源需求问题,提出一种采用低浓化U-Mo合金燃料和热管冷却的月球表面反应堆电源系统的新型概念设计。低浓化U-Mo合金燃料技术成熟,在RERTR项目中被作为主要燃料而得到广泛使用。采用低浓化U-Mo合金燃料,能够有效降低核扩散的风险和简化相关部门的监管流程。反应堆的额定热功率为180 kW,输出电功率≥10 kW,设计寿命为10 年。反应堆为Na热管冷却的快中子反应堆,采用控制鼓对堆芯反应性进行控制,堆芯热量通过Na热管传递到半Heusler型温差发电模块,废热由Hg热管辐射器翅片辐射到太空。基于蒙特卡洛程序RMC和CFD软件对反应堆堆芯物理及热工进行了初步计算和分析,针对温差发电器件的热电转换性能进行了优化设计,对热管失效等假想事故进行了分析评价。结果表明,该反应堆设计能够满足中子物理设计和临界安全的要求,在稳态工况下温差发电器件的热电转换效率能够达到7.60%,系统能够有效输出≥10 kW电功率,热管级联失效时能够满足热工安全要求。