В этом параграфе будут рассмотрены некоторые об­щие принципы конструирования, вытекающие из опыта конструкторских разработок изделий, применительно к проблеме создания нового типа ЭУ—ЭХГ. Безусловно, эти принципы достаточно общи и, на первый взгляд, тривиальны. Однако, учитывая направленность книги, мы посчитали возможным изложить их в отдельном разделе,

1.При конструировании широко используется прин­цип преемственности: все лучшее из ранее достигнутого применять в последующих разработках.

Применительно к ЭХГ, к сожалению, этот принцип не может к настоящему времени широко использоваться, поскольку опыт их конструирования исчисляется года­ми. Даже практика создания таких близких по назна­чению к областям применения изделий, как другие хи­мические источники тока, не всегда помогает решать проблемы, возникающие при создании ЭХГ.

Так, необходимость непрерывной подачи на электро­ды топлива и окислителя и поддержания во время рабо­ты их параметров в заданных пределах не имеет ана­логии в конструировании традиционных химических источников тока. Такой же новой задачей является не­обходимость размещения в составе ЭУ запасов топлива ■ и окислителя и систем для удаления продуктов реакции.

Правда, подобные задачи решались и при создании дизельных ЭУ или ракетных двигателей, однако для ЭХГ удается использовать лишь общие принципы по­строения схем из-за фундаментального отличия процес­сов, заложенных в основу их действия. По этой причине приходится разрабатывать новые и весьма специфиче­ские узлы и системы. Так, известно, что удобнее и де­шевле всего хранить топливо и окислитель в сжижен­ном состоянии в баллонах. Однако при использовании обычных баллонов система хранения будет тяжелее и более громоздка по сравнению с другими способами хранения. Только создание специальных облегченных баллонов повышенной прочности на давления 30— 50 МПа позволило использовать преимущества этого способа, не проигрывая при этом в массе и габаритах. Так, фирма «Пратт энд Уитни» для подводных аппара­тов разрабатывает ЭХГ типа РС12 с криогенным хране­нием реагентов, для ЭУ же на подводной лодке фирма планировала поставить в 1972 г. ЭУ РС15А уже с хра­нением газообразного водорода и кислорода в сфериче­ских баллонах при давлениях 51,5 и 31,1 МПа соответ­ственно.

Такая же ситуация возникает при попытке исполь­зовать водород, конвертированный из жидких углеводо­родов. Хотя вопрос конверсии последних теоретически давно решен, однако на практике создание малогабарит­ных, надежно и длительно работающих в условиях при-

Щ менения ЭХГ агрегатов оказалось сложной конструкїб}^ ской задачей.

2. Принцип модульности или агрегатирования: уста­новка создается из отдельных систем, выполняющих определенные функции и имеющих между собой прямые и обратные связи.

Использование принципа модульности проиллюстри­руем на примере ЭУ корабля «Аполло», состоявшей из трех батарей ТЭ со вспомогательным оборудованием (водородный насос, теплообменник, конденсатор, цен­тробежный сепаратор, система хранения и вывода во­ды), аккумуляторной батареи, излучателя, емкостей для хранения сжиженных реагентов, излучателя, системы управления; аналогично строятся ЭУ для «Электрован» (Electrovan), которая выполнена по замкнутому циклу и состоит из тридцати двух модулей ТЭ, водородной си­стемы, кислородной системы, электролитной системы и контура охлаждающего воздуха, системы управления и контроля. Каждая из этих систем в свою очередь имеет сложную структуру.

3. Третьим общим принципом конструирования явля­ется принцип компромиссности. Часто оказывается не­возможным, соблюдая принцип комплексного подхода к решению поставленных задач, удовлетворять большое количество разнообразных, часто противоречивых требо­ваний. В этих случаях идут на компромисс: требования разделяют на первостепенные и второстепенные и удов­летворяют первые за счет вторых. Найти это «компенси­рующее» звено зачастую бывает очень трудно, и им мо­жет оказаться один из главных параметров. Так, для того чтобы обеспечить надежность источника энергии на космическом корабле «Аполло» были установлены три батареи ТЭ вместо двух, т. е. были увеличены в 1,5 раза масса и габариты, хотя известно, что для космических аппаратов эти параметры имеют первостепенное зна­чение.

При разработке ЭХГ, как для любого нового изде­лия, такой «жертвой» зачастую оказывается стоимость ЭУ. Первые разработанные ЭХГ имели высокие удель­ные характеристики, но чрезвычайно высокую удельную стоимость. Фирма «Пратт энд Уитни» разрабатывает ЭУ для программы «Спейс шаттл» космического назначения. Удельная мощность ЭУ составляет 72 кВт/м3, удельная стоимость 40000 долл./кВт.

39з

Наконец, можно привести прймёр, Кйк ради обеспе­чения высокой надежности ЭУ пренебрегают массо-га­баритными показателями, Для питания навигационных буев, ретрансляторов, метеорологических станций, ра­диомаяков разрабатываются водородно-кислородные и водородно-воздушные ЭХГ небольшой мощности, имею­щие максимально упрощенную схему, высокий КПД ТЭ (низкие плотности тока, малые расходы реагентов), что позволяет устранить систему терморегулирования и уда­ления воды, они способны длительно работать без об­служивания. Так, ЭУ фирмы «Сименс» имеет мощность 25 Вт и состоит из батареи ТЭ, дающей при номиналь­ной плотности тока всего 3-Ю-3 А/см2 и нагрузке 1 А при —20°С напряжение 27 В, баллонов с водородом и кислородом, системы циркуляции электролита; она про­работала 4 года. Ее масса 175 кг, объем 1,1 м3, т. е. удельные характеристики составляют 7000 кг/кВт и 44 м3/кВт.