Россия
В данной работе рассматривается геометрическое моделирование и его программное обеспечение для оценки эффективности размещения солнечных батарей на космических летательных аппаратах и солнечных концентраторов на земле. В статье описана как физическая, так и математическая постановка задачи оценки энергоэффективности солнечных батарей с учетом их затенения как друг другом, так и другими элементами космической станции. Показано, что известные методы механизации и автоматизации таких расчетов ориентированы на объекты сравнительно простых геометрических форм (какими являются здания) и не работают для объектов сложной и разнообразной геометрической формы, характерной как для самих космических летательных аппаратов, так и их солнечных батарей. Поэтому для решения поставленной задачи выбрана рецепторная (воксельная) геометрическая модель, дискретизирующая расчетное пространство. Уникальность рецепторной модели в том, что сравнение значений кодов рецепторов позволяет легко определять пересечение объектов. Описана разработанная рецепторная геометрическая модель оценки эффективной площади солнечных батарей с учетом их затенения при освещенности объекта (например, космического летательного аппарата) потоком солнечной энергии с заданного направления. Существенным отличием разработанной рецепторной геометрической модели от классической является то, что она является многозначной, т.е. использует не 2-значный код (0 и 1), а 4-значный код (0, 1, 2 и 3). Показана программная реализация описанной геометрической модели языке С# и разработанная для этой задачи графическая оболочка, позволяющая увидеть численное значение полученных результатов. Приведены примеры ее реализации при решении практических задач. Показаны результаты верификации описанной рецепторной геометрической модели. Все это позволяет говорить об эффективности использования рецепторных геометрических моделей как в единичных расчетах, так и для создания соответствующего алгоритмического, математического и программного обеспечения для соответствующих САПР.
геометрические модели, солнечная энергетика, космические летательные аппараты, солнечные батареи, эффективная площадь, рецепторные геометрические модели, графическая оболочка.
1. Архитектурная физика [Текст] / Под ред. Н.В. Оболенского. - М.: Стройиздат, 1998. - 448 с.
2. Бахарев Д.В. Методы расчета и нормирования солнечной радиации в градостроительстве [Текст]: автореф. дис. … канд. техн. наук: 18.00.04 / Д.В. Бахарев. - М., 1968. - 218 с.
3. Вермишев Ю.Х. Методы автоматизированного поиска решений при проектировании сложных технических систем [Текст] / Ю.Х. Вермишев. - М.: Радио и связь, 1982. - 152 с.
4. Виссарионов В.И. Солнечная энергетика [Текст] / В.И. Виссарионов [и др.]. - М.: Изд-во МЭИ, 1996. - 276 с.
5. Григорьев С.Н. Построение воксельных моделей геометрических объектов [Текст] / С.Н. Григорьев, М.А. Локтев, А.В. Толок // Прикладная информатика. - 2013. - № 4. - С. 50-55.
6. Зозулевич Д.М. Выполнение на ЭЦВМ некоторых операций с трехмерными кусочно-заданными объектами [Текст] / Д.М. Зозулевич, Л.Г. Максимова // В кн.: Вычислительная техника в машиностроении. - Минск: Изд-во НТК АН БССР, 1970. - С. 75-84.
7. Зозулевич Д.М. Машинная графика в автоматизированном проектировании [Текст] / Д.М. Зозулевич. - М.: Машиностроение, 1976. - 240 с.
8. Иванникова Н.В. Геометрические модели, алгоритмы проектирования и поиска эффективных параметров рефлекторов технологического назначения [Текст]: автореф. дис. .... канд. техн. наук: 05.01.01 / Н.В. Иванникова. - Нижний Новгород: Изд-во НГГСА, 2017. - 19 с.
9. Каратаев В.А. Инсоляция помещений и территорий. [Текст] / В.А. Каратаев, Е.В. Адонкина, М.Г. Тен, С.А. Нефедова. - Новосибирск: Изд-во НГАСУ (Сибстрин), 2013. - 64 с.
10. Корн Г.В. Методы формирования рецепторных геометрических моделей и их применение при решении инженерно-геометрических задач [Текст]: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.01.01 / Г.В. Корн. - М.: МАДИ, 1990. - 22 с.
11. Куи Мин Хан. Математическое и программное обеспечение расчета затененности солнечных батарей космических летательных аппаратов [Текст]: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.13.18. / Куи Мин Хан. - М.: Изд-во МАИ, 2018. - 105 с.
12. Куи Мин Хан. Расчет взаимного затенения солнечных антенн космических летательных аппаратов [Текст] [Электронный ресурс] / Куи Мин Хан, Л.В. Маркин // Труды МАИ. - 2017. - № 93. - URL: http://trudy.mai.ru/published.php?ID=80474/
13. Куприков М.Ю. Геометрические аспекты автоматизированной компоновки летательных аппаратов [Текст] / М.Ю. Куприков, Л.В. Маркин // Геометрия и графика. - 2018. - Т. 18. - № 3. - С. 69-87.
14. Локтев М.А. Построение воксельных моделей геометрических объектов [Текст] / С.Н. Григорьев, М.А. Локтев, А.В. Толок // Прикладная информатика. - 2013. - № 4. - С. 50-56.
15. Маркин Л.В. Геометрические модели автоматизированной компоновки летательных аппаратов [Текст] / Л.В. Маркин // Вестник МАИ. - 2015. - Т. 22. - № 1. - С. 47-56.
16. Маркин Л.В. Геометрическое моделирование задач автоматизации размещения [Текст] / Л.В. Маркин // Прикладная геометрия, инженерная графика, компьютерный дизайн. - 2007. - № 1. - С. 9-18.
17. Маркин Л.В. О путях создания геометрических моделей автоматизированной компоновки [Текст] / Л.В. Маркин // Геометрия и графика, 2015. - Т. 3. - № 1. - С. 64-69.
18. Маркин Л.В. Рецепторные модели в задачах автоматизированной компоновки техники [Текст] / Л.В. Маркин, Куи Мин Хан, Е Вин Тун, Г.В. Корн. - Саарбрюкен: Ламберт, 2016. - 110 с.
19. Мхитарян Е.М. Энергетика нетрадиционных и возобновляемых источников [Текст] / Е.М. Мхитарян. - Киев: Наукова думка, 1999. - 321 с.
20. Ньи Н.Х. Разработка и исследование рецепторных геометрических моделей телесной трассировки [Текст]: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.01.01. / Х.Н. Ньи. - М.: Изд-во МАИ, 2014. - 180 с.
21. Райкунов Г.Г. Проблемы создания космических солнечных электростанций (КСЭС) мощностью 1-10 ГВт, транслирующих энергию на Землю [Текст] / Г.Г. Райкунов, В.М. Мельников, А.С. Чеботарев и др. // Наука и технологии в промышленности. - 2011. - № 3. - С. 69-73.
22. Сальков Н.А. Геометрическое моделирование и начертательная геометрия [Текст] / Н.А. Сальков // Геометрия и графика. - 2016. - Т. 4. - № 4. - С. 31-40.
23. Сальков Н.А. Геометрическая составляющая технических инноваций [Текст] / Н.А. Сальков // Геометрия и графика, - 2018. - Т. 18. - № 2. - С. 85-94.
24. Сальков Н.А. Начертательная геометрия - база для компьютерной графики [Текст] / Н.А. Сальков // Геометрия и графика, 2016. - Т. 4. - № 2. - С. 37-47.
25. Самойловский А.А. Методика определения основных проектных параметров беспилотных летательных аппаратов, использующих для полета энергию солнечного излучения [Текст] / А.А. Самойловский, Н.К. Лисейцев // Вестник Московского авиационного института. - 2015. - Т. 22. - № 3. - С. 7-16.
26. Силантьев Д.А. Воксельно-математическое моделирование при решении задач определения площади для поверхностей деталей [Текст] / Д.А. Силантьев, Е.А. Лоторевич, С.А. Пушкарев, А.В. Толок // Информационные технологии в проектировании и производстве. - 2013. - № 3. - С. 29-33.
27. Ситу Лин. Разработка методов и геометрических моделей анализа незаполненных пространств в задачах размещения [Текст]: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.01.01 / Ситу Лин. - М.: Изд-во МАИ, 2011. - 24 с.
28. Стоян Ю.Г. Математические модели и оптимизационные методы геометрического проектирования [Текст] / Ю.Г. Стоян, С.В. Яковлев. - Киев: Наукова думка, 1986. - 266 с.
29. Суханов И.С. Лучистая энергия солнца и архитектура [Текст] / И.С.Суханов. - Ташкент: Фан, 1973. - 224 с.
30. Толок А.В. Функционально-воксельный метод в компьютерном моделировании [Текст] / А.В. Толок. - М.: Физматлит, 2016. - 112 с.
31. Хейфец А.Л. Система автоматизированного расчета продолжительности инсоляции [Текст] / А.Л. Хейфец // Вестник Южно-Уральского университета. Серия «Строительство и архитектура». - 2007. - Вып. 14. - С. 51-54.
32. Штейнберг А.Я. Расчет инсоляции зданий [Текст] / А.Я. Штейнберг. - М.: Стройиздат, 1975. - 117 с.
