CC BY
44УДК 537.22
Вертешев Антон Сергеевич,
доцент, кандидат экономических наук, Вертешев Сергей Михайлович, заведующий кафедрой, доктор технических наук, профессор
ЭЛЕКТРОГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ КАК ЭЛЕМЕНТ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Россия, Псков, Псковский Государственный Университет e-mail: president@pskgu.ru
Аннотация. Рассмотрены основные уравнения электрогазодинамики применительно к созданию генератора высокого напряжения. Описана система стабилизации выходного напряжения, которая представляет собой следящую систему, содержащую звено с чистым запаздыванием.
Ключевые слова: статическое электричество, высокое напряжение, электрогазодинамическое преобразование, система автоматической стабилизации.
Anton S. Verteshev,
Associate Professor, Candidate of Economic Sciences,
Sergey M. Verteshev, Head of Department, Doctor of Technical Sciences, Professor
ELECTROGASODYNAMIC ENERGY CONVERTER AS AN ELEMENT OF AUTOMATIC SYSTEMS
Russia, Pskov, Pskov State University e-mail: president@pskgu.ru
Abstract. The basic equations of electrogasdynamics as applied to the creation of a high voltage generator are considered. A system for stabilizing the output voltage, which is a tracking system containing a link with a pure delay, is described.
Keywords: static electricity, high voltage, electrogasdynamic conversion, automatic stabilization system.
В 2019 году исполняется 85 лет со дня рождения советского, российского ученого и политического деятеля, народного депутата СССР, доктора технических наук, профессора Денисова Анатолия Алексеевича [1]. В 1960-1970 годы профессор А. А. Денисов со своими учениками разработал новое научное направление - электрофлюидику, в рамках которого были созданы разнообразные электрогазодинамические и электрогидродинамические преобразователи и расходомеры [2, 3].
В числе таких преобразователей были разработаны и исследованы электрогазодинамические генераторы высокого напряжения для бортовой автоматики летательных аппаратов (ЭГД-генераторы) [4].
Высокое напряжение от десятков до сотен киловольт при малой мощности может быть получено с помощью трансформаторных схем, индукторов и электростатических машин. Трансформаторы в сочетании с выпрямительными устройствами или со схемой каскадного умножения при выходном напряжении до 10 кВ и мощности до 100 Вт являются удобными малогабаритными источниками. Индуктор - катушка Рум-корфа пригодна в лабораторных целях для выработки напряжения около 10кВ. при небольшой мощности. Среди электростатических машин распространен генератор Ван-де-Граафа. Его принцип действия основан на электризации движущейся диэлектрической ленты. Он позволяет получать напряжение до нескольких миллионов вольт. В общем случае ЭГД-процессы аналогичны процессу, протекающему в генераторе Ван-де-Граафа. Однако, в ЭГД-генераторах электрический заряд переносится не с помощью твердого диэлектрика а с помощью потока газа (например, воздуха).
Общая система уравнений, описывающая ЭГД-процессы, представляет собой совокупность уравнений гидродинамики и электродинамики^]. Фундаментальными уравнениями электродинамики являются уравнения Максвелла:
теги = дБ / дг+<7 (1)
тегЁ = -дВ / дг (2)
сНуБ = ре (3)
СУВ = 0 (4)
Важное значение в ЭГД-процессах имеет закон сохранения заряда и обобщенный закон Ома. Закон сохранения заряда может быть записан в виде [5]:
р+су 7 = 0 (5)
дг
Обобщенный закон Ома выражает зависимость плотности тока д не только от проводимости у и напряженности электрического поля Ё, но и от других параметров поля, определяющих свойства и движение
рассматриваемой среды. Обобщенный закон Ома может быть записан в виде [6]:
а = }[Е+V х/Й }+рУе (6)
Скорость движения заряженных частиц определяется выражением:
V = V + , (7)
е пот отн ' V /
где Vпот - скорость нейтральной компоненты рабочего потока, Vотн - скорость дрейфа заряженных частиц относительно нейтрального потока, обусловленная наличием напряженности электрического поля. При отсутствии магнитного поля выражение (6) с учетом (7) примет вид:
а =Р$пот + Vотн ) (8)
Если носителями зарядов являются аэрозольные частицы, то Vотн определяется формулой Стокса [7]:
гэл = -6щЛотн (9)
Однако, по мере увеличения числа Рейнольдса Яе
Яе = 2rрVomн Л, (10)
вычисленное по формуле Стокса сопротивление среды все более отличается от действительного сопротивления. Для Яе = 0,01... 1000 справедливы соотношения [7]:
^отн =ЛЯе/2гр (11)
Ке2у = рл (12)
тол
Рэл = ЧЕ (13)
У = ^ +4 (14)
^ Яе з/яе
где у - безразмерный параметр, называемый коэффициентом лобового сопротивления шара, ч - заряд аэрозольной частицы.
В уравнениях (11) - (14) предполагается, что аэрозольные частицы имеют шарообразную форму. Для маленьких капель размером около 1мкм это справедливо.
Если считать, что рабочий поток существенно тормозится за счет ЭГД-преобразования, то общая система уравнений должна включать в себя гидродинамические уравнения Навье-Стокса и неразрывности потока [7]:
ЯС*. = р --gтadP + ПЯтаШуУ^ + П(15) йг р 3
др + й1у(р^пот ) = 0 (16)
Исходя из вышеизложенного получены выражения для инженерного расчета основных параметров ЭГД-генератора. При этом были приняты допущения: 1) электропроводность рабочей среды пренебрежимо мала; 2) влияние магнитного поля пренебрежимо мало; 3) рабочий поток содержит заряженные частицы только одного знака.
Рассмотрены вопросы автоматической стабилизации выходного напряжения ЭГД-генератора как элемента систем автоматики. Объект управления обладает запаздыванием, которое зависит как от длины зоны ЭГД-преобразования, так и от скорости газового потока. В качестве управляющего воздействия использовано напряжение источника, создающего электрическое поле для заряжения аэрозолей.
Передаточная функция разомкнутой системы стабилизации ЭГД-генератора имеет вид:
^ТЖ+ГТ (17)
Обратная связь обеспечивается с помощью высокоомного делителя. При этом ток обратной связи лежит в пределах 0,1.. .0,01 тока нагрузки. Таким образом, система стабилизации представляет собой следящую систему с запаздыванием. Условием устойчивости системы стабилизации является достаточно малое значение времени запаздывания. Критическое значение времени запаздывания зависит от скорости рабочего потока, конструктивных параметров ЭГД-генератора и представляет собой величину порядка 1 мс.
Список литературы
1. Википедия, Ийр8://га.'шк1реё1а.ог§/'шк1/Денисов,_Анатодий_Адексеевич
2. Денисов А.А., Нагорный В.С. Электрогидро- и электрогазодинамические устройства автоматики. - Л.: Машиностроение, 1979. - 288 с.
3. Денисов А.А., Нагорный В.С. Гидравлические и пневматические устройства автоматики: Учебное пособие для студентов вузов. - М.: Высшая школа, 1978. 214 с.
4. Вертешев С.М., Денисов А.А. Электрогазодинамический источник высокого напряжения. - Л.: Труды ЛПИ № 342, 1975, с. 124-126.
5. Повх И.А. Техническая гидродинамика. - Л.: Машиностроение, 1969.
6. Литовский Е.И. В сб. «Вопросы магнитной гидродинамики и динамики плазмы». Рига: изд. Латв. ССР, 1952, с. 429.
7. Фукс Н.А. Механика аэрозолей. - М.: изд. АН СССР, 1955, с. 41-45.
УДК 007+004.9
Широкова Светлана Владимировна,
доцент, канд. техн. наук, доцент
ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОГО ПОДХОДА А.А. ДЕНИСОВА ПРИ УПРАВЛЕНИИ ПРОЕКТАМИ РАЗРАБОТКИ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ
Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, swchirokov@mail.ru
Аннотация. При разработке и проектировании сложных технических комплексов необходимо задействовать методы и подходы системного анализа, управления проектами и другие. В том числе возникает необходимость использования методов организации сложных экспертиз для повышения объективности прямых экспертных оценок. В качестве такового в работе рассматриваются модели для управления проектами СТК, идея которых исходно была предложена в 1997 году в диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук автором статьи [1, 2] на основе информационный подход Анатолия Алексеевича Денисова применительно к анализу, оценке и выбору варианта реализации сложных технических комплексов.. Применение данного подхода позволяет существенно повысить объективность прямых экспертных оценок за счет сведения последних к так называемым информационным оценкам 1.
Ключевые слова: теория систем и системный анализ, управление проектами, информационный подход, сложные технические комплексы.
1 Впервые информационные оценки были применены в диссертации автора статьи [1].
