Метрологическое обеспечение процесса рекуперации заряженных частиц Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 2

УДК 537.5

МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССА РЕКУПЕРАЦИИ

ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

Л. И. Оборина, О. А. Суханова, В. И. Трифанов, Д. Р. Рыжов Научный руководитель - И. В. Трифанов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-таП: [email protected]

Предложена автоматизированная система управления рекуперацией энергии заряженных частиц на основе контроллера ПЛК-100.

Ключевые слова: заряженная частица, рекуператор, метрологическое обеспечение, контроллер.

METROLOGICAL SUPPORT OF RECOVERY OF THE CHARGED PARTICLES

L. I. Oborina, O. A. Sukhanova, B. I. Trifanov, D. R. Ryzhov Scientific Supervisor - I. V. Trifanov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

Automated control system for energy recovery of charged particles on the basis of PLC-100.

Keywords: charged particle, recuperator, metrological support, controller

При работе электрореактивных ракетных двигателей (ЭРД) одной из важных проблем является рекуперация энергии ионов с одновременной их регенерацией в нейтральные частицы за срезом сопла. Рекуперация энергии может осуществляться путем электростатического торможения в электрическом или магнитном поле [1]. Уравнение движения частицы в электрическом или магнитном поле:

m • dV = q • E + q\V • H\ (1)

cL J

где m, q,V - масса, заряд, скорость заряженной частицы; E - напряженность электрического поля, - 1

H - напряженность магнитного поля, присутствует множитель —, где с - скорость света.

c

Для рекуперации электрической энергии заряженных частиц могут быть использованы рекуператоры, представляющие собой электростатические ловушки, соединенные с преобразователями потока [2]. Электростатические ловушки содержат электроды-коллекторы, на которых оседают заряженные частицы и разряжаются, передавая заряд многоколлекторным электродам. Многоколлекторные электроды могут быть соединены с индуктивными или емкостными накопителями энергии [3]. Для мягкого взаимодействия заряженных частиц с электродами-коллекторами необходимо создавать пучки медленных ионов. Для того чтобы заряженные частицы потеряли кинетическую энергию и пришли на коллектор с нулевой скоростью, необходимо обеспечить тормозной потенциал [1].

Ut =Ф2-Ф1 =—, (2)

e

Секция «Метрология, стандартизация и сертификация»

где - потенциал на коллекторе; ф2 - потенциал потока заряженных частиц; WKO - начальная энергия заряженной частицы, эВ.

С целью управления процессом рекуперации энергии заряженных частиц: энергией движения заряженных частиц, потенциалами на электродах-коллекторах, величиной тока и временем зарядки и разрядки конденсаторов, величиной объемного заряда, его скоростью, энергетического выравнивания потока, энергией электрического поля Е, а также температурным режимом рекуперации, была разработана автоматизированная система управления с применением контроллера ПЛК-100. В качестве датчиков тока были использованы цифровые амперметры, а в качестве датчиков напряжения на электродах - цифровые электростатические вольтметры.

При управлении сигнал с датчиков поступал на контроллер ПЛК-100, в котором содержалась запрограммированная информация о рациональных режимах работы рекуператора. При рассогласовании рабочих параметров рекуператора с запрограммированным ПЛК-100 подавались управляющие команды на источники питания, с которого устанавливалось требуемое напряжение на ускоряющих и тормозящих электродах рекуператора, а также производились команды на управляющую аппаратуру, во время зарядки и разрядки конденсаторов на потребителя, поддерживающие величины рабочего потенциала на электродах. Разработанная автоматизированная система управления позволила сбалансировать процесс рекуперации энергии заряженных частиц, накопления электростатического электричества и передачу его на зарядку аккумуляторов, а также обеспечило управление температурным режимом, путем охлаждения конденсаторов.

Библиографические ссылки

1. Курнаев В. А., Протасов Ю. С., Цветков И. В. Введение в пучковую электронику : учеб. пособие / под ред. В. А. Курнаева. М. : МИФИ, 2008. 452 с.

2. Димитров С. К., Обухов В. А. Системы торможения и рекуперации энергии плазменных потоков, (Ионные инжекторы и плазменные ускорители) / под ред. А. И. Морозова и Н. Н. Семашко. М. : Энергоатомиздат, 1989. С. 193-219.

3. Рекуперация энергии квазиуниполярных пучков электронов и ионов в электроэнергию ЭРД / Д. Р. Рыжов, И. В. Трифанов, Б. Н. Казьмин, Л. И. Оборина // Решетневские чтения : материалы XIX Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 55-летию Сиб. гос. аэрокосмич. ун-та им. академика М. Ф. Решетнева (10-14 ноября 2015, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. Ч. 1. С. 171-172.

© Оборина Л. И., Суханова О. А., Трифанов В. И., Рыжов Д. Р., 2016