Модель преобразования энергии электронных пучков в электроэнергию Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Эксплуатация и надежность авиационной техники.

Таким образом, по предлагаемой модели получения электроэнергии, осуществляют двухполупериод-ное преобразование энергии электронного пучка 3 в электрическую мощность конвекционных токов, токов смещения, токов проводимости, трансформируемую на рабочей частоте ыр в сеть потребителей

электроэнергии (бортовую сеть космического аппарата) 13. Применение индукционного и емкостного преобразования совместно с преобразованием энергии электронного пучка 3 в токи проводимости, используемого в прототипе, существенно повышает коэффициент использования энергии (мощности) электронного пучка 3, увеличивая количество получаемой электроэнергии и, соответственно возрастает КПД предлагаемой электроэнергетической технологии. Данная модель и средства защищены патентом РФ [3].

Библиографические ссылки

1. Принципы построения электроэнергетических и электродинамических технологий космических аппаратов : монография / И. В. Трифанов, Б. Н. Казьмин, Д. Р. Рыжов, И. И. Хоменко ; под общ. ред. И. В. Три-фанова / Сиб. гос. аэрокосмический ун-т. Красноярск, 2015. 182 с.

2. Пат. 2567896 Российская Федерация, МПК F03H 1/00. Способ создания электрореактивной тяги /

Казьмин Б. Н., Трифанов И. В., Оборина Л. И., Рыжов Д. Р., Дубова Е. Д. № 2013125958/06 ; заявл. 05.06.2013 , опубл. 10.11.2015, Бюл. № 31. 5 с.

3. Пат. 2578207 Российская Федерация, МПК H02N 3/00 (20006.01). Способ получения электроэнергии / Казьмин Б. Н., Колмыков В. А., Трифанов И. В., Рыжов Д. Р., Оборина Л. И. № 2014109507/07 ; заявл. 12.03.2014, опубл. 27.03.2016, Бюл. № 9. 6 с.

References

1. Trifanov I. V., Kaz'min B. N., Ryzhov D. R., Khomenko I. I. Printsipy postroeniya elektroenergeticheskikh i elektrodinamicheskikh tekhnologiy kosmicheskikh apparatov [Principles of electric and electro-spacecraft technologies]. Krasnoyarsk, 2015. 182 p.

2. Kaz'min B. N., Trifanov I. V., Oborina L. I., Ryzhov D. R., Dubova E. D. Sposob sozdaniya elektroreaktivnoy tyagi [The process of creating electro jet thrust]. Patent RF, no 2567896, 2015.

3. Kaz'min B. N., Kolmykov V. A., Trifanov I. V., Ryzhov D. R., Oborina L. I. Sposob polucheniya elektroenergii [The method of producing electricity]. Patent RF, no 2578207, 2016.

© Казьмин Б. Н., Рыжов Д. Р., Трифанов И. В., 2016

УДК 621.3(075.3)

МОДЕЛЬ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ

Б. Н. Казьмин, И. В. Трифанов

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

E-mail: [email protected]

Показана модель получения электронных пучков и рекуперации их энергии в электроэнергию, позволяющая построить высокоэффективную электроэнергетическую технологию на энергетике электронных пучков.

Ключевые слова: ионизация рабочей среды, поток низкотемпературной плазмы, формирование электронных пучков, конвекционные токи, токи проводимости, токи смещения электронных пучков; электрическая мощность.

MODEL OF ENERGY CONVERSION OF ELECTRON BEAMS INTO ELECTRICITY

B. N. Kaz'min, I. V. Trifanov

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

The article presents a model of obtaining electron beams and recuperation of their energy into electricity, allowing to build highly efficient power technology based on energy of electron beams.

Keywords: ionization of the working medium, the flow of low-temperature plasma, electron beams formation, convection currents, conduction currents, the bias currents of the electron beams; electric power.

Электронные пучки, формируемые с помощью электронных пушек из низкотемпературной плазмы [1], можно представить в виде кантово-вол-

новых процессов, описываемых с помощью четырехмерного уравнения Шредингера [2] и электромагнитных процессов электронного пучка, пред-

<Тешетневс^ие чтения. 2016

ставляемых в виде уравнений Максвелла-Лоренца [3]:

jhдw / дt =

(1)

=-Й / 2mi(д у/дx + д у/дy + д у/дг ). Решение этого уравнения показывает спектр колебаний четырехмерной волновой функции Шредингера:

¥X,у,V = ехр(]/ Й)(рх • X + +р • у + рг • г - £t):

¥X,у,г^ = еХР ] (К1х,у,г • *1х,у,г - М +

(2)

+ С2 %ехР 7(К 2X , У,2 ^2 х, у, г

здесь С\ и С2 - вероятности энергетического уровня частицы; £12 = Йш12 = к/12 = т/и^ /2 = еиуп - энергетический уровень частицы, получаемый в ускоряющем поле анода иа электронной пушки, а также за счет сил Кулона и Лоренца в электронном пучке. Электроны в электронном пучке получают одинаковый ускоряющий потенциал Цуп, поэтому их энергетический уровень в первом приближении можно считать одинаковым; тi - масса частицы; Рх у г = т1 -х у г -импульс частицы, вектор скорости и их проекции на

оси; Кх,у,г = 2п / ^х,у,г = = ® / -х,у,г = Рх,у,г / Й - волновой коэффициент и длина волны соответственно; к = 2яЙ - постоянная Планка.

ШН = J пр + J К + J См = Еу + ри + едЕ / д^

гс^Е = -цдН / дt, (3)

где Н - вектор напряженности магнитного поля; Е -вектор напряженности электрического поля; Jпр = Еу - вектор плотности тока проводимости; у -удельная электропроводимость электронного пучка, переходящего в электрическую цепь; J к = ри - вектор плотности конвекционного тока; р - объемная плотность зарядов в электронном пучке; и - вектор скорости зарядов в электронном пучке; J См = едЕ / дt = юреЕ - вектор плотности токов смещения; е - диэлектрическая проницаемость; ц -магнитная проницаемость среды электронного пучка.

Обычно энергию электронных пучков, представляющих собой низкотемпературную плазму [1], преобразуют в электроэнергию с помощью одного преобразования, например, способ производства энергии [4], заключающийся в том, что электрической дугой ионизируют рабочее вещество, с помощью электронной пушки получают электронные пучки и преобразуют их энергию по двухполупериодной схеме в электроэнергию в виде тока проводимости, идущего по первичной цепи силового трансформатора - преобразователя, трансформирующего электроэнергию в сеть потребителей рабочей частоты юр (в бортовую сеть

космического аппарата).

Поэтому в электроэнергию можно также преобразовать конвекционные токи и токи смещения электронных пучков.

Это существенно увеличит количество получаемой электроэнергии и повысит КПД предлагаемой электроэнергетической технологии.

Задачей предлагаемой модели рекуперации энергии электронных пучков в электроэнергию является увеличение количества получаемой электроэнергии и повышение КПД электроэнергетической технологии [5].

Функциональная схема устройства, с помощью которого может быть реализована данная модель рекуперации токов пучков в электроэнергию, представлена в работе [5].

Данная модель рекуперации на основе квантово-волновой модели процессов плазменно-электронной электроэнергетической технологии дает возможность существенно повысить энергетическую эффективность, радиус действия, дальность радиосвязи, надежность и другие технико-энергетические параметры [6] космического аппарата.

Библиографические ссылки

1. Энциклопедия низкотемпературной плазмы : в 4 т. / под ред. В. Е. Фортова. М. : Наука, 2000.

2. Большой энциклопедический словарь. Физика. М. : Большая российская энциклопедия, 1998.

3. Шимони К. Теоретическая электротехника. М. : Мир, 1964. 772 с.

4. Пат. № 2262793 Российская Федерация, МПК H02N3/00. Способ производства энергии / Б. Н. Казьмин. № 2002134362/15 ; заявл. 19.12.2002 ; опубл. 20.10.2005, Бюл. № 29.

5. Пат. 2578207 Российская Федерация, МПК H02N 3/00 (20006.01). Способ получения электроэнергии / Казьмин Б. Н., Колмыков В. А., Трифанов И. В., Рыжов Д. Р., Оборина Л. И. № 2014109507/07 ; заявл. 12.03.2014 , опубл. 27.03.2016, Бюл. № 9. 6 с.

6. Принципы построения электроэнергетических и электродинамических технологий космических аппаратов: монография / И. В. Трифанов, Б. Н. Казьмин, Д. Р. Рыжов, И. И. Хоменко ; под общ. ред. И. В. Три-фанова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. 182 с.

References

1. Pod red. V. E. Fortova. Entsiklopediya nizkotemperaturnoy plazmy [Encyclopedia of low temperature plasma]. Moscow : Nauka publ., 2000.

2. Bol'shoy entsiklopedicheskiy slovar', fizika [Large encyclopedic dictionary, physics]. Moscow : Bol'shaya rossiyskaya entsiklopediya, 1998.

3. Shimoni K. Teoreticheskaya elektrotekhnika [Theoretical electrical engineering]. M. : Mir, 1964. 772 p.

4. Kaz'min B. N. Sposob proizvodstva energii [Method of energy production]. Patent RF, no 2262793, 2005.

5. Kaz'min B. N., Kolmykov V. A., Trifanov I. V., Ryzhov D. R., Oborina L. I. Sposob polucheniya elektroenergii [The method of producing electricity]. Patent RF, no 2578207, 2016.

6. Trifanov I. V., Kaz'min B. N., Ryzhov D. R., Khomenko I. I. Printsipy postroeniya elektroenergeticheskikh i elektrodinamicheskikh tekhnologiy kosmicheskikh apparatov [Principles of electric and electro-spacecraft technologies]. Krasnoyarsk, 2015. 182 p.

© Казьмин Б. Н., Трифанов И. В., 2016