RU2763511C1 - Device for generating electric charges in the atmosphere - Google Patents
Device for generating electric charges in the atmosphere Download PDFInfo
- Publication number
- RU2763511C1 RU2763511C1 RU2021122847A RU2021122847A RU2763511C1 RU 2763511 C1 RU2763511 C1 RU 2763511C1 RU 2021122847 A RU2021122847 A RU 2021122847A RU 2021122847 A RU2021122847 A RU 2021122847A RU 2763511 C1 RU2763511 C1 RU 2763511C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unmanned aerial
- aerial vehicle
- atmosphere
- corona discharge
- corona
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
- A01G15/00—Devices or methods for influencing weather conditions
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Atmospheric Sciences (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Electrostatic Separation (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области техники, предназначенной для электрического воздействия на атмосферу с целью модификации погодных условий на контролируемой территории (сельскохозяйственные угодья, аэродромы, скоростные автодороги, открытые площадки для проведения различных спортивных и зрелищных мероприятий и т.д.).The invention relates to the field of technology intended for electrical influence on the atmosphere in order to modify weather conditions in a controlled area (agricultural land, airfields, highways, open areas for various sports and entertainment events, etc.).
Целый ряд технических решений по формированию в атмосфере объемного электрического заряда основан на заряжании атмосферного воздуха системой коронирующих электродов, установленных на земной поверхности. Значительная часть технических решений, реализующих данный метод, предусматривает установку систем генерации электрического заряда на земле в расчете на то, что генерируемый заряд будет доставлен в верхние слои атмосферы восходящими воздушными потоками. Путем подвеса коронирующих электродов изолированно с зазором относительно заземленной поверхности, генерируется коронный разряд. Генерируемые коронным разрядом электрические заряды заряжают воздух окружающего пространства и восходящими потоками выносятся в верхние слои атмосферы.A number of technical solutions for the formation of a volumetric electric charge in the atmosphere are based on charging atmospheric air with a system of corona electrodes installed on the earth's surface. A significant part of the technical solutions that implement this method provides for the installation of electric charge generation systems on the ground in the expectation that the generated charge will be delivered to the upper layers of the atmosphere by ascending air currents. By suspending the corona electrodes in isolation with a gap to a grounded surface, a corona discharge is generated. The electric charges generated by the corona discharge charge the air of the surrounding space and are carried by ascending flows into the upper layers of the atmosphere.
Известны устройства генерации электрических зарядов в атмосферу, основанные на обдуве воздушным потоком коронирующих электродов, установленных у поверхности земли. Описание таких технических средств представлено в авторском свидетельстве СССР №29675, МПК A01G 15/00, опубликованном в 1948 г.под названием «Способ вызывания дождя», а также в устройстве для разрушения тумана (см. опубликованную заявку ФРГ №4005304, МПК Ε01Η 13/00).Known devices for generating electric charges into the atmosphere, based on blowing air flow corona electrodes installed near the surface of the earth. A description of such technical means is presented in the USSR author's certificate No. 29675, IPC A01G 15/00, published in 1948 under the title "Method of making rain", as well as in a device for destroying fog (see the published application of the Federal Republic of Germany No. 4005304, IPC
Известен способ генерации электрических зарядов в атмосферу путем подключения к источнику высокого напряжения коронирующих проводов, закрепленных через изоляторы на опорах у поверхности земли, (см. «Журнал геофизических исследований», Кембридж, Массачусетс, март 1962 г., т. 67, стр. 1073-1082). Сведения об этом способе отражены и в отечественной технической литературе (см. Л.Г. Качурин «Физические основы воздействия на атмосферные образования», Гидрометеоиздат, Ленинград, 1978 г. стр. 287-293).A known method of generating electrical charges into the atmosphere by connecting to a high voltage source of corona wires, fixed through insulators on supports near the surface of the earth, (see "Journal of Geophysical Research", Cambridge, Massachusetts, March 1962, v. 67, p. 1073 -1082). Information about this method is also reflected in the domestic technical literature (see L.G. Kachurin "Physical basis for influencing atmospheric formations", Gidrometeoizdat, Leningrad, 1978, pp. 287-293).
Известно устройство генерации в атмосферу электрического заряда, представленное в описании патента РФ №2124288 С1, кл. Е01Н 13/00, 19.12.1997 г, опубликованном 10.01.1999 г, бюл. №1. Устройство содержит подсоединенные к источнику высокого напряжения провода с малым радиусом кривизны поверхности, закрепленные на изоляторах опор параллельно электропроводной сетке, смонтированной в вертикальной плоскости, проходящей через оси симметрии смежных опор. Генерируемый коронирующими проводами коронный разряд создает ионный ветер, который направлен от коронирующих проводов к заземленной сетке. Ветровой поток (естественного ветра и образуемый ионным ветром), проходя через область коронного разряда, получает электрический заряд и ионным ветром, а также внешним ветровым потоком, направляется в атмосферу. Эффективность работы известного технического устройства определяется устойчивостью горения коронного разряда, которая может быть обеспечена в условиях высокой точности зазора разрядного промежутка по всей площади устройства, что является сложной технологической задачей и требует значительных финансовых затрат. Более совершенной конструкцией, обеспечивающей устойчивое горение разряда, является техническое решение, представленное в патенте №2516988 Ru. Данное устройство дополнительно снабжено установленными с зазором относительно коронирующих электродов на раме поверх заземленной электропроводной сетки электропроводными стержнями параллельно коронирующим электродам с шагом вдоль поверхности сетки кратным шагу коронирующих электродов.A device for generating an electric charge into the atmosphere is known, presented in the description of the patent of the Russian Federation No. 2124288 C1, class. E01H 13/00, December 19, 1997, published on January 10, 1999, bul. No. 1. The device comprises wires connected to a high voltage source with a small radius of curvature of the surface, fixed on the insulators of the supports parallel to the electrically conductive grid mounted in a vertical plane passing through the symmetry axes of adjacent supports. The corona discharge generated by the corona wires creates an ionic wind that is directed from the corona wires to the grounded grid. The wind flow (natural wind and generated by the ion wind), passing through the area of the corona discharge, receives an electric charge and the ion wind, as well as the external wind flow, is directed into the atmosphere. The efficiency of the known technical device is determined by the stability of the combustion of the corona discharge, which can be ensured under conditions of high accuracy of the gap of the discharge gap over the entire area of the device, which is a complex technological challenge and requires significant financial costs. A more advanced design that ensures stable discharge burning is the technical solution presented in patent No. 2516988 Ru. This device is additionally provided with electrically conductive rods installed with a gap relative to the corona electrodes on the frame over the grounded electrically conductive grid parallel to the corona electrodes with a step along the surface of the grid that is a multiple of the pitch of the corona electrodes.
Вынос электрически заряженных воздушных потоков в верхние слои атмосферы в описанных известных устройствах предусматривается за счет естественных, либо искусственно сформированных восходящих потоков. Вместе с тем, эффективность электрического воздействия на атмосферные процессы в значительной степени определяется точностью и своевременностью доставки электрических зарядов в определенную область атмосферы. В этой связи, устройства генерации электрических зарядов, установленные на поверхности земли, не всегда приемлемы вследствие своей стационарности и неопределенности естественных воздушных потоков.The removal of electrically charged air flows into the upper layers of the atmosphere in the described known devices is provided for by natural or artificially generated ascending flows. At the same time, the efficiency of electrical action on atmospheric processes is largely determined by the accuracy and timeliness of the delivery of electrical charges to a certain area of the atmosphere. In this regard, devices for generating electric charges installed on the surface of the earth are not always acceptable due to their stationarity and the uncertainty of natural air flows.
Известны устройства генерации в атмосферу электрических зарядов, основанные на доставке в облака коронирующих проводов, которые соединены с источником высокого напряжения. См., например, авторское свидетельство СССР №71260, МПК A01G 15/00, опубликованное 31.07.1948 г., и патент США №3456880, МПК A01G 15/00, опубликованный 22.07.1969 г. Основным недостатком описываемого способа и известных устройств является сложность осуществления подъема коронирующих проводов на высоту расположения облака, что приведет к большим затратам ресурсов и не всегда осуществимо по погодным условиям.Devices for generating electric charges into the atmosphere are known, based on the delivery of corona wires to clouds, which are connected to a high voltage source. See, for example, USSR author's certificate No. 71260, IPC A01G 15/00, published on 07/31/1948, and US patent No. 3456880, IPC A01G 15/00, published on 07/22/00, published on 07/22/1969. the difficulty of lifting the corona wires to the height of the cloud, which will lead to high resource costs and is not always feasible due to weather conditions.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является устройство генерации электрического заряда в атмосферу, представленное в статье авторов Harrison at all. Demonstration of a Remotely Piloted Atmospheric Measurement and Charge Release Platform for Geoengineering. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology 38, 1, p.63-75 (DOI: 10.1175/JTECH-D-20-0092.1).The closest technical solution to the proposed device is a device for generating an electric charge into the atmosphere, presented in an article by the authors of Harrison at all. Demonstration of a Remotely Piloted Atmospheric Measurement and Charge Release Platform for Geoengineering. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology 38, 1, p.63-75 (DOI: 10.1175/JTECH-D-20-0092.1).
Известное устройство включает в себя приводимый в движение с помощью воздушного винта беспилотный летательный аппарат, на обоих крыльях которого электрически изолированно от корпуса установлены электрически соединенные с высоковольтным источником питания постоянного тока коронирующие электроды. Коронирующий электрод на одном из крыльев соединен с источником питания положительной полярности, на другом, соответственно, коронирующий электрод соединен с источником питания отрицательной полярности. Высоковольтные источники питания и поверхности крыльев «заземлены» на корпус беспилотного летательного аппарата. Для того, чтобы исключить электрическое заряжание корпуса, беспилотный летательный аппарат снабжен системой контроля токов коронного разряда и системой дистанционного регулирования напряжения питания каждого высоковольтного источника питания. Что позволяет обеспечить равенство токов положительной и отрицательной полярности.The known device includes an unmanned aerial vehicle driven by a propeller, on both wings of which discharge electrodes electrically connected to a high-voltage DC power source are electrically isolated from the body. The corona electrode on one of the wings is connected to a positive polarity power source, on the other, respectively, the corona electrode is connected to a negative polarity power source. High-voltage power supplies and wing surfaces are "grounded" to the body of the unmanned aerial vehicle. In order to exclude electric loading of the body, the unmanned aerial vehicle is equipped with a corona discharge current control system and a remote voltage control system for each high-voltage power source. This makes it possible to ensure the equality of currents of positive and negative polarity.
Известное устройство генерирует в атмосферу одновременно электрические заряды положительного, и отрицательного знака, которые способствуют активизации процессов конденсации паров воды, и коагуляции капель, что в значительной мере позволяет активизировать процессы модификации погодных условий. Вместе с тем, одновременная генерация положительных и отрицательных зарядов не позволяет сформировать в атмосфере искусственные электрические поля, что ограничивает эффективность воздействия известного устройства на атмосферные процессы.The known device generates simultaneously positive and negative electric charges into the atmosphere, which contribute to the activation of the processes of condensation of water vapor and coagulation of drops, which to a large extent allows to activate the processes of modifying weather conditions. However, the simultaneous generation of positive and negative charges does not allow the formation of artificial electric fields in the atmosphere, which limits the effectiveness of the impact of the known device on atmospheric processes.
Ионы, образуемые в процессе генерации коронного разряда между коронирующими электродами и поверхностью крыльев, находятся под действием сил электрического поля, образуемого вследствие разности потенциалов между коронирующими электродами и заземленной поверхностью крыльев, а также сил аэродинамического на них воздействия от воздушного потока, обтекающего поверхность крыльев. В процессе своего движения ионы сталкиваются с молекулами воздуха и укрупняются, превращаясь в тяжелые ионы. Кроме того, генерация коронного разряда способствует процессу конверсии газов в частицы (так называемый процесс «new particle formation), в результате которого в области коронного разряда формируются электрически заряженные аэрозольные частицы, способные вследствие своего большого размера по сравнению с ионами более эффективно выносить электрический заряд из области генерации коронного разряда. Чем меньше размер электрически заряженных частиц в области действия электрического поля коронного разряда, тем выше скорость их движения к заземленной поверхности, тем меньше значение действующих на них сил аэродинамического воздействия, тем меньше вероятность их выноса в атмосферу. В атмосферу выносятся только лишь ионы или электрически заряженные частицы, которые за время своего движения по силовым линиям электрического поля не успевают достичь заземленной поверхности крыльев. Ионы же, или электрически заряженные частицы, которые за время своего движения по силовым линиям электрического поля успевают достичь поверхности крыльев, безвозвратно уходят в электрическую цепь коронного разряда и не участвуют в формировании электрического заряда в атмосфере. Количество образуемых аэрозольных частиц вследствие конверсии газ-частица в известном устройстве ограничено не всегда достаточной концентрацией конверсионных газовых составляющих, входящих в состав атмосферы в области проведения работ по модификации погодных условий, где осуществляет полет беспилотный летательный аппарат. Ограничена также и скорость полета беспилотного летательного аппарата, а, следовательно, и скорость ветрового потока, обеспечивающего вынос электрических зарядов из области коронного разряда. Ее скорость определяется лишь скоростью встречного потока ветра и практически равна скорости полета беспилотного летательного аппарата. Таким образом, в известном устройстве значительная часть генерируемых коронным разрядом электрических зарядов не выносится в атмосферу, а по силовым линиям электрического поля доходит до заземленной поверхности крыльев и безвозвратно уходит обратно в электрическую цепь, что снижает эффективность генерации электрических зарядов в атмосферу.The ions formed during the generation of a corona discharge between the discharge electrodes and the surface of the wings are under the action of the forces of the electric field formed due to the potential difference between the discharge electrodes and the grounded surface of the wings, as well as the forces of aerodynamic action on them from the air flow flowing around the surface of the wings. In the course of their movement, the ions collide with air molecules and become larger, turning into heavy ions. In addition, the generation of a corona discharge promotes the process of gas conversion into particles (the so-called “new particle formation” process), as a result of which electrically charged aerosol particles are formed in the region of the corona discharge, which, due to their large size, in comparison with ions, can more effectively carry an electric charge from areas of corona discharge generation. The smaller the size of electrically charged particles in the area of action of the electric field of the corona discharge, the higher the speed of their movement to the grounded surface, the lower the value of the aerodynamic forces acting on them, the lower the probability of their removal into the atmosphere. Only ions or electrically charged particles are carried into the atmosphere, which, during their movement along the electric field lines, do not have time to reach the grounded surface of the wings. Ions, or electrically charged particles, which, during their movement along the electric field lines, manage to reach the surface of the wings, irrevocably go into the electric circuit of the corona discharge and do not participate in the formation of an electric charge in the atmosphere. The amount of aerosol particles formed due to gas-particle conversion in a known device is limited by the not always sufficient concentration of conversion gas components that make up the atmosphere in the area of work on modifying weather conditions, where an unmanned aerial vehicle is flying. The flight speed of an unmanned aerial vehicle is also limited, and, consequently, the speed of the wind flow, which ensures the removal of electric charges from the corona discharge region. Its speed is determined only by the speed of the oncoming wind flow and is practically equal to the flight speed of an unmanned aerial vehicle. Thus, in the known device, a significant part of the electric charges generated by a corona discharge is not carried out into the atmosphere, but along the electric field lines it reaches the grounded surface of the wings and irrevocably goes back into the electric circuit, which reduces the efficiency of generating electric charges into the atmosphere.
Необходимость исключения электрического заряжания корпуса в известном устройстве вынуждает снабжать беспилотный летательный аппарат системой контроля токов коронного разряда и системой дистанционного регулирования напряжения питания каждого высоковольтного источника питания. Это усложняет конструкцию и приводит к повышению затрат на ее изготовление.The need to exclude electrical charging of the case in the known device forces the unmanned aerial vehicle to be equipped with a corona discharge current control system and a remote voltage control system for each high-voltage power source. This complicates the design and leads to an increase in the cost of its manufacture.
Цель изобретения - повышение эффективности генерации электрического заряда, упрощение конструкции и снижение затрат на ее изготовление.The purpose of the invention is to increase the efficiency of electric charge generation, simplify the design and reduce the cost of its manufacture.
Для достижения заданной цели в известном устройстве генерации электрических зарядов в атмосферу, содержащем закрепленную на приводящемся в движение с помощью воздушного винта беспилотном летательном аппарате систему генерации коронного разряда с электрически соединенным с высоковольтным источником питания коронирующим электродом, установленным с зазором относительно соединенного с корпусом беспилотного летательного аппарата осадительного электрода, осадительный электрод установлен параллельно оси беспилотного летательного аппарата и выполнен в виде окружающей коронирующий электрод цилиндрической полости с открытыми торцевыми поверхностями, проекция поперечного сечения которой на плоскость, нормальную к оси беспилотного летательного аппарата, пересекает площадь вращения его воздушного винта;To achieve a given goal in a known device for generating electric charges into the atmosphere, containing a corona discharge generation system fixed on an unmanned aerial vehicle driven by a propeller with a corona electrode electrically connected to a high-voltage power source, installed with a gap relative to the unmanned aerial vehicle connected to the body collecting electrode, the collecting electrode is installed parallel to the axis of the unmanned aerial vehicle and is made in the form of a cylindrical cavity surrounding the corona electrode with open end surfaces, the projection of the cross section of which onto a plane normal to the axis of the unmanned aerial vehicle crosses the area of rotation of its propeller;
электрическое соединение осадительного электрода с корпусом беспилотного летательного аппарата осуществляется через конденсатор;the electrical connection of the collecting electrode with the body of the unmanned aerial vehicle is carried out through a capacitor;
снабжено системой впрыска в область генерации коронного разряда газов, способствующих повышению вероятности инициирования процессов конверсии газов в частицы.equipped with a system for injecting gases into the area of corona discharge generation, which increase the probability of initiating the processes of gas conversion into particles.
Технический результат в предлагаемом техническом решении достигается за счет того, что выполнение осадительного электрода в виде окружающей коронирующий электрод цилиндрической полости позволяет формировать неоднородное электрическое поле по всей поверхности коронирующего электрода и повысить эффективность генерации ионов. Расположение цилиндрической полости осадительного электрода вдоль оси беспилотного летательного аппарата обеспечивает прохождение всего набегающего на него встречного воздушного потока через область генерации коронного разряда. Выполнение цилиндрической полости таким образом, что проекция ее поперечного сечения на плоскость, нормальную к оси беспилотного летательного аппарата (плоскость, установленную под прямым углом к оси), пересекает площадь вращения воздушного винта, обеспечивает проход через область генерации коронного разряда струи воздушного винта. Скорость движения струи значительно выше скорости движения беспилотного летательного аппарата. Повышается скорость воздушного потока, проходящего через область генерации коронного разряда. Чем выше скорость воздушного потока, проходящего через область коронного разряда, тем больший объем воздуха задействован в сборе образуемых в области коронного разряда электрически заряженных частиц, тем меньше времени электрические заряды будут находиться под действием сил электрического поля, осаждающего их на цилиндрическую полость осадительного электрода, и большая часть зарядов будет выноситься в атмосферу. Мощная воздушная струя, предназначенная для создания тяги беспилотного летательного аппарата в предлагаемом техническом решении, используется дополнительно и для выполнения поставленной перед изобретением задачи повышает эффективность выноса электрического заряда в атмосферу. При этом, никакого существенного влияния на тяговые свойства воздушного винта не оказывается.The technical result in the proposed technical solution is achieved due to the fact that the execution of the collecting electrode in the form of a cylindrical cavity surrounding the corona electrode makes it possible to form a non-uniform electric field over the entire surface of the corona electrode and increase the efficiency of ion generation. The location of the cylindrical cavity of the collecting electrode along the axis of the unmanned aerial vehicle ensures the passage of the entire oncoming air flow on it through the area of generation of the corona discharge. The execution of the cylindrical cavity in such a way that the projection of its cross section on a plane normal to the axis of the unmanned aerial vehicle (a plane set at right angles to the axis) intersects the area of rotation of the propeller, provides a passage through the corona discharge generation area of the propeller jet. The speed of the jet is much higher than the speed of the unmanned aerial vehicle. The speed of the air flow passing through the region of corona discharge generation increases. The higher the speed of the air flow passing through the region of the corona discharge, the greater the volume of air involved in the collection of electrically charged particles formed in the region of the corona discharge, the less time the electric charges will be under the action of the forces of the electric field depositing them on the cylindrical cavity of the collecting electrode, and most of the charges will be carried into the atmosphere. A powerful air jet designed to create traction for an unmanned aerial vehicle in the proposed technical solution is additionally used and, to fulfill the task set for the invention, increases the efficiency of the removal of an electric charge into the atmosphere. At the same time, there is no significant effect on the traction properties of the propeller.
Повышение объема выносимого в атмосферу электрического заряда обеспечивается также путем снабжения предлагаемого устройства системой впрыска в область генерации коронного разряда газов, способствующих повышению вероятности инициирования процессов конверсии газов в частицы. Добавление в область коронного разряда конверсионных газов обеспечивает повышение концентрации образуемых аэрозольных частиц (см. Патенты 2595015 Ru, 2647276 Ru, 2647278 Ru). Образуемые в результате конверсии газ-частица аэрозольные частицы, проходя в области коронного разряда, электрически заряжаются генерируемыми коронным разрядом ионами. Так как подвижность аэрозольных частиц очень мала по сравнению с подвижностью ионов, а площадь их поверхности велика, то повышение численной концентрации образуемых в результате конверсии газ-частицы аэрозольные частицы повышают вероятность сбора и выноса генерируемых электрических зарядов из области генерации коронного разряда в атмосферу.An increase in the volume of electric charge carried into the atmosphere is also provided by supplying the proposed device with an injection system into the region of generation of a corona discharge of gases, which increase the probability of initiating the processes of conversion of gases into particles. The addition of conversion gases to the region of the corona discharge provides an increase in the concentration of aerosol particles formed (see Patents 2595015 Ru, 2647276 Ru, 2647278 Ru). The aerosol particles formed as a result of the gas-particle conversion, passing through the region of the corona discharge, are electrically charged by the ions generated by the corona discharge. Since the mobility of aerosol particles is very low compared to the mobility of ions, and their surface area is large, an increase in the numerical concentration of aerosol particles formed as a result of gas-particle conversion increases the probability of collection and removal of generated electric charges from the region of corona discharge generation into the atmosphere.
Компенсация электрического заряда, выносимого с беспилотного летательного аппарата в атмосферу в предлагаемом техническом решении, осуществляется за счет накопления электрического заряда на обкладках конденсатора. Осадительный электрод соединен с корпусом через конденсатор. Конденсатор, обладающий большой электрической емкостью, аккумулирует электрический заряд на своих обкладках и компенсирует выносимый в атмосферу электрический заряд. Обеспечивается тем самым замыкание электрической цепи, генерирующей в атмосферу электрический заряд одного знака полярности без накопления электрического заряда на корпусе беспилотного летательного аппарата. Это позволяет формировать в атмосфере объемный электрический заряд одного знака полярности и расширить возможности искусственного воздействия на атмосферные процессы, используя искусственно формируемые электрические поля. При необходимости одновременного формирования в атмосфере электрических зарядов различного знака полярности, можно использовать несколько беспилотных летательных аппаратов, каждый из которых может формировать электрические заряды в атмосфере того знака, который сможет обеспечить более эффективное воздействие на атмосферу в сложившихся в атмосфере естественных погодных условиях.Compensation for the electric charge carried out from the unmanned aerial vehicle into the atmosphere in the proposed technical solution is carried out by accumulating an electric charge on the capacitor plates. The collecting electrode is connected to the housing through a capacitor. A capacitor with a large electric capacitance accumulates an electric charge on its plates and compensates for the electric charge carried into the atmosphere. This ensures the closure of the electrical circuit that generates an electric charge of one polarity sign into the atmosphere without the accumulation of an electric charge on the body of the unmanned aerial vehicle. This makes it possible to form in the atmosphere a volumetric electric charge of the same polarity sign and expand the possibilities of artificial influence on atmospheric processes using artificially generated electric fields. If it is necessary to simultaneously form electric charges of different polarity in the atmosphere, several unmanned aerial vehicles can be used, each of which can generate electric charges in the atmosphere of the sign that can provide a more effective impact on the atmosphere in natural weather conditions prevailing in the atmosphere.
На рис. 1 представлен общий вид устройства генерации электрического заряда. На рис. 2 представлена электрическая схема устройства генерации электрических зарядов.On fig. 1 shows a general view of the electric charge generation device. On fig. 2 shows the electrical diagram of the device for generating electric charges.
Устройство генерации электрического заряда включает в себя осадительный электрод, выполненный в виде электропроводной открытой с обоих торцов трубчатой конструкции 1, электрически соединенной с заземлительным выходом высоковольтного источника питания 2 и заземлительным контуром 3, который электрически изолирован с помощью изоляторов 4 от корпуса беспилотного летательного аппарата 5. По оси трубчатой конструкции 1, электрически изолированно, на высоковольтных изоляторах 6 установлен коронирующий электрод 7, соединенный с высоковольтным выходом источника питания 2. Параметры электропроводной трубчатой конструкции 1, коронирующего электрода 7, высоковольтных изоляторов 6 и значение напряжения, подаваемого от высоковольтного источника питания 2, выбираются из условия обеспечения устойчивого коронного разряда без электрического пробоя в условиях 100% влажности окружающей среды.The electric charge generation device includes a collecting electrode made in the form of an electrically conductive tubular structure 1 open at both ends, electrically connected to the ground output of the high-
Для компенсации электрического заряда, сбрасываемого в атмосферу устройством, заземлительный контур 3 электрически соединен с конденсатором 8, который другой клеммой соединен с корпусом беспилотного летательного аппарата 5. Для предотвращения электрического пробоя конденсатора 8, параллельно конденсатору 8 заземлительный контур 3 электрически соединен с корпусом беспилотного летательного аппарата 5 через предохранительное реле 9. Чем больше емкость конденсатора, тем больше заряда беспилотный летательный аппарат может сгенерировать в атмосферу без увеличения электрического потенциала на его корпусе. Конкретные технические параметры конденсатора определяются в процессе экспериментальных лабораторных исследований. Рекомендуемое значение емкости конденсатора - не менее 0,1 Ф. В качестве конденсатора большой емкости могут быть использованы ионисторы (https://ru.wikipedia.org/wiki/Ионистор). У открытого торца трубчатой конструкции 1, обращенного в сторону полета беспилотного летательного аппарата смонтирована система впрыска в область генерации коронного разряда газов, способствующих повышению вероятности инициирования процессов конверсии газов в частицы 10.To compensate for the electric charge discharged into the atmosphere by the device, the
Для обеспечения того, чтобы воздушный поток от воздушного винта 11 формируемый для создания тяги беспилотного летательного аппарата 12 попадал в область генерации коронного разряда цилиндрическая полость осадительного электрода 1 смонтирована таким образом, что проекция ее поперечного сечения 13 на плоскость, нормальную к оси беспилотного летательного аппарата 12, пересекает площадь вращения воздушного винта 11.To ensure that the air flow from the
Генерация электрического заряда в атмосферу предлагаемым устройством происходит следующим образом. Система генерации коронного разряда устанавливается на беспилотном летательном аппарате 12 параллельно направлению его полета таким образом, чтобы воздушный поток от воздушного винта 11, формируемый для создания тяги беспилотного летательного аппарата 12, попадал в область ее трубчатой конструкции 1. Во время пролета беспилотного летательного аппарата для генерации электрического заряда на коронирующий электрод 7 подается высокое напряжение и зажигается коронный разряд. Включается система впрыска в область генерации коронного разряда газов, способствующих повышению вероятности инициирования процессов конверсии газов в частицы 10. Впрыскиваться могут, например:The generation of an electric charge into the atmosphere by the proposed device occurs as follows. The corona discharge generation system is installed on the unmanned
- молекулы серной кислоты или сернистого газа из расчета повышения концентрации молекул серной кислоты в проходящем воздушном потоке в диапазоне значений (от 106 до 109) 1/см3 (молекулы сернистого газа в области коронного разряда в результате химических реакций с содержащимися в воздухе составляющими превращаются в молекулы серной кислоты);- molecules of sulfuric acid or sulfur dioxide based on the increase in the concentration of sulfuric acid molecules in the passing air stream in the range of values (from 10 6 to 10 9 ) 1/cm 3 (molecules of sulfur dioxide in the area of the corona discharge as a result of chemical reactions with components contained in the air converted into sulfuric acid molecules).
- пары аммиака в объеме, обеспечивающем концентрацию его молекул в проходящем воздушном потоке в области коронного разряда в диапазоне значений (от 106 до 109) 1/см3;- ammonia vapor in a volume that ensures the concentration of its molecules in the passing air flow in the area of the corona discharge in the range of values (from 10 6 to 10 9 ) 1/cm 3 ;
- пары аммиака и диметиламина в объеме, обеспечивающем концентрацию его молекул в проходящем воздушном потоке в области коронного разряда в диапазоне значений (от 106 до 109) 1/см3;- vapors of ammonia and dimethylamine in a volume that ensures the concentration of its molecules in the passing air flow in the area of the corona discharge in the range of values (from 10 6 to 10 9 ) 1/cm 3 ;
- пары скипидара, а также прочие малые газовые составляющие атмосферного воздуха, инициирующие процессы конверсии газ-частица в условиях коронного разряда.- turpentine vapors, as well as other small gas components of atmospheric air, initiating gas-particle conversion processes under corona discharge conditions.
Конкретный состав и концентрация газов, включаемых в систему впрыска в область генерации коронного разряда, определяется на стадии проектирования путем экспериментального моделирования процессов конверсии газ - частица в конкретных условиях коронного разряда, реализуемого в устанавливаемой на беспилотном летательном аппарате системе. Конструктивное выполнение системы, обеспечивающей впрыск конверсионных газов, может быть осуществлено по аналогии с известными конструктивными схемами, реализующими технологический процесс впрыска газов с помощью форсунки в заданную полость. См., например, https://ru.wikipedia.org/wiki/Инжекторная система подачи топлива.The specific composition and concentration of gases included in the injection system into the area of corona discharge generation is determined at the design stage by experimental modeling of gas-particle conversion processes under specific corona discharge conditions implemented in the system installed on an unmanned aerial vehicle. The design of the system that provides the injection of conversion gases can be carried out by analogy with the known design schemes that implement the technological process of gas injection using a nozzle into a given cavity. See, for example, https://ru.wikipedia.org/wiki/Fuel injection system.
При генерации коронного разряда внутри трубчатой конструкции 1 формируется объемный электрический заряд из ионов, движущихся от коронирующего электрода 7 к внутренней поверхности трубчатой конструкции 1. Воздушный поток с содержащимися в нем аэрозольными частицами и капельками воды через передний открытый торец входит внутрь трубчатой конструкции 1 устройства генерации электрического заряда и движется вдоль ее оси. Впрыскиваемые системой впрыска 10 конверсионные газы в области генерации коронного разряда вовлекаются в плазменно-химические процессы конверсии газ-частица и в проходящем через трубчатую конструкцию воздухе образуют дополнительные аэрозольные частицы, так называемые «вторичные аэрозоли». См., например, https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2018JD029356. Продвижение воздушного потока внутри трубчатой конструкции осуществляется не только за счет набегающего на беспилотный летательный аппарат воздушного потока со скоростью его полета, но и за счет заходящей внутрь ее струи от воздушного винта 11, обеспечивающей тягу беспилотного летательного аппарата. Так как торцевые поверхности полости трубчатой конструкции 1 открыты, проход струи внутри нее не окажет существенного влияния на тяговые свойства воздушного винта 11. Ионы, движущиеся от коронирующего электрода 7 к внутренней поверхности трубчатой конструкции 1, сталкиваются на своем пути с пролетающими вдоль оси конструкции (перпендикулярном направлении относительно направления движения ионов) содержащимися в воздухе модекулами воздуха, аэрозольными частицами, каплями воды, вторичными аэрозолями, образуемыми в результате конверсии газ-частица из содержащихся в воздушном потоке конверсионных газов и газов, которые впрыскиваются в область генерации короного разряда с помощью системы впрыска 10, и осаждаются на их поверхности. Так как в области генерации коронного разряда численная концентрация ионов достигает значений порядка (от 108 до 109) 1/см3, то за короткое время ~0,01 сек, практически все аэрозольные частицы, капли воды и значительная часть молекул воздуха успевают получить практически максимально возможный электрический заряд (~90% от максимально возможного значения). Получившие электрический заряд молекулы воздуха превращаются в так называемые тяжелые ионы, которые по своим характеристикам значительно отличаются от легких ионов, которые не успели столкнуться с молекулами воздуха и осесть на их поверхности. Аэрозольные частицы и капли воды в области коронного разряда электрически заряжаются и превращаются в электрически заряженные частицы. Как известно, скорость движения электрически заряженных частиц и ионов под действием электрического поля существенно зависит от массы частиц. Чем больше масса, тем меньше скорость передвижения частиц и ионов. Коэффициентом пропорциональности между скоростью электрически заряженной частицы и значением действующего на нее электрического поля определяется подвижностью. Разница в подвижности между легкими и тяжелыми ионами составляет четыре порядка. И, если капли воды и аэрозольные частицы за время своего движения внутри трубчатой конструкции, которое составляет порядка ~0,01 сек, успевают получить электрический заряд, то путь перемещения капель и аэрозольных частиц по направлению действующего на них сил электрического поля (поперек относительно продвигающего ее воздушного потока) будет измеряться микронами. За время, в течение которого электрически заряженные капли воды, аэрозольные частицы и значительная часть тяжелых ионов движутся внутри трубчатой конструкции, действующие на них силы электрического поля не успевают отклонить их от линий тока воздушного потока до такой степени, чтобы они подошли к поверхности трубчатой конструкции, электрически соединенной с заземлительным выходом высоковольтного источника питания. Электрическая цепь не замыкается, потому, что значительная часть электрического заряда, который генерируется коронным разрядом, собирается проходящими в области генерируемого коронного разряда каплями воды, аэрозольными частицами, молекулами воздуха, и выносятся с собой через открытый задний торец трубчатой конструкции наружу, в окружающее пространство. Генерация электрических зарядов в атмосферу осуществляется путем отбора электрических зарядов высоковольтным источником питания от трубчатой конструкции 1 и передачи их в области генерации коронного разряда проходящему воздушному потоку. Чтобы исключить накопление электрического заряда по знаку, противоположного знаку генерируемого в атмосферу электрического заряда, корпус трубчатой конструкции 1 соединяется через заземлительный контур 3 с конденсатором 8. Конденсатор 8, обладающий достаточно большой электрической емкостью, аккумулирует электрический заряд, компенсирующий электрический заряд, выносимый каплями в атмосферу, и обеспечивает замыкание электрической цепи, образуемой высоковольтным источником питания. При превышении напряжения на обкладках конденсатора допустимой разности потенциала, переполнении накопленного в конденсаторе электрического заряда допустимого проектной емкостью конденсатора, срабатывает предохранительное реле 9, замыкающее обкладки конденсатора, и накопленный заряд нейтрализуется.When a corona discharge is generated inside the tubular structure 1, a volumetric electric charge is formed from ions moving from the
Предложенное техническое решение благодаря новым, ранее неизвестным признакам в сочетании с известными признаками, позволяет получить следующие положительные качества по сравнению с известным техническим решением:The proposed technical solution, thanks to new, previously unknown features in combination with known features, allows you to obtain the following positive qualities compared to the known technical solution:
- повышается эффективность генерации ионов в коронном разряде;- increases the efficiency of ion generation in a corona discharge;
- повышается объем воздушного потока, проходящего в единицу времени в области генерации коронного разряда, что повышает вероятность сбора и выноса из разрядного промежутка генерируемых электрических зарядов, снижает вероятность беспрепятственного прохода генерируемых коронным разрядом зарядов к осадительному электроду и увеличивает интенсивность их выноса в атмосферу;- the volume of the air flow passing per unit time in the region of corona discharge generation increases, which increases the probability of collection and removal of generated electric charges from the discharge gap, reduces the probability of free passage of charges generated by the corona discharge to the collecting electrode and increases the intensity of their removal into the atmosphere;
- уменьшается время нахождения электрически заряженных частиц под действием сил электрического поля коронного разряда, перемещающего электрические заряды к осадительному электроду, что снижает вероятность их осаждения на заземленной поверхности;- the time spent by electrically charged particles under the action of the forces of the electric field of a corona discharge, which moves electric charges to the collecting electrode, decreases, which reduces the likelihood of their deposition on a grounded surface;
- повышается концентрация аэрозольных частиц в воздушном потоке, проходящем в области генерации коронного разряда и увеличивается вероятность выноса электрического заряда в атмосферу;- the concentration of aerosol particles in the air flow passing in the area of corona discharge generation increases and the probability of the removal of an electric charge into the atmosphere increases;
- обеспечивается формирование в атмосфере искусственных электрических полей;- the formation of artificial electric fields in the atmosphere is ensured;
- упрощается конструкция устройства генерации электрического заряда в атмосферу и снижаются затраты на ее изготовление.- the design of the device for generating an electric charge into the atmosphere is simplified and the cost of its manufacture is reduced.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет повысить эффективность генерации электрического заряда, упростить конструкцию устройства, снизить затраты на ее изготовление и достичь цели предполагаемого изобретения.Thus, the proposed technical solution makes it possible to increase the efficiency of electric charge generation, simplify the design of the device, reduce the cost of its manufacture, and achieve the purpose of the proposed invention.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021122847A RU2763511C1 (en) | 2021-07-30 | 2021-07-30 | Device for generating electric charges in the atmosphere |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021122847A RU2763511C1 (en) | 2021-07-30 | 2021-07-30 | Device for generating electric charges in the atmosphere |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2763511C1 true RU2763511C1 (en) | 2021-12-29 |
Family
ID=80039907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021122847A RU2763511C1 (en) | 2021-07-30 | 2021-07-30 | Device for generating electric charges in the atmosphere |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2763511C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2807519C1 (en) * | 2023-05-18 | 2023-11-15 | федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт прикладной геофизики имени академика Е.К. Федорова" | Device for generating electric charges into atmosphere |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2112360C1 (en) * | 1997-04-03 | 1998-06-10 | Физический институт им.П.Н.Лебедева РАН | Method for artificial inducement of precipitations |
| EA201170266A1 (en) * | 2008-07-31 | 2011-08-30 | Метео Системз Интернэшнл Аг | DEVICE AND RELATED METHODS OF IMPACT ON WEATHER CONDITIONS THROUGH ELECTRICAL PROCESSES IN THE ATMOSPHERE |
| GB2475280B (en) * | 2009-11-13 | 2013-01-16 | Rolls Royce Plc | Moisture dispersion |
| US10314249B2 (en) * | 2014-12-10 | 2019-06-11 | The Boeing Company | Systems and methods of inducing rainfall |
-
2021
- 2021-07-30 RU RU2021122847A patent/RU2763511C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2112360C1 (en) * | 1997-04-03 | 1998-06-10 | Физический институт им.П.Н.Лебедева РАН | Method for artificial inducement of precipitations |
| EA201170266A1 (en) * | 2008-07-31 | 2011-08-30 | Метео Системз Интернэшнл Аг | DEVICE AND RELATED METHODS OF IMPACT ON WEATHER CONDITIONS THROUGH ELECTRICAL PROCESSES IN THE ATMOSPHERE |
| GB2475280B (en) * | 2009-11-13 | 2013-01-16 | Rolls Royce Plc | Moisture dispersion |
| US10314249B2 (en) * | 2014-12-10 | 2019-06-11 | The Boeing Company | Systems and methods of inducing rainfall |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2807519C1 (en) * | 2023-05-18 | 2023-11-15 | федеральное государственное бюджетное учреждение "Институт прикладной геофизики имени академика Е.К. Федорова" | Device for generating electric charges into atmosphere |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US2773472A (en) | Apparatus for electrostatic spray coating | |
| AU2009275553B2 (en) | Apparatus and related methods for weather modification by electrical processes in the atmosphere | |
| US5678783A (en) | System and method for remediation of selected atmospheric conditions and system for high altitude telecommunications | |
| CN101437623B (en) | Method for the removal of smut, fine dust and exhaust gas particles, particle catch arrangement for use in this method and use of the particle catch arrangement to generate a static electric field | |
| CN104737867B (en) | A kind of device and method of regional joint catalysis rainfall snow | |
| RU2422584C1 (en) | Method of fog dissipation | |
| RU2763511C1 (en) | Device for generating electric charges in the atmosphere | |
| RU2516988C1 (en) | Mist dispersal device | |
| RU2675313C1 (en) | Device for fog dissipation | |
| EP1467611A1 (en) | Method and apparatus for controlling atmospheric conditions | |
| AU2002367449A1 (en) | Method and apparatus for controlling atmospheric conditions | |
| RU2661765C1 (en) | Method of mist diffusion and device for its implementation | |
| RU2124288C1 (en) | Fog and clouds dissipating apparatus | |
| CN110047722B (en) | Charged particle generating device for processing atmospheric environment | |
| RU2734550C1 (en) | Method for mist dispersion and device for its implementation | |
| RU2793455C1 (en) | Method for deposition of aerosol cloud particles | |
| RU2595015C1 (en) | Method of influence on atmosphere | |
| US8373962B2 (en) | Charged seed cloud as a method for increasing particle collisions and for scavenging airborne biological agents and other contaminants | |
| US4475927A (en) | Bipolar fog abatement system | |
| RU2807518C1 (en) | Device for generating unipolar electrical charges into the atmosphere | |
| RU2494326C1 (en) | Cooling tower | |
| RU2647276C1 (en) | Method of fog and clouds dispersion and precipitation inducing | |
| RU2771179C1 (en) | Fog dispersion device | |
| Xu | Experiments in electroaerodynamic propulsion | |
| Carlton et al. | Distribution of the electric-field for an electrostatic spray charging aircraft |