О выборе оптимального температурного режима преобразователя тока космической энергодвигательной установки

В системах преобразования тока (СПТ) космических энергодвигательных установок (ЭДУ) в качестве перспективных рассматриваются термоэмиссионные вентили плазменной электроэнергетики, использование которых благодаря их высокой рабочей температуре (Т = 700…1 000 К), снижает массу СПТ. Однако рабочие характеристики вентилей существенно зависят от температуры (снижаются с ростом температуры). Падение напряжения в проводящем состоянии сказывается на эффективности, как вентиля, так и СПТ в целом. В этой связи определение оптимальной температуры СПТ, отвечающей максимальной эффективности, является актуальной задачей проектирования новых космических энергодвигательных установок. В статье впервые описано моделирование энергомассовых характеристик СПТ при повышенных температурах — до 1 000 К. Показано, что для космических ЭДУ целесообразно применение высокотемпературных вентилей, что обеспечивает снижение удельной массы СПТ. Определена связь выходного напряжения СПТ от его электрической мощности и температуры. Установлено, что одним из перспективных направлений создания высокотемпературных СПТ является использование в их составе сеточных ключевых элементов и высоковольтных плазменных термоэмиссионных диодов, поскольку они обеспечивают требуемые значения напряжения 1 000…2 500 В при температуре до 1 000 К.

Литература

[1] Tроицкий С.Р., Быстров П.И., Баранников А.Л. Исследование и экспериментальная отработка высокотемпературных агрегатов систем электроснабжения ядерной энергетической установки с термоэмиссионным реактором-преобразователем. Сб. ст. Ракетно-космические двигатели и энергетические установки. Системы и средства бортовой энергетики. Ч. 2, Москва, НИИТП, 1993, с. 106–113.

[2] Онуфриев В.В., Марахтанов М.К., Гришин С.Д., Синявский В.В. Выбор параметров систем преобразования тока в космических ЯЭУ большой мощности. Атомная энергия, 2000, т. 89, вып. 1, с. 78–81.

[3] Онуфриев В.В., Марахтанов М.К., Гришин С.Д., Синявский В.В. Проблемы выбора параметров систем преобразования тока в космических ядерных энергетических установках большой мощности. Космическая энергетика XXI века: Тез. докл. 2-го Междунар. семинара. Обнинск, 2000, с. 68–69.

[4] Онуфриев В.В., Марахтанов М.К., Синявский В.В., Мубояджян С.А. О массоэнергетических преимуществах высокотемпературной электроракетной двигательной установки. Известия РАН, Энергетика, 2003, № 3, с. 53–59.

[5] Онуфриев В.В., Марахтанов М.К., Синявский В.В., Мубояджян С.А. О выборе оптимальных параметров силовой кабельной сети электроракетной двигательной установки с низковольтным источником тока. Известия РАН, Энергетика, 2003, № 4, с. 71–77.

[6] Онуфриев В.В., Марахтанов М.К., Гришин С.Д., Синявский В.В. Параметрическая оптимизация систем преобразования тока ЯЭРДУ большой мощности (результаты расчетных и экспериментальных исследований). Космос без оружия — арена мирного сотрудничества в ХХI веке: Тез. док. Междунар. конф. Москва, 2001, с. 141–142.

[7] Онуфриев В.В., Марахтанов М.К., Мубояджян С.А., Синявский В.В. О выборе оптимального температурного режима космических ядерных электроракетных двигательных установок (ЯЭРДУ). Научная сессия МИФИ-2001. Тез. докл. Москва, 2001, т. 8, с. 95–96.

[8] Онуфриева Е В., Онуфриев В.В., Яминский В.В. Разработка высоковольтных плазменных термоэмиссионных диодов высокотемпературного преобразователя тока энергодвигательных установок. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2011. Спец. вып. Ионно-плазменные технологии, с. 70–73.

[9] Онуфриев В.В., Онуфриева Е.В., Синявский В.В. Высокотемпературные системы преобразования тока перспективных космических энергодвигательных установок. Известия РАН, Энергетика, 2009, № 2, с. 137–144.

[10] Лошкарев А.И., Онуфриев В.В., Синявский В.В. Электроэнергетические характеристики термоэмиссионного высоковольтного диода для космических энергодвигательных установок. Известия РАН, Энергетика, 2006, № 1, с. 87–97.

[11] Kankam M.D., Ribeiro P.F. Energy Loss Analysis of an Integrated Space Power Distribution System. 27th International Energy Conversion Engineering Conference: Proceeding, San Diego (CA), 1994, vol. 2, pp. 189–194.

[12] El-Genk M.S., Kaibyshev V.Z., Murray C. Effect of the Grid Aperture on the Operation of the Cs-Ba Tasitron Inverter. 27th International Energy Conversion Engineering Conference: Proceeding, San Diego (CA), 1994, vol. 2, pp. 343–347.

[13] Онуфриев В.В., Синявский В.В. Результаты экспериментального исследования высоковольтного термоэмиссионного вентиля с тепловым управлением. Известия РАН, Энергетика, 2009, № 1, с. 36–42.

[14] Onufriyev V.V. The Results of Investigations of High Temperature High Voltage Thermion Diode. International Energy Conversion Engineering Conference. (IECEC 2000): Proceeding, Las Vegas (NV), 2000, pp. 290–296.

[15] Onufriyev V.V. Experimental Investigation of High Temperature High Voltage Thermionic Diode for the Space Power Nuclear Reactor. Space Technology and Applications International Forum (STAIF-2001): Proceeding, Albuquerque (NM), 2001, pp. 1136–1141.

[16] Онуфриев В.В. Способ выпрямления переменного тока и устройство для его осуществления. Пат. № 2111605 РФ. 1998, бюл. № 14.

[17] Онуфриев В.В. Способ включения плазменного тиристора и устройство для его осуществления. Пат. № 2144716 РФ. 2000, бюл. № 2.

[18] Онуфриев В.В., Синявский В.В. Термоэмиссионный вентиль системы выпрямления тока космической энергоустановки. Пат. № 2195740 РФ. 2002, бюл. № 36.