УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА АТМОСФЕРУ
APPARATUS FOR ELECTROPHYSICAL INFLUENCE ON ATMOSPHERE

Изобретение относится к области техники, предназначенной для воздействия на атмосферу. С помощью предлагаемого устройство можно сформировать в атмосфере такие условия, при которых произойдет рассеивания тумана и подъем нижней границы облачности. Устройство может быть использовано на аэродромах, скоростных автодорогах, морских портах и т.п., где для управления транспортными средствами необходимо выполнение требовании по дальности видимости. Кроме того, предлагаемое устройство может быть использовано для обеспечения проведения различных спортивных и зрелищных мероприятий на открытых площадках.
Известны способы рассеивания туманов, основанные на искусственной конденсации паров воды путем использования специальных веществ (реагентов). Доставка реагентов и их распространения в тумане или облачности осуществляется с самолетов (см., например, патент США №2815928, МПК A01G 15/00, опубликованный 10.12.1957 г.), с помощью ракет (см., например, авторское свидетельство СССР №576839, МПК А01G 15/00), снарядов (см., например, Российская Федерация, патент №2034444, МПК 6 А01G 15/00, опубликованный 10.05.1995 г.).
В качестве реагентов используется смесь из углеродов хлора (патент №2160900, опубликованный 06.06.1939 г.), йодистое серебро (патент №2527230, опубликованный 24.10.1950 г.), водный раствор хлористого кальция с загустителем (патент №2934275, опубликованный 26.04.1960 г.) и др.
Несмотря на накопленный опыт практического использования реагентов, использование технологии ограничено только применительно к переохлажденным туманам. Теплые же туманы являются боле устойчивыми и с помощью реагентов не поддаются рассеиванию.
Известны способы, основанные на электрофизическом воздействии на атмосферу (см., например, авторское свидетельство СССР №71260, МПК А01G 15/00, опубликованное 31.07.1948 г., патент США №3456880, МПК А01G 15/00, опубликованный 22.07.1969 г авторское свидетельство СССР №29675, МПК A01G 15/00, опубликованное в 1948 г., заявка ФРГ №4005304, МПК Е01Н 13/00). Известные способы основаны на генерации электрически заряженных частиц в атмосферу. Устройства, реализующие известный способ, используют либо подъем коронирующих проводов на высоту расположения облака, что предопределяет большие затраты ресурсов и не всегда осуществимо по погодным условиям, либо обдув воздушным потоком, формируемым с помощью технических средств, коронирующих электродов, установленных у поверхности земли.
Известен способ рассеивания туманов и облаков, заключающийся в 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, Массачусета, 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).
Как следует из приведенных источников информации, определяющим фактором рассеивания тумана в известном способе является пространственный заряд, воздействующий на атмосферные образования.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство по патенту РФ №2101922 С1, кл. Е01Н 13/00, 20.01.1998, содержащее заземленную электропроводную сетку, установленную с зазором относительно подвешенных вдоль поверхности земли коронирующих проводов.
Данное техническое решение достаточно успешно решает задачу воздействия на аэрозольное облако. Процесс воздействия на аэрозольное облако включает три основных процесса. Первый - это инициирование процессов конденсации на мелкодисперсных аэрозолях, которые по своим размерам и лиофильности в естественных условиях не могли быть центрами конденсации. Второй - нагрев атмосферного пространства между коронирующими электродами и землей. Третий - это ионный ветер, направление которого от коронирующих электродов к земле. Эффективность всех этих процессов определяется устойчивостью горения коронного разряда и значением тока коронного разряда. Однако устойчивое формирование коронного разряда, обеспечивающее потоки ионного ветра, способствующие устойчивому воздействию на атмосферу, как показали экспериментальные исследования, может быть обеспечено в узком диапазоне вариации зазора между коронирующими электродами и заземленной сектой. При увеличении зазора при заданном напряжении скорость ионного ветра резко падает и практически незаметна, при уменьшении же зазора возникают пробои и отключение системы. Коронирующие провода и заземленная сетка в известном устройстве установлены вдоль поверхности земли и под действием веса провисают и прогибаются между местами крепления. Провис коронирующих проводов и прогиб электропроводной сетки в известном устройстве ничем не контролируется, и их разброс приводит к значительному разбросу зазора между коронирующими проводами и электропроводной сеткой. Эффективное воздействие коронного разряда наблюдается лишь в узком диапазоне вариации зазора коронирующего пространства. Обеспечения гарантированного зазора в известной конструкции по всей площади коронирующего пространства затруднительно. И в местах, где зазор меньше, происходит пробой. Следовательно, максимально возможное напряжение работы установки определяется минимальным зазором между коронирующими электродами и электропроводной сеткой. Учитывая, что ток коронного разряда пропорционален практически квадрату напряжения (см., например, Н.А.Капцов. Электроника. Государственное издательство технико-технической литературы. Москва. 1956 г.), отклонения зазора разрядного промежутка от расчетного значения значительно снижает эффективность электрофизического воздействия.
Целью предполагаемого изобретения является повышение эффективности воздействия на туман.
Для достижения заявленной цели в известном устройстве для электрофизического воздействия на атмосферу, содержащем заземленную электропроводную сетку, установленную с зазором относительно подвешенных вдоль поверхности земли коронирующих проводов, электропроводная сетка установлена по поверхности, эквидистантной поверхности, сформированной линиями подвеса коронирующих проводов;
электропроводная сетка установлена по цилиндрической поверхности, направляющей которой является цепная линия, закрепленные концы которой находятся на нормали к земной поверхности, проходящей через точки подвеса коронирующих проводов.
Сущность заявляемого способа следующая. Коронирующие провода, подвешенные вдоль поверхности земли, формируют некоторую поверхность, определяемую, в основном провисом проводов под действием своего веса. Путем замера параметров провиса проводов (либо расчетным путем) устанавливаются параметры поверхности, сформированной коронирующими проводами. По полученным параметрам линий коронирующих проводов, на равном от них расстоянии по нормали к земной поверхности, соответствующем выбранному зазору разрядного промежутка, устанавливаются балки каркаса под монтаж электропроводной сетки. Таким образом, поверхность электропроводной сетки, смонтированной на каркасе, все балки которого находятся на одинаковом расстоянии от коронирующих проводов, практически получается эквидистантной поверхности, образованной линиями коронирующих проводов. То есть точность зазора между электропроводной сеткой и коронирующими проводами обеспечивается точностью монтажа балок каркаса и их частотой и может быть выполнена на уровне задаваемых на стадии проектирования требований.
Учитывая, что линия подвешенных вдоль поверхности земли коронирующих проводов описывается цепной линией
(см., например, http://www.exponenta.ru/educat/ciass/test/hyperb/index.asp), установив электропроводную сетку по цилиндрической поверхности, направляющей которой является цепная линия, закрепленные концы которой находятся на нормали к земной поверхности, проходящей через точки подвеса коронирующих проводов, мы получим поверхность сетки, эквидистантной поверхности коронирующих проводов, т.е. зазор между коронирующими проводами и электропроводной сеткой будет одинаков по всей поверхности.
На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого устройства. На чертеже представлен вариант устройства, когда электропроводная сетка находится ниже уровня коронирующих проводов. В случае, когда по метеоусловиям и требуемому характеру воздействия необходимо сформировать восходящий воздушный поток, электропроводная сетка может быть установлена над коронирующими проводами. В этом случае высота подвеса коронирующих проводов должна превышать значение зазора до электропроводной сетки не менее чем в три раза.
Устройство включает два ряда высоковольтных изоляторов 1, установленных на опорах 2. По каждому ряду высоковольтных изоляторов 1, по верхней их части установлены силовые балки 3. Между силовыми балками 3 закреплены коронирующие провода 4. Крепление коронирующих проводов 4 может быть различным. Например, путем фиксации одного конца провода на первой балке с креплением груза натяжения 5 на другом конце провода с соответствующей запасовкой провода на неподвижных блоках 6, 7, закрепленных с возможностью вращения вокруг своей оси на второй балке. Установка блока 7 предусмотрена с целью отвести находящийся под высоким напряжением груз натяжения подальше от заземленной опоры 2. С зазором δ относительно коронирующих проводов 4 установлены балки каркаса 8 для монтажа заземленной электропроводной сетки 9. Монтаж электропроводной сетки 9 может быть выполнен либо на каркасе 8, заранее смонтированном на столбах 10, как показано на рисунке, либо на тросах 11, натянутых между двумя крайними рядами столбов 10. Натяжение троса 11 может быть осуществлено аналогично натяжению коронирующих проводов 4 путем крепления одного края троса на силовой балке 12, закрепленной на одной линии столбов 10 с подвесом груза натяжения 13 на противоположном конце троса 11. Трос 11 запасован в неподвижном блоке 14, установленном на силовой балке 12, закрепленной на противоположной линии столбов 10. Для удобства натяжения конец троса 11 может быть закреплен в анкерной опоре 15 через талреп 16. Высота столбов 10 и соответственно поверхность балок каркаса 8 выполняется эквидистантно линии подвеса коронирующих проводов 4. Эквидистанстность поверхности балок каркаса 8 линиям подвеса коронирующих проводов 4 обеспечивается путем выставления постоянного зазора δ от коронирующих проводов до верхней поверхности балок каркаса, либо регулированием силы натяжения тросов 11, массой груза натяжения 13 и положения точки крепления грузов 13 к тросам И.
Коронирующие провода 4 подсоединены к высоковольтному источнику питания (не показан). Заземление высоковольтного источника питания осуществлено на контур заземления (не показан), связанный с электропроводной сеткой 9.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
При подаче высокого напряжения на коронирующие провода 4 между коронирующими проводами 4 и заземленной сеткой 9 формируется мощное электрическое поле и зажигается коронный разряд. Значение напряжения высоковольтного источника питания выбирают исходя из условий стойкости высоковольтных изоляторов и геометрических соотношений между коронирующим электродом и заземленной поверхностью, руководствуясь известными соотношениями для коронного разряда (см., например Н.А.Капцов. Электроника. Государственное издательство технико-технической литературы. Москва. 1956 г.). Как показывает анализ литературных источников (см., например, Кулешов П.С. «Экспериментальное изучение взаимодействия коронного разряда и испарения воды http://zhumal.ape.relarn.ru/articles/2005/227.pdf, И.А.Рогов и др. «Моделирование процесса движения капли конденсата влажного воздуха в электрическом поле» http://www.holodilshchik.ru/mdex_holodilshchik_best_article_issue_10_2005.htm) и результатов, проведенных авторами предполагаемого изобретения, путем генерации коронного разряда можно сформировать ветровой поток от коронирующего электрода к электропроводной сетке со скоростью порядка 1 м/сек. При возникновении ветрового потока происходит перемешивание воздушных масс, вследствие чего, происходит рассеивание тумана. Кроме того, при генерации коронного разряда в атмосфере происходят сложные микрофизические процессы, которые также способствуют разрушению тумана. Основным параметром, определяющим скорость ионного ветра, является напряженность электрического поля. Как показали результаты экспериментов, эффективная генерация ионного ветра может быть реализована в узком диапазоне значении зазора коронирующего пространства. Установка заземленной электропроводной сетки 9 по поверхности, эквидистантной линиям подвеса коронирующих проводов 4, позволит обеспечить гарантированное натяжение сетки по всей ее площади с гарантированным зазором δ относительно коронирующих проводов, точность которого может быть выдержана в пределах наперед заданного диапазона. Так как коронирующие провода подвешены вдоль поверхности земли, сколь сильно бы они не были натянуты, в том числе и с помощью грузов, будет иметь место их провис относительно поверхности земли. Значение этого провиса определяется массой коронирующих проводов 4, величиной пролета между закрепленными концами и силой их натяжения (массой груза натяжения 5). Вместе с тем, форма провиса коронирующих проводов 4, учитывая их малый радиус (δ~1,0 мм) и незначительный момент сопротивления изгибу, практически соответствует известной линии, цепной линии. См., например, Прикладная математика. Справочник математических формул, http://www.pm298.ru/spec15.php. Параметры цепной линии, в частности, значение ее провиса в каждой ее точке описываются известным уравнением цепной линии и могут быть заранее определены на стадии проектирования. Эквидистантной поверхностью электропроводной сетки линиям подвеса коронирующих является цилиндрическая поверхность, направляющие которой является цепная линия, закрепленные концы которой находятся на нормали к земной поверхности, проходящей через линию подвеса коронирующих проводов. Теоретически предлагаемая конструкция устройства позволяет обеспечить любую, наперед заданную точность обеспечения зазора между коронирующими электродами и электропроводной сеткой.
Таким образом, предложенное решение, благодаря новым признакам в сочетании с известными, позволяет обеспечить требуемую точность зазора разрядного промежутка и обеспечить формирование устойчивого ионного ветра на максимальном напряжении питания коронирующих проводов, что позволит повысить эффективность воздействия на туман и достичь цели предлагаемого изобретения.