СИСТЕМА ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ Российский патент 2008 года по МПК H02J17/00 H02M7/00 F03H1/00 H01L31/00 

Изобретение относится к технике дистанционной передачи и преобразования сверхвысокочастотной энергии в электрическую энергию постоянного тока, предназначенную для энергообеспечения летательных аппаратов типа вертолетов, самолетов, зондов и др., действующих при приложении к аппаратам профилированного электрического поля и используемых при наблюдении за состоянием термодинамики атмосферы, обнаружении чрезвычайных ситуаций, катастроф, стихийных бедствий и других природных и техногенных аномалий.

Известны электродинамические летательные аппараты, содержащие высоковольтный источник электрического напряжения, два электрода, один из которых выполнен в виде прямолинейного тонкого стержня, другой - в виде системы, состоящей из отдельных элементов, соединенных между собой электрически, и источник питания [Патент США №3187206, НКИ 310-5 (аналог)].

Эти весьма перспективные аппараты - энергосберегающие, однако без энергетической подпитки их эксплуатационная возможность ограничена, а следовательно, время пребывания их в пространстве также ограничено.

Известны системы энергообеспечения летательных аппаратов, содержащие приемную антенну, воспринимающую сверхвысокочастотную энергию, посылаемую с наземного источника, преобразователь этой энергии в энергию постоянного тока, умножитель напряжения и коммутатор [СВЧ-ЭНЕРГЕТИКА. Под ред. Э.Окресса. Том 1. Генерирование. Передача, Выпрямление. Под ред. Э.Д.Шлифера. Изд. «Мир». М. 1971 // Передача пучков электромагнимтных волн в свободном пространстве. Губо, Шверинг. С.331-387 (аналог)].

Коэффициент передачи сверхвысокочастотной энергии даже с помощью параболических антенн диаметром до 30,5 м составляет не более 18% при расстоянии передачи 22 м. Поэтому использование такого канала дорого и нерентабельно.

Наиболее рентабельным к заявляемому изобретению является система энергообеспечения летательных электродинамических аппаратов, содержащая наземный источник сверхвысокочастотной энергии и передающую антенну, формирующую энергию в узкий пучок, приемную антенну на летательном аппарате, преобразователь сверхвысокочастотной энергии в энергию постоянного тока [СВЧ-ЭНЕРГЕТИКА. Под ред. Э.Окресса. Том 3. Применение энергии сверхвысоких частот в медицине, науке и технике. Под ред. Э.Д. Шлифера. Изд. «Мир» М., 1971. Питание аэрокосмических летательных аппаратов энергией СВЧ. Браун. С.77-88 (прототип)].

Недостатком системы является необходимость создания приемной антенны на летательном аппарате большой площади для продления эксплуатационного ресурса в воздухе, однако большая площадь приемной антенны создает большое ветряное давление на аппарат, а для стабилизации его положения в воздухе необходима дополнительная энергия. Кроме того, приемная антенна должна быть сфокусирована в сторону излучающей антенны.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в систему энергообеспечения летательных электродинамических аппаратов, содержащую наземный источник сверхвысокочастотной энергии со средствами ее излучения и летательный аппарат овальной формы с элементами управления и контроля полетом аппарата, размещенными под диэлектрической обшивкой аппарата, и с преобразователем сверхвысокочастотной энергии в электрическую энергию постоянного тока, введена оболочка из алюминиевой фольги, закрепленная сплошным слоем на наружной поверхности диэлектрической обшивки аппарата, а преобразователь сверхвысокочастотной энергии выполнен из материала, представляющего собой в равных пропорциях смесь двух химических полупроводниковых компонентов с различными атомными номерами, образующих совместно дипольную полупроводниковую матрицу, при этом смесь выполнена грануляцией не более 30...50 мкм и нанесена в виде покрытия сплошным слоем толщиной в 2...3 раза больше, чем размер гранул компонентов, на поверхность оболочки, причем одноименные полюса диполей матрицы объединены между собой и подключены к соответствующим клеммам управления и контроля полетом аппарата,

Преимуществом предложенного технического решения является простая конструкция системы энергообеспечения, позволяющая продлить нахождение аппарата в воздушном полете длительно. Непрерывность энергетического контакта передающей и принимающей антенн в независимости от ориентации аппарата в пространстве позволяет увеличить коэффициент полезного действия системы за счет развитой эффективной поверхности приемной антенны и преобразователя.

На фиг.1 показана схема системы энергообеспечения летательного аппарата с наземной станции сверхвысокочастотной (СВЧ) энергией; на фиг.2 - сечение обшивки аппарата фиг.1.

Схема содержит наземный источник 1 СВЧ-энергии с антенной 2 излучения СВЧ-энергии, летательный аппарат 3 с элементами управления и контроля (не показаны), питаемыми от аккумулятора и находящимися внутри конструкции аппарата 3 под диэлектрической обшивкой 4, оболочка 5 из алюминиевой фольги и преобразователь 6 СВЧ-энергии в электрическую энергию постоянного тока, предназначенную для электрического питания элементов управления и контроля полетом и другими функциями аппарата 3.

Оболочка 5 выполнена из алюминиевой фольги. Предложенный материал, с одной стороны, обладает большой электропроводностью, малым весом, а круговое расположение оболочки 5 на обшивке 4 позволяет обеспечить более полное отражение энергии от поверхности оболочки 5 в преобразователь 6. Оболочку 5 либо приклеивают к обшивке 4, либо наносят ее другим способом.

Полупроводниковый преобразователь 6 выполняет функции одновременно приемной антенны и преобразователя СВЧ-энергии в энергию постоянного тока.

Преобразователь 6 выполнен из полупроводниковой смеси, состоящей из двух полупроводниковых компонентов с грануляцией не более 30...50 мкм каждый. Один из компонентов имеет атомный номер больше по величине, чем атомный номер второго компонента. В качестве компонентов могут быть, например, материалы галлий (Ga³¹) с атомным номером 31 и мышьяк (As³³) с атомным номером 33 или другие пары: галлий - сурьма; кадмий - теллур и т.д. Сочетание двух полупроводниковых компонентов позволяет автоматически обеспечить дипольную выпрямительную матрицу, положительные и отрицательные полюса зарядов которой соединены с соответствующими клеммами механизма управления и контроля режимом полета аппарата 3. Эту смесь наносят в виде покрытия на поверхность оболочки 5, например, методом плазменного или газопламенного напыления толщиной примерно в 2...3 раза больше, чем размер грануляции зерен компонентов. Процесс напыления указанными методами не нарушает структуру материала оболочки 5, поскольку практика показывает, что эти методы применимы для нанесения покрытий на любые материалы, даже на бумажные подложки.

Наличие полупроводникового преобразователя 6 обеспечивает эффективное преобразование СВЧ-энергии в энергию постоянного тока, а оболочка 5 из алюминиевой фольги позволяет увеличить мощность преобразования СВЧ энергии в 1,75 раза за счет прямого прохождения СВЧ-энергии через преобразователь 6 и обратного прохождения СВЧ-энергии через преобразователь 6, отраженной от материала оболочки 5 [см. стр.386 аналога].

Указанные свойства материала оболочки 5 и преобразователя 6 вместе повышают коэффициент полезного действия системы.

Работа системы.

Летательный аппарат 3 стартует с земной поверхности за счет собственных энергоресурсов автономного источника питания - аккумулятора. После набора заданной высоты аппаратом 3 включается система его энергообеспечения, продлевающая эксплуатационную жизнеспособность аппарата 3. С наземного источника 1 СВЧ-колебаний излучается энергия передающей антенной 2 заданных параметров. Это излучение поступает на преобразователь 6, являющийся дополнительно и приемной антенной летательного аппарата 3, преобразуется в преобразователе 6 в электрическую энергию постоянного тока, которая обеспечивает энергоснабжение элементов управления полетом аппарата 3, а также устройств контроля за режимом полета.

Преимуществом предложенного технического решения является простая конструкция системы энергообеспечения, позволяющая продлить нахождение аппарата в воздушном полете длительно. Непрерывность энергетического контакта передающей и принимающей антенн в независимости от ориентации аппарата в пространстве позволяет увеличить коэффициент полезного действия системы за счет развитой эффективной поверхности преобразователя.

Изобретение относится к технике дистанционной передачи и преобразования сверхвысокочастотной энергии в электрическую энергию постоянного тока. Устройство содержит оболочку из алюминиевой фольги, закрепленную сплошным слоем на наружной поверхности диэлектрической обшивки аппарата. Преобразователь сверхвысокочастотной энергии выполнен из материала, представляющего собой в равных пропорциях смесь двух химических полупроводниковых компонентов с различными атомными номерами, образующих совместно дипольную полупроводниковую матрицу. Смесь выполнена грануляцией не более 30...50 мкм и нанесена в виде покрытия сплошным слоем. Одноименные полюса диполей матрицы объединены между собой и подключены к соответствующим клеммам управления и контроля полетом аппарата. Технический результат заключается в повышении коэффициента полезного действия системы. 2 ил.

Система энергообеспечения летательных электродинамических аппаратов, содержащая наземный источник сверхвысокочастотной энергии со средствами ее излучения и летательный аппарат овальной формы с элементами управления и контроля полетом аппарата, размещенными под диэлектрической обшивкой аппарата, и с преобразователем сверхвысокочастотной энергии в электрическую энергию постоянного тока, отличающаяся тем, что в систему введена оболочка из алюминиевой фольги, закрепленная своей поверхностью на наружной поверхности диэлектрической обшивки аппарата, а преобразователь сверхвысокочастотной энергии выполнен из материала, представляющего собой в равных пропорциях смесь двух химических полупроводниковых компонентов с различными атомными номерами, образующих совместно дипольную полупроводниковую матрицу, при этом смесь выполнена грануляцией не более 30...50 мкм и нанесена в виде покрытия сплошным слоем толщиной в 2...3 раза больше, чем размер гранул компонентов, на поверхность алюминиевой фольги, причем одноименные полюса диполей матрицы объединены между собой и подключены к соответствующим клеммам управления и контроля полетом аппарата.