Исследование процесса электронагрева газа в рабочем объеме дирижабля сельскохозяйственного назначения

   Мониторинг местности, наблюдение за сельскохозяйственными животными, ретрансляцию радиосигналов с наземных датчиков можно осуществлять с помощью дистанционно управляемого дирижабля. Регулировать высоту полета дирижабля сельскохозяйственного назначения целесообразно изменением температуры газа в рабочем объеме. Быстрый и равномерный электронагрев газа можно осуществлять за счет энергии бортовой сети. Предложено выполнить электронагреватель в виде параллелепипеда, расположенного внутри рабочего объема дирижабля. При этом ребра параллелепипеда – это токопроводящие элементы, обладающие большим удельным сопротивлением. Снижение массы конструкции обеспечивается сокращением проводов с большим сечением. Подвод электрической энергии от бортового аккумулятора к электронагревателю предложено провести к двум наиболее удаленным точкам. Критерием подбора сопротивлений ребер параллелепипеда является одинаковая скорость выделения тепловой энергии при протекании электрического тока через единицу длины токопроводящих элементов электронагревателя. С целью определения параметров электронагревателя из токопроводящих элементов представлен алгоритм вычислительных операций. На основании законов Кирхгофа установлена связь между сопротивлениями нагревательных элементов, напряжения источника питания и током в каждом нагревательном элементе. Для вычисления сопротивлений нагревательных элементов определены дополнительные условия и составлены 3 системы из 25 алгебраических уравнений, связывающих электротехнические параметры процесса. Установлено, что сопротивления токопроводящих элементов нагревателя, обеспечивающие одинаковое тепловыделение во всех элементах на единицу длины, однозначно связаны с отношением максимальной и минимальной длин элементов, напряжением источника тока и его мощностью. Определены условия изменения мощности и выделяемой теплоты изменением сопротивлений электронагревателя. Представлен алгоритм расчета параметров электронагревателя. Алгоритм позволяет оперативно вычислять величины сопротивлений токопроводящих элементов, обеспечивающих одинаковое выделение тепловой энергии во всех участках разветвленной электрической цепи.

1. Редькин А.В., Ялоза Ю.А., Ковалев И.Е. Оценка надежности конвертируемого летательного аппарата с гибридной силовой установкой и многовинтовой несущей системой // Научный Вестник МГТУ ГА. 2020. Т. 23, № 5. С. 76-96. doi: 10.26467/2079-0619-2020-23-5-76-96

2. Редькин А.В., Ковалев И.Е., Костюченков А.Н. Рациональный облик высотного дирижабля и его энергоустановки для длительного барражирования в северных и арктических районах нашей страны // Полет. Общероссийский научно-технический журнал. 2021. № 10. С. 28-37. EDN: NFFUTO

3. Дирижабль : Патент RU2751924 C1, МКП B64B1/06 (2006.01), МКП B64B1/62 (2006.01), МКП H011 35/40 (2006.01) / Д.В. Белов, С.А. Андреев; заявка № 2020136535 от 11. 01. 2021, опубл. 10. 07. 2021, бюл. № 20. EDN: XCESVN

4. Воздухоплавательный аппарат : Патент RU197257 U1, МПК B64B1/62 / С.А. Андреев, Д.В. Белов; заявка № 2020106046, заявл. 10. 02. 2020, опубл. 16. 04. 2020, бюл. № 11. EDN: FOXVEE

5. Способ нагрева холодного газа гелия для системы наддува бака и устройство для его реализации : Патент RU2788240 C1, МКП B64G1/40 (2006.01), МКП F02K9/42 (2006.01), F02K9/94 (2006.01) / В.И. Трушляков В.А Урбанский; заявка № 2021138966 от 27. 12. 2021, опубл. 17. 01. 2023, бюл. № 2. EDN: DWKLGI

6. Maruf N.I., Morales-Espana G., Sijm J. et al. Classification, potential role, and modeling of power-to-heat and thermal energy storage in energy systems : A review. Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2022;53(B):102553. doi: 10.1016/j.seta.2022.102553

7. Торопов А.Л. Использование электрических котлов с иерархическим управлением нагрузкой для квартирного теплоснабжения // Вестник МГСУ. 2022. Т. 17, № 11. С. 1488-1498. EDN: AHDYIY

8. Вадова Л.Ю. Способы и средства повышения эффективности работы трансформаторного нагревателя // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2022, № 8. С. 51-55. EDN: BEZBFZ

9. Комолддинов С.С., Кодиров А.А. Разработка сложного алгоритма электрической цепи // Universum: технические науки. 2021. № 11-5. С. 71-75. EDN: HHOMEO

10. Бодня А.В., Ньорба Е.А. Решение задач повышенного уровня сложности на расчет параметров разветвленных электрических цепей // Калининградский вестник образования. 2022. № 4 С. 42-54. EDN: GQRZGV