Bulletin of the Russian Academy of Sciences. EnergeticsBulletin of the Russian Academy of Sciences. EnergeticsИзвестия Российской академии наук. Энергетика0002-33103034-6495The Russian Academy of Sciences66019710.31857/S0002331023020048JYWCNHArticlesСтатьиOn the Issue of Calculating the Reverse Arc Breakdown Voltage of a High-Voltage Thermionic Diode and Its Maximum Specific Electrical PowerК вопросу о расчете напряжения обратного дугового пробоя высоковольтного термоэмиссионного диода и его предельной удельной электрической мощностиOnufrievaE. V.ОнуфриеваЕ. В.onufryev@bmstu.ruOnufrievV. V.ОнуфриевВ. В.onufryev@bmstu.ruBauman Moscow State Technical UniversityФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования “Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)”010320232465722022025Copyright ©; 2023, Российская академия наук2023Российская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0002-3310/article/view/660197

The issues of creating powerful power propulsion systems (PPS) based on a thermionic reactor-converter (TRC) and electric rocket propulsion systems (ERPS) are related to the development of compact high-temperature radiation–resistant current conversion systems (CCS) using plasma electric power devices - grid key elements (GKE) and high-voltage plasma thermionic diodes (HVPTD). The main problem of the development of GCE and HVPTD is the determination of their operating voltage (or reverse arc breakdown voltage in the locked state), which together with the current density in the conductive state characterizes the electric power density of the valve and is its main parameter. Within the framework of this work, the authors, based on the study of the locked state, numerically and analytically obtained new dependences for calculating the reverse arc breakdown voltage and determined the limiting values of the electrical power density of the HVPTD.

Вопросы создания мощных энергодвигательных установок (ЭДУ) на основе термоэмиссионного реактора-преобразователя (ТРП) и электроракетных двигательных установок (ЭРДУ) связаны с разработкой компактных высокотемпературных радиационно-стойких систем преобразования тока (СПТ), использующих в своем составе приборы плазменной электроэнергетики – сеточные ключевые элементы (СКЭ) и высоковольтные плазменные термоэмиссионные диоды (ВПТД). Основной проблемой разработки СКЭ и ВПТД является определение их рабочего напряжения (или напряжения обратного дугового пробоя в запертом состоянии), которое в совокупности с плотностью тока в проводящем состоянии характеризует плотность электрической мощности вентиля и является его основным параметром. В рамках данной работы авторами на основе исследования запертого состояния численным и аналитическим методом получены новые зависимости для расчета напряжения обратного дугового пробоя и определены предельные величины плотности электрической мощности ВПТД.

high-voltage plasma thermionic diodereverse arc breakdown voltageregion of excited atomsheat fluxelectric power densityinterelectrode gapвысоковольтный плазменный термоэмиссионный диоднапряжение обратного дугового пробояобласть возбужденных атомовтепловой потокплотность электрической мощностимежэлектродный зазорОнуфриева Е.В., Синявский В.В., Онуфриев В.В. Высокотемпературные системы преобразования тока перспективных космических энергодвигательных установок // Известия РАН. Энергетика. 2009. № 4. С. 137–144.Онуфриева Е.В., Алиев И.Н., Онуфриев В.В. О выборе оптимального температурного режима преобразователя тока космической энергодвигательной установки // Известия вузов. Машиностроение. 2014. № 7. С. 10–18.Моргулис Н.Д., Марчук П.М. Исследование дугового цезиевого выпрямителя // Украинский физический журнал. 1956. Т. 3. Вып. 1. С. 95–101.Experimental Investigation of Electric Strength to Inverse Arc Breakdown of a Thermionic Diode with Cesium Filling / Onufriev V.V., Grishin S.D. // High Temperature. 1996. T. 34. № 3. C. 477–480.The Results of Investigations of High Temperature High Voltage Thermion Diode / Onufryev V.V. // 35th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference and Exhibit 2000. PP. 290–296.Онуфриева Е.В., Онуфриев В.В., Яминский В.В. Разработка высоковольтных плазменных термоэмиссионных диодов высокотемпературного преобразователя тока энергодвигательных установок // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. 2011. № 3. С. 70–73.Онуфриев В.В., Лошкарев А.И., Синявский В.В. Электроэнергетические характеристики термоэмиссионного высоковольтного диода для космических энергодвигательных установок // Известия РАН. Энергетика. 2006. № 1. С. 87–97.Онуфриева Е.В., Онуфриев В.В., Алиев И.Н., Синявский В.В. Энергетические характеристики высокотемпературных плазменных вентилей систем преобразования тока космических энергодвигательных установок // Известия РАН. Энергетика. 2016. № 3. С. 127–140.On Calculation of the Ignition Voltage for a Back-Arc Discharge in a High-Voltage Thermionic Diode / Sinyavsky V.V., Onufrieva E.V., Onufriev V.V., Grishin Y.M., Sidnyaev N.I., Ivashkin A.B. // Thermal Engineering. 2018. V. 65. № 13. C. 1019–1023.Браун С.С. Элементарные процессы в плазме газового разряда. Москва: Госатомиздат, 1961. 323 с.Грановский В.Л. Электрический ток в газе. Ч. II. Установившийся ток. М.: Наука, 1971. 543 с.Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1992. 536 с.Каганов И.Л. Ионные приборы. М.: Энергия, 1972. 528 с.Messrle H.K., Ho N.L., Heffernan L.P. Electrical Break-Down of Electrode Boundary Layers // 12‑th National Symposium Eng. Aspects MHD. Argonne (Illinois). 1972. P. III.5.1.–III.5.6.Дьяконов В.П. “MATLAB 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6” в математике и моделировании. Сер. “Библиотека профессионала”. М.: СОЛОН-Пресс, 2005. 576 с.Davies R.H., Mason E.A., Munn R.J. High-Temperature Transport Properties of Alkali Metal Vapors // The Physics of Fluids. 1965. V. 5. № 3. P. 444–452.Massey H.S.W. Electronic end ionic impact phenomena // Great Britain: Oxford, 1969. 661 pp.Ушаков Б.А., Никитин В.Д., Емельянов И.А. Основы термоэмиссионного преобразования энергии. М.: Атомиздат. 1974. 288 с.Плазменное термоэмиссионное преобразование энергии / И.П. Стаханов, А.С. Степанов, В.П. Пащенко, Ю.К. Гуськов. М.: Атомиздат, 1968. 392 с.Термоэмиссионные преобразователи и низкотемпературная плазма / Под ред. Б.Я. Мойжеса и Г.Е. Пикуса. Москва: Наука, 1973. 480 с.Онуфриев В.В., Лошкарев А.И. / Зажигание обратного дугового разряда в бариевом термоэмиссионном диоде // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Естественные науки. 2005. № 1. С. 72.