Устройство коррекции погодных условий



Устройство коррекции погодных условий
Устройство коррекции погодных условий
Устройство коррекции погодных условий
Устройство коррекции погодных условий
Устройство коррекции погодных условий

 


Владельцы патента RU 2558239:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский Государственный Университет Леса" (ФГБОУ ВПО МГУЛ) (RU)

Устройство коррекции погодных условий может быть использовано для изменения естественной циркуляции воздуха при антициклональных погодных условиях. Устройство содержит линейный ускоритель (1) для бомбардировки молекул воздуха коллимированным пучком высокоэнергетичных электронов в вертикальной плоскости в составе секции инжекции электронов (2) и выходной секции (3). Выходная секция работает в режиме регулировки энергии электронов в пучке путем изменения высокочастотного электромагнитного поля накачки посредством аттенюатора. Торец (5) выходной секции охвачен витками соленоида (6) для завихрения образуемого при бомбардировке потока ионов в вертикальной плоскости. Соленоид электрически включен в цепь заземлителя (7) источника питания (8) ускорителя. Ударная ионизация молекул воздуха пучком высокоэнергетичных электронов от ускорителя позволяет ускорить коагуляцию молекул водяного пара на ионах и увеличить мощность и турбулентность восходящего конвективного потока ионов. Устройство обеспечивает большую скорость ионообразования и, как следствие, сокращение интервала времени до выпадения осадков после включения установки. 5 ил.

 

Изобретение относится к области метеорологии и может найти применение в региональных Центрах МЧС для изменения естественной циркуляции воздуха при антициклональных погодных условиях.

Энергия атмосферных процессов столь велика, что использование прямых методов воздействия на них с энергетической точки зрения невозможно. Основной принцип, который реализуется при активных методах воздействия на метеопроцессы, - это создание условий, выполняющих роль «спускового крючка» в запуске естественных лавинообразных процессов.

Известно два основных способа изменения погодных условий:

- рассеивание в облаках химических реагентов с самолетов, либо их обстрел высокоточным оружием;

- электрический метод генерации в атмосферу ионов коронирующего электрического разряда.

Известна промышленная установка «Атлант», реализующая электрический метод активного воздействия на метеопроцессы [см. Интернет, http://come.to/atlant.ru] - аналог. Установка состоит из излучающей системы, источника высоковольтного питания и контрольно-измерительной аппаратуры. Излучающая система состоит из набора отдельных модулей, электрически соединенных между собой на удалении 10 м друг от друга, в виде коронирующих электродов, изолированных от земли, создающих восходящий воздушный поток, нарушающий естественную динамику воздухообмена и динамическое равновесие водяного пара в примыкающем к Земле слое воздуха.

Недостатками аналога являются:

- малая концентрация аэроионов, недостаточная для какого-либо оперативного изменения погодных условий;

- отсутствуют средства канализации аэроионов в направленный поток.

Известно «Устройство инициирования процессов в атмосфере»

Патент Ru 2.502 256 от 27.12.2013 г. - ближайший аналог.

Устройство инициирования процессов в атмосфере содержит генератор высоковольтного напряжения и присоединенную к нему систему коронирующих электродов, выполненных в виде соленоидов, с венчиком игл на концах, помещенных во внутренний нижний торец соленоидов, создающих ионизированный газ, в режиме завихрения генерируемых ионов магнитным полем в объеме соленоидов, каждый из соленоидов соостно охвачен витками элементов спиральной антенны, размещенных в двух взаимно ортогональных плоскостях, образующих осевую результирующую диаграмму направленности спиральной антенны, подключенной к высокочастотному передатчику электромагнитных волн с длиной волны больше критической длины волны ионизированного газа и плотностью тока смещения, обеспечивающей восходящий конвективный поток ионов с концентрацией, вызывающей лавинный процесс конденсации водяных паров в атмосфере.

Недостатком ближайшего аналога является малая величина тока коронирования (единицы мкА) и, как следствие, необходимость длительного воздействия на атмосферу (7-12 час) от системы излучателей до начала выпадения осадков.

Задача, решаемая заявленным устройством, состоит в увеличении мощности и турбулентности восходящего конвективного потока ионов за счет ударной ионизации молекул воздуха пучком высокоэнергетичных электронов от ускорителя элементарных частиц для ускоренной коагуляции молекул водяного пара на ионах.

Поставленная задача решается тем, что устройство коррекции погодных условий содержит линейный ускоритель для бомбардировки молекул воздуха коллимированным пучком высокоэнергетичных электронов в вертикальной плоскости в составе секции инжекции электронов и выходной секции, работающей в режиме регулировки энергии электронов в пучке путем изменения высокочастотного электромагнитного поля накачки посредством аттенюатора, торец выходной секции охвачен витками соленоида, для завихрения образуемого при бомбардировке потока ионов в вертикальной плоскости, и электрически включенного в цепь заземлителя источника питания ускорителя.

Изобретение поясняется чертежами, где:

фиг 1 - функциональная схема устройства;

фиг 2 - содержание водяного пара в воздухе в зависимости от температуры;

фиг 3 - рабочие характеристики излучателей 1) ближайшего аналога 2) заявленного устройства;

фиг 4 - канализация потока ионов его завихрением магнитным полем соленоида;

фиг 5 - инерционность процесса выпадения осадков 1) ближайшего аналога 2) заявленного устройства.

Устройство коррекции погодных условий (фиг.1) содержит линейный ускоритель 1 для бомбардировки молекул воздуха коллимированным пучком высокоэнергетичных электронов в вертикальной плоскости, в составе секции инжекции электронов 2, выходной секции 3 регулировки энергии пучка посредством аттенюатора 4, излучающий торец 5 выходной секции 3 охвачен витками соленоида 6, расположенного в вертикальной плоскости и электрически включенного в цепь заземлителя 7 источника питания 8 ускорителя, стойку-стеллаж 9 для монтажа и размещения устройства на местности из профильного композитного высокопрочного изоляционного материала.

Динамика функционирования элементов устройства состоит в следующем. Установленным является физическое явление гидратации первичных ионов, состоящее в присоединении дипольных молекул воды (из водяного пара воздуха) к несущим электрический заряд ионам. Концентрация водяного пара в атмосфере воздуха иллюстрируется фиг.2. Процесс гидратации ионов и последующей коагуляции (обволакивание) сопровождается выделением энергии (скрытой теплоты испарения), что и создает конвективный поток в тропосфере [см., например, Лаверов Н.П. и др. «Использование теплового эффекта ионизации атмосферы для дистанционной диагностики радиоактивного заражения окружающей среды», статья в журнале «Геофизика», Доклады Академии Наук, том 441, №2, с. 1-4, 2011 г.]. Быстротечность процесса зависит от плотности концентрации генерируемых ионов в объеме и длительности воздействия. В случае резкого увеличения скорости ионизации, как это имеет место при облучении атмосферы мощным пучком элементарных частиц, гидратация ионов приобретает взрывной характер (в литературе этот процесс называют ионостимулированной нуклеацией) и образуются крупные ионные кластеры размером в несколько микрон. Происходит конденсация водяного пара, при которой выделяется скрытая теплота испарения. В одном кубическом метре воздуха сдержится (фиг.2) примерно один моль водяного пара H2O (моль водяного пара равен 18 г), при конденсации которого выделяется энергия ≈10 ккал (Теплота парообразования воды 539 ккал/кг, в пересчете на один моль 539 кал/г * 18 г = 9,7 ккал).

Последнее образует восходящий конвективный поток. При превышении числа Ричардсона (градиента скорости теплового потока на концентрацию ионов) [см. например, Труды института прикладной геофизики им. Академика К.Е. Федорова, РАН, Госгидромет, выпуск 90, М, 2011 г., стр.149. т. 150] происходит выпадение осадков и сдвиг антициклонов. Критическими факторами, определяющими инициирование лавинообразных процессов в атмосфере, является мощность ионного потока и его температурный градиент. Мощность потока пропорциональна величине ионного тока, а температурный градиент определяется скоростью образования ионных пар в единице объема, или величиной высвобождаемой энергии, скрытой теплоты конденсации. Для генерации ионов в заявленном устройстве используют процесс ударной ионизации молекул воздуха при облучении пучком высокоэнергетичных электронов от линейного ускорителя (типа ускорителя с регулируемой энергией электронов в диапазоне от 3 до 14 МЭВ) [см. Патент США №4. 118. 653, The ICRIS System Technical Descrition]. Ускорители элементарных частиц (позитронов, электронов, ионов), получившие название «Pelletron», работают при электрических напряжениях порядка нескольких MB и токах единиц МА) [см., например, Пеллетрон, http://ru.wikipedia.org/wiki]. Сравнительная характеристика рабочих режимов (токов ионизации) ближайшего аналога и заявленного устройства иллюстрируется фиг.3.

Скорость образования ионных пар в единице объема зависит от начальной энергии электронов в пучке E0 (МЭВ), энергии ионизации одной пары ΔEion≈0,035 КЭВ, концентрации молекул воздуха (плотность воздуха у поверхности Земли ~1,3 кг/м3, что составляет ≈43 моля/м3) и величины тока ионизации [см., например, журнал, Известия вузов, Радиофизика, том XLV, №4, 2002 г., стр.291-292, Расчет скорости ионизации]. Применительно к параметрам вышеперечисленных ускорителей E0 ≈14 МЭВ, ток 0,5 мА, скорость образования ионных пар оценивается величиной: .

Плотность концентрации ионов в восходящем потоке достигается также их завихрением в магнитном поле соленоида 6. Известно, что на движущуюся заряженную частицу в магнитном поле действует сила Лоренца: F = q × v × B , где q - величина заряда частицы 1,6×10-19 кул, v - скорость движения ≈400 м/с, B - вектор индукции магнитного поля [см., например, Советский энциклопедический словарь, под редакцией A.M. Прохорова, М., Советская энциклопедия, 1989 г., стр.735, Лоренца сила]. Сила Лоренца не совершает работы, а лишь искривляет траекторию движения заряженной частицы. Завихрение происходит по винтовой линии, радиус кривизны которой определяется из соотношения: R = m × v q × B , где m - масса аэроина кислорода воздуха. Кроме завихрения, аэроион приобретает преимущественное направление перемещения вдоль линий напряженности магнитного поля (вдоль оси соленоида). При известных постоянных значениях величин q, m, v радиус завихрения R зависит только от выбора значений величины B . Магнитное поле соленоида 6 создается при протекании через его обмотку постоянной составляющей тока ускорителя, посредством включения соленоида в цепь заземлителя 7 источника питания 8. Напряженность магнитного поля на оси соленоида определяется величиной тока (единица µα), числом витков, диаметром навивки и длиной соленоида. Соленоид выполняет роль «рупора», позволяющего канализировать поток ионов в одном из преимущественных направлений, совпадающем с осью соленоида (вертикально вверх). Полное завихрение потока ионов внутри соленоида достигается при следующих конструктивных размерах: диаметр навивки 2 м, длина 1,5 м, число витков 4.

При расчетных значениях скорости образования ионных пар (~2×1021 1/сек) критические значения числа Ричардсона, при которых происходит выпадение осадков, достигаются в интервале времени ~30 мин после включения устройства. Сравнительные характеристики инерционности процесса ближайшего аналога и заявленного устройства иллюстрируются графиками Фиг.5.

Все элементы устройства выполнены на существующей технической базе. Ускоритель электронов, см. Патент США №4.118.653. Профильный композитный высокопрочный электроизоляционный материал - серийная продукция «Научно-производственного предприятия Ап Атек [см. интернет http://www.apatech.ru, конструктивные профили, металлокомпозиционные накладки]. Мобильный заземлитель выполнен на винтовых свайных элементах СВС-57/1650 [см. интернет, http://www.fundex.su/texnologiya-vintovyx-sv].

Винтовой заземлитель может оперативно вкручиваться в грунт и выкручиваться из него. Эффективность устройства характеризуется большой скоростью ионообразования и, как следствие, сокращением интервала времени до выпадения осадков после включения установки.

Устройство коррекции погодных условий содержит линейный ускоритель для бомбардировки молекул воздуха коллимированным пучком высокоэнергетичных электронов в вертикальной плоскости, в составе секции инжекции электронов и выходной секции, работающей в режиме регулировки энергии электронов в пучке путем изменения высокочастотного электромагнитного поля накачки посредством аттенюатора, торец выходной секции охвачен витками соленоида, для завихрения образуемого при бомбардировке потока ионов в вертикальной плоскости, и электрически включенного в цепь заземлителя источника питания ускорителя.



 

Похожие патенты:
Устройство может быть использовано вблизи аэродромов, на аэрокосмических и ракетных комплексах, на нефтехранилищах, в местах работ с опасным топливом или материалами, на складах пиротехнических изделий, для защиты лесов от пожаров и других объектах при угрозе поражения грозовым разрядом.

Изобретение относится к пиротехническим аэрозолеобразующим составам для активного воздействия на переохлажденные облака и туманы. Пиротехнический состав содержит перхлорат аммония, горючее-связующее, пламегаситель и регулятор скорости горения, Ag3CuJ4 в качестве льдообразующего реагента, йодирующую добавку в виде йодистого калия или йодистого аммония и технологическую добавку.

Изобретение относится к экологии. Изобретение представляет способ определения качества окружающей среды методом ЭПР-спектроскопии лишайников, включающий сбор образцов талломов лишайников со стволов деревьев, произрастающих в индустриальной и фоновой зоне, не загрязненной антропогенными выбросами в окружающую среду, очистку, сушку, измельчение, отличающийся тем, что сушку проводят при температуре 85-95°C до постоянного веса и измельчают, снимают ЭПР-спектры, по которым определяют концентрацию парамагнитных центров, при превышении концентрации парамагнитных центров в образцах лишайников, собранных в индустриальной зоне, над концентрацией парамагнитных центров образцов лишайников из фоновой зоны судят о низком качестве окружающей среды в индустриальной зоне, а при равенстве концентраций парамагнитных центров - о допустимом качестве окружающей среды, причем в исследованиях используют образцы одного и того же вида лишайника.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для разгона облаков и инициирования дождя. Устройство для доставки оборудования, производящего горячий пар, и его распыления в верхнем слое атмосферных облаков, основным элементом которого является дирижабль, содержит парогенератор с электрокипятильниками.
Изобретение относится к способам воздействия на метеорологические процессы, а именно к способам инициации грозовых разрядов в атмосфере при активных воздействиях на конвективные облака.

Изобретение относится к области воздействия на атмосферные явления, в частности к способам ослабления тропических циклонов. По предлагаемому способу на поверхности океана с аномально высокой температурой воды 26-28°C замеряют частоту колебаний теплоприхода, вызванного суммарным нагревом воды.

Изобретение относится к устройствам для изменения атмосферных условий, а более конкретно к метеорологическим ракетам для рассеивания в облаках аэрозоля, генерируемого при сгорании пиротехнической дымовой шашки, с целью искусственного вызывания осадков или предотвращения градобития.

Изобретение относится к области управления атмосферными явлениями, а именно к рассеиванию тумана на контролируемой территории. Способ состоит в том, что определяют направление распространения тумана относительно защищаемого объекта.

Изобретение относится к области экологии и предназначено для мониторинга загрязнения природной среды от техногенного точечного источника аэрозольно-пылевых загрязнений.

Изобретение относится к области управления атмосферными явлениями, в частности к устройствам для борьбы с ураганами. Противоураганное техническое устройство изменяет атмосферное давление спереди и сзади зарождающегося урагана.

Изобретение относится к области охраны окружающей среды и может быть использовано в системе городского экологического мониторинга. Способ оперативного контроля атмосферных загрязнений локальных территорий включает использование специализированной передвижной экологической лаборатории с прицепом для осуществления одновременного отбора и экспресс-анализа как проб атмосферного воздуха, воды и почвы в подфакельной зоне предполагаемого i-гo источника сверхнормативного загрязнения с учетом метеорологических характеристик, так и проб промышленных выбросов, а также замеры аэродинамических параметров непосредственно на предполагаемом i-м источнике сверхнормативного загрязнения в трубе для определения мощности выброса вредных веществ (г/с). Далее идет автоматическая передача результатов исследования посредством мобильного интернета в ЭВМ, установленного в специализированной передвижной экологической лаборатории, непрерывное сопоставление с помощью ЭВМ данных компонентно-концентрационного состава проб промышленных выбросов и атмосферного воздуха, воды и почвы, получаемых в режиме реального времени, и одновременный расчет точного процентного вклада выбросов i-гo источника в общий уровень загрязнения локальной территории и выдача специалистами группы оперативного контроля результатов проведенных исследований. Предлагаемый способ контроля атмосферных загрязнений локальных территорий обеспечивает экспресс-анализ проб атмосферного воздуха, воды и почвы как в подфакельной зоне предполагаемого i-гo источника сверхнормативного загрязнения с учетом метеорологических характеристик, так и промышленных выбросов, точный расчет вклада источника промышленных выбросов в общий уровень загрязнения воздуха и оперативное выявление на локальных территориях источников возможного загрязнения атмосферного воздуха. 1 табл., 3 ил.

Устройство предназначено для рассеивания тумана на контролируемой территории, где требуется обеспечение дальности видимости, а именно на аэродромах, скоростных автодорогах, морских портах, открытых площадках для проведения мероприятий и т.п., и может быть использовано для формирования воздушных потоков с большим значением поперечного сечения сформированной струи при вентиляции воздушного пространства на большой территории, в карьерах, а также в устройствах очистки газовых потоков от аэрозольных частиц. Устройство содержит заземленную электропроводную сетку (3). Сетка установлена на раме. Вдоль поверхности сетки установлены коронирующие электроды (5). Электроды соединены с высоковольтным источником питания (6). Рама изготовлена из электроизоляционного материала и выполнена в виде сотовой панели. Торцы ребер (2) сотовых ячеек (1) рамы совпадают и соединены с контурами ячеек электропроводной сетки. Изобретение обеспечивает повышение эффективности работы устройства. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Группа изобретений относится к области активных воздействий на метеорологические процессы для предотвращения сильных снегопадов и ливневых дождей, борьбы с лесными пожарами, градобитиями, засухой и другими опасными погодными явлениями. Для искусственного регулирования осадков интенсифицируют искусственное облакообразование путем доставки количества воды в виде капель водяного аэрозоля различного радиуса. Капли аэрозоля вводят в зону атмосферы с относительной влажностью воздуха, близкой к насыщающей над поверхностью льда. Устройство для реализации способа содержит на борту воздушного судна измерительные приборы метеорологических величин в атмосфере, струйные форсунки, емкости с реагентом и управляющее устройство. Управляющее устройство включает наземный управляющий комплекс в составе вычислительного устройства, наземного контроллера, аппаратуры приема-передачи информации. Аппаратура передачи информации соединена между собой каналами связи. Изобретение обеспечивает повышение эффективности засева облачности водой. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Оросительная система включает водоисточник, энергетическую установку (ЭУ), насос, распределительный трубопровод и подключенные к нему поливные трубопроводы (ПТ) с мелкодисперсными распылителями. Распылители выполнены в виде генераторов аэрозоля (ГА), каждый из которых оборудован системой дистанционного управления и состоит из корпуса с установленным в нем электродвигателем с вентилятором, двух групп форсунок. Первая группа подключена через клапан, снабженный управляющим контроллером (УК), к ПТ. Вторая группа - к насосу высокого давления. Насос подключен к ПТ через аналогичный клапан. Корпус ГА оборудован механизмами поворота в вертикальной и горизонтальной плоскостях на 180°, снабженными электроприводами с УК. Электрооборудование ГА подключено к кабелю, проложенному вдоль ПТ от ЭУ. УК объединены беспроводной связью с центральным компьютером, получающим информацию в режиме реального времени от автоматизированного измерительного комплекса, включающего датчики влажности и температуры почвы и приземного слоя воздуха, а также скорости и направления движения приземного ветра. Технический результат - предотвращение ущерба от засухи. 4 ил.

Изобретение относится к области метеорологии и сельского хозяйства. Способ включает длительное воздействие на локальную область атмосферы тепловым лучом сфокусированного солнечного потока. Луч получают с помощью оптической линзы многокилометровых размеров. Линзу создают в ионосфере при воздействии на нее направленным лучом СВЧ излучения с изменяемой длиной волны и мощностью излучения, для регулирования диэлектрической проницаемости ионосферы. Частота излучения должна быть ниже критической. Фокальная плоскость создаваемой линзы располагается у поверхности Земли. Обеспечивается сдвиг и эффективное разрушение циклонов. 5 ил.

Изобретение относится к экологии, а именно биомониторингу и биоиндикации качества состояния окружающей среды (воздуха) в малых, средних и крупных поселениях с использованием количественного индекса лихеноиндикации - лишайникового индекса. Для этого вычисляют лишайниковый индекс (L), выражающийся отношением суммарной площади визуально доступных слоевищ к площади поверхности ствола дерева по формуле: , где L - лишайниковый индекс, d1 - минимальный размер диаметра слоевища лишайников (лишайниковой куртины (см)), d2 - максимальный размер диаметра слоевища лишайников (лишайниковой куртины (см)), D - обхват дерева (см), Н - расстояние от земли, выше которого нет двух талломов, расположенных друг от друга ближе чем на 10 d2, N - число талломов модельных видов лишайников на дереве. При этом наименьшее абсолютное значение лишайникового индекса свидетельствуют о наибольшем загрязнении, а наибольшее - о низком. Изобретение позволяет упростить метод биомониторинга, уменьшить трудоемкие определения видового состава эпифитной лихенофлоры и, таким образом, устранить субъективные факторы. 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области активных воздействий на атмосферные процессы и предназначено для защиты от грозы и града сельскохозяйственных угодий, для регулирования электрического состояния атмосферы в зонах повышенного риска (космодромы, атомные станции, авиалинии) для защиты от молниевых разрядов. Для воздействий на грозоградовые процессы засевают кристаллизующими реагентами области зарождения града обновляющейся части облака. Инициируют молниевые разряды путем внесения ракет или снарядов в виде отдельных развернутых и ориентированно падающих токопроводящих проводов. Токопроводящий провод выполнен в виде шнура из углеродной нити в комбинации с металлической нитью. Металлическая нить размещена вдоль центральной оси токопроводящего шнура или вплетена в ее структуру. Способ обеспечивает повышение эффективности активных воздействий на грозоградовые процессы. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области твердых ракетных топлив, образующих при химической реакции горения газообразные продукты, активно воздействующие на облака при борьбе с градом и грозами за счет стимулирования и интенсификации осадков, рассеяния облаков и туманов. Льдообразующее ракетное топливо содержит в качестве термической основы утилизируемый баллиститный порох, алюминиевый порошок, динитротолуол, функциональный йодид серебра и йодат меди, катализатор горения - оксид железа(III), йодид аммония или калия и активирующую добавку - оксид меди(II), технологические добавки - централит и технический углерод, причем в качестве технического углерода использована сажа. Решение позволяет производить утилизацию арсенальных запасов баллиститного пороха в качестве готовой термической основы ракетного топлива, безопасно смешиваемой с функциональными, технологическими и целевыми компонентами льдообразующего состава для твердотопливных реактивных шашек. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области воздействия на атмосферные условия. Осуществляют борьбу с засухой искусственным вызыванием осадков путем воздействия на электрические характеристики облаков. Засев конвективных облаков производят с земной поверхности при их переносе над местом установки автоматизированного устройства с пиротехническим составом для термоионизации щелочных металлов. При смене знака напряженности приземного электрического поля на противоположный под влиянием сформировавшегося объемного заряда в облаке инициируют воспламенение пиротехнического состава. Затем его выбрасывают в подоблачное пространство, в котором образующийся заряженный аэрозоль вовлекается конвективным потоком в облачное пространство и вызывает цепной процесс укрупнения облачных капель до их гравитационного осаждения на земную поверхность в виде осадков. Обеспечивается искусственное вызывание осадков из конвективной облачности, проходящей над заданной территорией. 2 ил.
Способ предназначен для активных воздействий на атмосферные процессы, а именно для предотвращения образования тумана. Воздух у земной поверхности направляют в охлаждающую камеру. Воздух увлажняют в охлаждающей камере за счет охлаждения до насыщения водяным паром. Насыщенный влагой воздух подают в вихревой генератор. Воздух поднимают на высоту расположения точки росы для образования облачного слоя. Облачный слой экранирует выхолаживание земной поверхности. Способ обеспечивает предотвращение образования тумана при ночном понижении температуры у земной поверхности.
Наверх