Розробка систем автоматичного керування струмом гармати зміною тиску в її розрядному проміжку та систем малоінерційного керування за допомогою низьковольтних тліючих розрядів. Розробка електродних систем гармат з підвищеною електричною міцністю.
Аннотация к работе
Однак при практичному використанні газорозрядних електронних гармат високовольтного тліючого розряду (ГРЕГ ВТР) зустрічається ряд ускладнень, повязанних з недостатньою стабільністю їх параметрів, обмеженістю даних про процеси, що відбуваються в гарматах при керуванні їх параметрами, недостатньою ефективністю роботи пристроїв та систем, які використовуються для їх стабілізації. Вперше запропонована математична модель процесу автоматичного керування струмом ГРЕГ зміною тиску в розрядному проміжку, яка отримана на основі рівнянь, що описують газодинамічні процеси в гарматі, системах відкачування та напуску газів, а також динаміку пристрою для напуску газу і дозволяє використовувати компьютерне моделювання при розробці систем автоматичного керування струмом ГРЕГ, визначати необхідні газодинамічні характеристики гармат, систем відкачування та напуску газу, що спрощує проектування газорозрядних гармат технологічного призначення з системами автоматичного керуванням їх параметрами та підвищує стабільність їх роботи. Встановлено, що при автоматичному керуванні струмом розряду гармат ВТР зміною тиску в розрядному проміжку мінімальний час регулювання, що обмеженний інерційністю газодинамічних характеристик гармати, систем відкачування та напуску газу, складає десятки - сотні мілісекунд. результати дослідження процесу автоматичного керування струмом ГРЕГ зміною тиску дозволяють проєктувати системи автоматичного керування безпосередньо для конкретних гармат та газодинамічних систем вакуумних установок, що покращує характеристики керування та підвищує стабільність параметрів ГРЕГ. результати дослідження процесу автоматичного керування струмом ГРЕГ за допомогою допоміжних розрядів дозволяють проєктувати тріодні електронні гармати для роботи в безперервному та імпульсному режимах з малоінерційним регулюванням струму розряду, що підвищує стабільність параметрів гармат та роширює діапазон їх застосування; Модель ГРЕГ, як обкта, в якому стабілізується струм розряду зміною тиску за допомогою електромагнітного натікача газу, містить в собі рівняння газового балансу для розрядної камери ГРЕГ та вакуумної камери установки, рівняння Максвела та Ньютона, що описують динаміку електромагнітного приводу натікача, а також алгебраїчні рівняння, що описують залежність пропускної здатності натікача від положення штоку його клапану та залежність струму гармати від тиску в ній і має вигляд де R, ін, L, - опір, величина струму та індуктивність катушки електромагніта натікача; мн - маса його якоря; СЕ - крутизна тягової характеристики електромагніта; Сп - жорсткість пружини; Ск - коефіцієнт тертя; lн - координата положення клапана; А, В, k - сталі,що залежать від конструкції клапану натікача газу; тз - запізнення в каналі напуску газу; Vп, Vk - обєм розрядної камери гармати та вакуумної камери установки; РА, РП, РК - тиск газу в натікачі, розрядній камері гармати та вакуумній камері установки; РМ - граничний тиск вакуумного насосу; SГ, SЛ, SB, SП - пропускна здатність пропускного каналу натікача, променепроводу гармати, вакуумопроводу та вакуумного насосу; UП - прискорююча напруга гармати; а, m, n-сталі, що залежать від роду газу, матеріалу катоду та геометрії електродів.Проведено теоретичні та експериментальні дослідження проблеми підвищення стабільності параметрів технологічних ГРЕГ ВТР шляхом автоматичного керування ними, підвищенням електричної міцності їх електродних систем та вибором параметрів систем високовольтного живлення, що обмежують розвиток дугових пробоїв. Розроблена математична модель процесу автоматичного керування струмом ГРЕГ, яка базується на рівняннях газового балансу в гарматі та вакуумній камері установки та рівняннях, що описують динаміку пристрою для напуску газу, що дозволяє застосовувати компьютерне моделювання при проектуванні ГРЕГ з системою керування її параметрами. Досліджено керування струмом ГРЕГ за допомогою несамостійного допоміжного розряду, показано, що воно може бути еффективним якщо електродна система забезпечує полокатодний режим горіння допоміжного розряду.
Вывод
1. Проведено теоретичні та експериментальні дослідження проблеми підвищення стабільності параметрів технологічних ГРЕГ ВТР шляхом автоматичного керування ними, підвищенням електричної міцності їх електродних систем та вибором параметрів систем високовольтного живлення, що обмежують розвиток дугових пробоїв.
2. Розроблена математична модель процесу автоматичного керування струмом ГРЕГ, яка базується на рівняннях газового балансу в гарматі та вакуумній камері установки та рівняннях, що описують динаміку пристрою для напуску газу, що дозволяє застосовувати компьютерне моделювання при проектуванні ГРЕГ з системою керування її параметрами.
3. Встановлено, що при регулюванні струму ГРЕГ зміною тиску мінімалний час регулювання обмежений інерційністю газодинамічних процесів в гарматі, системах відкачки та напуску газу і становить десятки - сотні мс. Розроблена система автоматичного керування струмом з малоінерційним натікачем.
4. Досліджено керування струмом ГРЕГ за допомогою несамостійного допоміжного розряду, показано, що воно може бути еффективним якщо електродна система забезпечує полокатодний режим горіння допоміжного розряду. Запропоновані конструкції електродних систем, що забезпечують полокатодний режим горіння допоміжного розряду.
5. Досліджені часові та електронно-оптичні характеристики керування струмом ГРЕГ. Встановлено, що при імпульсному керуванні тривалість фронтів імпульсів струму гармати визначається динамічними характеристиками джерела високовольтного живлення гармати та складає сотні мкс, що дозволяє використовувати ГРЕГ для імпульсної обробки матеріалів.
6. Досліджені умови розвитку дугових пробоїв, визначені величини струму обриву дуги для ГРЕГ з різними матеріалами катоду, що дозволило аналітично визначати параметри елементів в високовольтному колі живлення гармати, обмежуючих розвиток стійких пробоїв.
7. Розглянуті варіанти найбільш доцільного використання розроблених гармат з підвищеною стабільністю роботи та системами керування їх параметрами. Створені та впроваджені в виробництво гармати з системами керування, що підвищило якість процесів обробки та розширило можливості використання перспективних ГРЕГ ВТР.
Список литературы
1. Денбновецкий С.В., Кубрак А.И., Мельник В.И., Тугай Б.А. Моделирование процесса управления током газоразрядной элеткронной пушки // Элеткроника и связь. Киев. 1997. вып. №2. ч. II. с. 266 270.
2. Денбновецкий С.В., Мельник В.И., Тугай Б.А. Нанесение биосовместимых покрытий с использованием газоразрядного электроннолучевого испарителя // Электроника и связь. 1999. №6. т. 2. с. 150 153
3. Лубинец Г.Я., Мельник В.И., Тугай Б.А. Исследование транспортировки электронного пучка из газоразрядной пушки в технологическую камеру// Вестник КПИ. сер. радиоелектроники. 1983. № 20. с. 31 33.
4. Лубинец Г.Я., Мельник В.И., Тагиль А.Г., Тугай Б.А., Газоразрядная электронная пушка для термического испарения // Вестник КПИ. сер. радиоэлектроники. 1981. № 18. с. 9 11.
5. Тугай Б.А., Манагин А.Д. Электронный блок системы автоматического управления током пучка газоразрядной электронной пушки // Вестник КПИ. Радиоэлектроника. 1988. Вып. 25. с. 105 107.
6. Тугай Б.А. Особенности высоковольтного питания технологических газоразрядных электронных пушек // Электроника и связь. 1998. № 4. Часть 1. с. 129 133.
7. Тугай Б.А. Электрическое управление током технологических газоразрядных электронных пушек высоковольтного тлеющего разряда // Электроника и связь. 1998. № 4. Часть 1. с. 144 148.
8. Денбновецкий С.В., Долгов Ю.Н., Коробков В.В., Лубинец Г.Я., Мельник В.И.,Тагиль А.Г., Тугай Б.А. Газоразрядная электронная пушка / А. С. № 971030 (СССР). Опубл. 30.10.82, Бюл.№40. С. 285.
9. Денбновецкий С.В., Лубинец Г.Я., Мельник В.И., Тагиль А.Г., Тугай Б.А. Электроннолучевой испаритель / А. С. № 1051977 (СССР). Опубл. 30.10.83, Бюл. №40.С. 227.
10. Денбновецкий С.В., Лубинец Г.Я., Мельник В.И., Тагиль А.Г., Тугай Б.А. Газоразрядная электронная пушка / А. С. № 1086987 (СССР). Опубл. 15.04.84, Бюл. №14. С. 197.
11. Денбновецкий СВ., Лубинец Г.Я., Мельник В.И., Тагиль А.Г., Тугай Б.А. Электомагнитный натекатель / А. С. 1232075 (СССР), Опубл.15.05.86, Бюл. №18. С. 263.
12. Безрадетский А.В., Денбновецкий С.В., Лубинец Г.Я., Мельник В.И., Недачин С.П., Тагиль А.Г., Тугай Б.А. Способ управления импульсным напряжением газоразрядной электронной пушки / А. С. № 1263136 (СССР), Опубл. 7.10.86, Бюл. №37. С. 267.
13. Денбновецкий С.В., Лубинец Г.Я., Мельник В.И., Тагиль А.Г., Тугай Б.А. Электромагнитный натекатель / А. С. № 1345948 (СССР), Опубл. 15.10.87, Бюл. №38. С. 271.
14. Денбновецкий С.В., Лубинец Г.Я., Мельник В.И., Тагиль А.Г., Тугай Б.А. Электроннолучевой испаритель / А. С. № 1385633 (СССР), Опубл. 30.03.88, Бюл. №12. С. 249.
16. Мельник В.И., Мельник И.В., Тагиль А.Г., Тугай Б.А. Газоразрядная электронная пушка / А. С. №1501830 (СССР), Опубл. 15. 08.89, Бюл. №30. С. 284.
17. Безрадетский А.В., Денбновецкий С.В., Лубинец Г.Я., Мельник В.И, Тагиль А.Г., Тугай Б.А. Газоразрядная электронная пушка./ А. С. № 1510616 (СССР), Опубл. 23.09.89, Бюл. №35. С. 289.
18. Гудым В.К., Мельник В.И., Тагиль А.Г., Череднюк В.С., Тугай Б.А. Электроннолучевой испаритель / А. С. №1547368 (СССР), Опубл. 28.02. 90, Бюл. №8. С. 276.
19. Мельник В.И., Новиков А.А., Тагиль А.Г., Тугай Б.А. Газоразрядная электронная пушка для термообработки цилиндрических изделий / А.С. №1647697 (СССР), Опубл. 7.05.91, Бюл. № 17. С. 219.
20. Денбновецкий С.В., Мельник В.И., Тагиль А.Г., Тугай Б.А. Электроннолучевой испаритель / А. С. № 1708102 (СССР), Опубл. 23.01.92, Бюл. № 3. С. 224.
21. Мельник В.И., Мельник И.В., Тагиль А.Г., Тугай Б.А. Газоразрядная электронная пушка / А. С. №1795813 (СССР), Опубл. 08.10.92, Кл. Н01J 37/077.
22. Андреева А.Ф., Лубинец Г.Я., Мельник В.И., Химич Е.Г., Тугай Б.А. Применение газоразрядной электронной пушки с холодным катодом в технологии получения тонких пленок // Сб. тез. докл. "Получение и свойства тонких пленок". Киев. 1981. с. 61 64.
23. Денбновецкий С.В., Лубинец Г.Я., Мельник В.И., Тугай Б.А. Влияние процессов в зоне термического воздействия электронного пучка на его формирование // Сб. тез. докл. VI Всесоюзного симпозиума посильноточной электронике. Томск. 1986. с. 81 84.
24. Денбновецкий С.В., Мельник В.И., Тагиль А.Г., Тугай Б.А. Электронные пушки высоковольтного тлеющего разряда для технологических применений // Труды Украинского вакуумного общества "Вакуумная техника и вакуумные технологии". Киев. 1998. т. 1. с. 72 74.
25. Денбновецкий С.В., Мельник В.И., Мельник И.В., Тугай Б.А. Оптимизация параметров электронной пушки высоковольтного тлеющего разряда // Тезисы докладов VIII Всесоюзного симпозиума посильноточной электронике. Часть 1. Свердловск. 1990. с. 251 253.
26. Лубинец Г.Я., Мельник В.И., Тугай Б.А. Исследование дугового пробоя в газоразрядных электронных пушках и его зависимости от параметров внешней цели// Сб. тез. докл. IV Всесоюзного симпозиума посильноточной электронике. Томск. 1982. с. 119-122.
27. Лубинец Г.Я., Мельник В.И., Тугай Б.А. Автоматическое управление давлением в вакуумных установках // Сб. тез. докл. I региональной научно-технической конференции "Электронные приборостроение". Новосибирск. 1986. с. 38.
28. Мельник В.И., Мельник И.В., Тагиль А.Г., Тугай Б.А. Газоразрядный электроннолучевой испаритель. Физические основы и новые направления плазменной технологии в микроэлектроние // Сборник тезисов докладов научно-технического межотраслевого семинара. октябрь 1991. Харьков. М. 1991 с. 50.
29. Denbnovetsky S.V., Melnik V.I., Melnik I.V., Tugay B.A., Investigation of electron-ion optical properties in triode glow discharge electron guns., V-th International Conference on Charged Particle Opties CPO-5. Programs and Abstracts., April 14 17, 1998, Delft, The Netherland., p. 117.
30. Denbnovetsky S.V., Melnik V.I., Tugay B.A., Using of Gas Discharge Electron Beam Evaporation for Obtaining of Chemically Complex Compunds Coatings. Sixth International conference pf electron beam technologies. Varna, Bulgaria, 2000, p. 117 118.
31. Denbnovetsky S.V., Melnik V.I., Melnik I.V., Tugay B.A., Investigation of forming of electron beam in glow disgarge electron gun with additional electrode., XVIII-th International Symposium on Discharge and Electrical Insulation in Vacuum., Eindheven, The Netherland, August 17 21, 1998, p. 637-640.
32. Felba I., Melnik V.I., Sievanko W., Tugay B., Wybrane Metody ograniczenia wadliwosci spain wykonanych wiazka elektronowa. VI Konferencja Naukowa "Technologia Elektronowa" ELTE" 97. T. 2. Krynica 6.05 9.05.1997. Akademia Gorniczo-Hutnicza, krakow, 1997. s. 315 319.