Устройство для моделирования разряда молнии

(51) 4 С 09 В 23/18 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВУ ВТОРСКОМУя инстикин, Б,в 29(088,8)свидетельство СССР С 09 В 23/18, 1982,Ряф ебным вано в зобретеиие относится к моделям и различных жет быть исполтройствах для емонетраканале ии явле протекающих влидера и при упенчатог вэвии й канальи Цельюадин разряда етения являе молнии. ся ловы эо ем м тупен Натр 2, а, к уп- оммутия сх ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГННТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯРАЗРЯДА МОЛНИИ(57) Изобретение относится к учебным моделям и может быть использовано для демонстрации явлений приразвитии главноканальной стадии разряда молнии. Целью изобретения являетсяповьппение демонстрационного эффектаза счет моделирования разрядных процессов ступенчатого лидера. Устройство для моделирования разряда молниисодержит источник питания, через раземонстрационного эффекта.пуелирования разрядных процессатого лидера,иг 1 представлена блок-схематва: на фиг,2 - принципиальма блока имитации канала мол рядный коммутирующий элемент подсоединенный к управляющему входу блокаимитации канала молнии, выходы которого подсоединены соответственно через пороговые элементы, к входам тригера, а через разрядный коммутирующий элемент - к сопротивлению нагрузки. Выходы триггера соединены соответственно с управляющим входом разрядного коммутирующего элемента и через интегратор - с управляющим входом разрядного коммутирующего элемента. Блок имитации канала молнии содежит последовательно включенные звенькаждое из которых включает последовательно соединенные три резистораи индуктивность, при этом параллельно первому резистору включен диод,параллельно третьему - электронныйключ, управляющий выход которого подсоединен к выходу звена, к которомуподключены индуктивность и одна из окладок конденсатора, 2 ил. Устройство для моделирования разря да молнии содержит последовательно соединенные источник 1 питания, зарядный коммутирующий элемент 2, блок 3 имитации канала молнии (БИКМ), разрядный коммутирующий элемент 4 и сопротивление нагрузки 5. Управляющие выходы БИКМ 3 через пороговые элементы 6 и 7 подключены к входам триггера 8, Один из выходов триггера 8 подключен к управляющему входу зарядного коммутирующего элемента другой - через интегратор 9 равляющему входу разрядного крующего элемента 4, Блок 3 имитации канала молнии выполнен в виде ряда последовательно соединенных звеньев, Каждое из которых моделирует отрезок Канала молнии длиной, например, 50 м. Ясли учесть, что средняя длина молнии при разряде облако земля состав" 1 яет 3 км, то БИКМ должен состоять иэ 60 последовательно соединенных звеньев.На Фиг.1 условно показано только ри звена БИКМ: ближайшее к облаку дно из промежуточных и ближайшее к емле. Каждое звено состоит из поледовательно соединенных резистсров 0 и 11.дополнительного резистора 2, индуктивности 13, диода 14вклю- ченного параллельно резистору 10, емкости 15включенной между выходом бовена и корпусом устройства, электрон- його ключа 16, подключенного параллельно дополнительному резистору 12, о и порогового элемента 17, включенного между выходом звена и управляющим 25 Фходом электронного ключа 16.Резистор 11 может иметь сопротивление порядка 50 Ом, резистор 10 - ,4 кОм, дополнительный резистор 12 - 51 кОм, Значения.индуктивностей (4) и емкостей (6) канала разряда завиСят от расстояния данного звена до земли и могут быть рассчитаны.Устройство для моделирования мол-, Нии работает следующим образом,В исходном состоянии после вкщочения напряжения источника 1 питания зарядный коммутирующий элемент 2 замКнут, а разрядный коммутирующий элеМент 4 раэоь 1 кнут. Происходит последовательный заряд емкостей 15 в БИКМ 3- сначала первого звена, потом второго Й тедоПока напряжение на конденсаторе 15 мало, его зарядка происходит довольНо медленно, через последовательно включенные индуктивности 13 и резисторы 10"12, причем величина сопротив.ления резистора 12 намного больше суммарного сопротивления резисторов 10 и 11, Когда напряжение на конденсаторе 15 достигает заданного значения, срабатывает пороговый элемент 17, который подает сигнал на открытие электронного ключа 16. Открывшись, электронный ключ 16 шунтирует резис 55 тор 12. Ток заряда конденсатора 15возрастает на один - два порядка, напряжение на выходе звена быстро увеличивается, Процесс заряда конденсатора 15 следующего звена БИКМ аналогичный. Описанный процесс последовательно повторяется во всех звеньях, моделируя в определенном масштабе реальный процесс постепенного прорастания ступенчатого лидера от облака к земле. Диоды 14 практическине влияют на процесс моделированияступенчатого лидера, так как их проводимость невелика из-за малой величины приложенного напряжения.Подле заряда всех конденсаторов 15в БИИ 1 3 моделируется следующая стадия разряда молнии на земле - главноканальная стадия разряда, Она связана с нейтрализацией канала лидера,т,е. с разрядом конденсаторов 15всех звеньев БИКМ на землю. Процессы протекающие при этом в БИКМ, следующие.Как только величина напряжения наконденсаторе 15 предпоследнего звена достигает заданного пороговогоуровня, происходит срабатывание порогового элемента 7, который после .срабатывания перебрасывает в другоеустойчивое состояние триггер 8. Сигнал с выхода триггера 8 непосредственно воздейстйует на второй входзарядного коммутирующего элемента 2и закрывает его. Заряд БИКМ 3 прекращается, В это же время сигнал с другого выхода триггера 8, пройдя черезинтегратор 9, воздействует на второй вход разрядного коммутирующегоэлемента 4 и открывает его, Происходит разряд БИКМ 3 и на сопротивлении нагрузки 5 можно наблюдать моделируемый импульс в основании канала молнии,После того как напряжение на выходе первого звена БИКМ 3 упадет до порогового уровня, произойдет срабатывание порогового элемента 6, которыйпосле срабатывания перебросит в другое устойчивое состояние триггер 8,Сигналы с выходов триггера 8 откроютзарядный коммутирующий элемент 2 изакроют разрядный коммутирующий элемент 4, Схема возвратится в первоначальное состояние и начнется следующий цикл ее работы.Поскольку процесс нейтрализациизаряда канала лидера при протеканииглавноканальной стадии происходит довольно быстро (со скоростью О,:1-0,5скорости света), диоды 14 при этом15329играют существенную роль, так как за счет значительного падения напряжения на резисторах 10 они открываются и увеличивают проводимость канала мол 5 нии на период протекания главноканальной стадии.В изобретении, как и в реальных условиях, главноканальной стадии раз О ряда молнии предшествует стадия ступенчатого лидера, характеризующаяся скачкообразными возрастаниями тока в канале при прорастании каждой последующей ступени. Это усиливает демонстрационный эффект и способствует более четкому пониманию процессов, характеризующих такое крупномасштабное давление, как разряд линейной молнии на землю.20формула изобретенияУстройство для моделирования разряда молнии, содержащее источник пи тания, через зарядный коммутирующий элемент подсоединенный к управляющему входу блока имитации канала молнии, импульсный выход которого через разрядный коммутирующий элемент связан 30 с сопротивлением нагрузки, а управляющие выходы через соответствующие по 68 6роговые элементы подсоеДинены к входамтриггера первый выход которого соединен с управляющим входом зарядного,коммутирующего элемента, а второй выход - с входом интегратора, выходкоторого связан с управляющим входомразрядного коммутирующего элемента, аблок имитации канала молнии содержитпоследовательно соединенные звенья,каждое из которых состоит из последовательно соединенных первого и второго резисторов и индуктивности, второй вывод которой является выходомзвена, диода, включенного параллельно первому резистору, и конденсатора,включенного между выходом звена и корпусом устройства, о т л и ч а ю щ е -е с я тем, что, с целью расширения,демонстрационных воэможностей за счетмоделирования процессов ступенчатоголидера, каждое звено блока имитацииканала молнии содержит дополнительныйпороговый элемент, электронный ключ итретий резистор, один вывод которогоявляется входом звена, а второй вывод соединен последовательно с первымрезистором, при этом параллельно тре.тьему резистору включен электронныйключ, управляющий вход которого черездополнительный пороговый элемент свя"зан с выходом звена.Заказ 8104/ 69 исно и тиям при ВНИИПИ Госу тета по ква, ЖПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Укгород, ул. Гагарина, 101 Исн дарственного коми 113035 Мос обретеРаушск ми отнаб.,