Устройство для моделирования разряда молнии

 

Изобретение относится к учебным моделям и может быть использовано для демонстрации явлений при развитии главноканальной стадии разряда молнии. Целью изобретения является повышение демонстрационного эффекта за счет моделирования разрядных процессов ступенчатого лидера. Устройство для моделирования разряда молнии содержит источник питания, через зарядный коммутирующий элемент подсоединенный к управляющему входу блока имитации канала молнии, выходы которого подсоединены соответственно через пороговые элементы к входам триггера, 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 содержит последовательно включенные звенья, каждое из которых включает последовательно соединенные три резистора и индуктивность, при этом параллельно первому резистору включен диод, параллельно третьему - электронный ключ, управляющий выход которого подсоединен к выходу звена, к которому подключены индуктивность и одна из обкладок конденсатора. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 968 А1 (51) 4 С 09 В 23/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 рядный коммутирующий элемент подсоединенный к управляющему входу блока имитации канала молнии, выходы которого подсоединены соответственно через пороговые элементы, к входам триггера, а через разрядный коммутирующий элемент — к сопротивлению нагруз" ки. Выходы триггера соединены соответственно с управляющим входом разрядного коммутирующего элемента и че" рез интегратор — с управляющим входом разрядного коммутирующего элемен- . та. Блок имитации канала молнии содержит последовательно включенные звенья, каждое из которых включает последовательно соединенные три резистора и индуктивность, при этом параллельно первому резистору включен диод, параллельно третьему — электронный ключ, управляющий выход которого подсоединен к выходу звена, к которому подключены индуктивность и одна из обкладок конденсатора. 2 ил.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4367059/31-12 (22) 06.07.88 (46) 30.12.89. Бюл. Ф 48 (71) Братский индустриальный институт (72) В.И.Потапкин, Б.А.Анисимов и Г.Е,Рабушко (53) 621.317.329(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 968844, кл, G 09 В 23/18, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

РАЗРЯДА МОЛНИИ (57) Изобретение относится к учебным моделям и может быть использовано для демонстрации явлений при развитии главноканальной стадии разряда молнии. Целью изобретения является повышение демонстрационного эффекта за счет моделирования разрядных процессов ступенчатого лидера. Устройство для моделирования разряда молнии содержит источник питания, через разИзобретение относится к учебным моделям и может быть использовано в различных устройствах для демонстрации явлений, протекающих в канале ступенчатого лидера и при раэвии главноканальной стадии разряда молнии.

Целью изобретения является повышение демонстрационного эффекта.путем моделирования разрядных процессов ступенчатого лидера.

На фиг„1 представлена блок-схема устройства: на фиг.2 — принципиальная схема блока имитации канала молнии.

Устройство для моделирования разряда 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 2, а, другой — через интегратор 9 — к управляющему входу разрядного коммути1532968 рующего элемента 4. Блок 3 имитации канала молнии выполнен в виде ряда последовательно соединенных звеньев, Каждое из которых моделирует отрезок канала молнии длиной, например, 50м.

Ясли учесть, что средняя длина молнии при разряде облако-- земля составляет 3 км, то БИК)) должен состоять иэ 60 последовательно соединенных звеньев.

На фиг .l 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 14 ° вклю- ченного параллельно резистору 10, фмкости 15 ° включенной между выходом 10 эвена и корпусом устройства, электронЙого ключа 16, подключенного парал лельно дополнительному резистрру )2, и порогового элемента 17 включенного между выходом звена и управляющим 25 фходом электронного ключа )6.

Резистор ll может иметь сопротивление порядка 50 Ом, резистор 10—

,4 кОм, дополнительный резистор 12—

5l 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 вклю чения напряжения источника 1 питания зарядный коммутирующий элемент 2 замкнут, а разрядный коммутирующий элемент 4 раэоь)кнут. Происходит последовательный заряд емкостей 15 в БИКМ 3сначала первого звена, потом второго и T,д, Пока 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 резис55 тор 12. Ток заряда конденсатора )5 возрастает на один — два порядка, напряжение на выходе звена быстро увеличивается. Процесс заряда конденсатора 15 следующего звена БИКИ аналогичный. Описанный процесс последовательно повторяется во всех звеньях, моделируя в определенном масштабе реальный процесс постепенного прорастания ступенчатого лидера от облака к земле. Диоды 14 практически не влияют на процесс моделирования ступенчатого лидера, так как их проводимость невелика из-за малой величины приложенного напряжения.

Подле заряда всех конденсаторов 15 в БИИ) 3 моделируется следующая стадия разряда молнии на земле — главноканальная стадия разряда. Она связана с нейтрализацией канала лидера, т.е. с разрядом конденсаторов 15 всех звеньев БИК)) на землю. Процессы протекающие при этом в БИКИ, следующие.

Как только величина напряжения на конденсаторе 15 предпоследнего звена достигает заданного порогового уровня, происходит срабатывание порогового элемента 7, который после . срабатывания перебрасывает в другое устойчивое состояние триггер 8. Сигнал с выхода триггера 8 непосредственно воздейстйует на второй вход зарядного коммутирующего элемента 2 и закрывает его. Заряд БИКИ 3 прекращается. В это же время сигнал с другого выхода триггера 8, пройдя через интегратор 9, воздействует на второй вход разрядного коммутирующего элемента 4 и открывает его. Происходит разряд БИК)) 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, который после срабатывания перебросит в другое. устойчивое состояние триггер 8, Сигналы с выходов триггера 8 откроют зарядный коммутирующий элемент 2 и закроют разрядный коммутирующий элемент 4. Схема возвратится в первоначальное состояние и начнется следующий цикл ее работы.

Поскольку процесс нейтрализации заряда канала лидера при протекании главноканальной стадии происходит довольно быстро (со скоростью О,:1-0 5 скорости света), диоды )4 при этом

15329 играют существенную роль, так как за счет значительного падения напряжения на резисторах 10 они открываются и увеличивают проводимость канала мол5 нии на период протекания главноканальной стадии.

В изобретении, как и в реальных условиях, главноканальной стадии pas- 10 ряда молнии предшествует стадия ступенчатого лидера, характеризующаяся скачкообразными возрастаниями тока в канале при прорастании каждой последующей ступени. Это усиливает демонстра-15 ционный эффект и способствует более четкому пониманию процессов, характеризующих такое крупномасштабное давление, как разряд линейной молнии на

sемлю.

Формула изобретения

Устройство для моделирования разряда молнии, содержащее источник пи- 25 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 по68 6 роговые элементы подсоеДинены к входам триггера первый выход которого соединен с управляющим входом зарядного . коммутирующего элемента, а второй выход — с входом интегратора, выход которого связан с управляющим входом разрядного коммутирующего элемента, а блок имитации канала молнии содержит последовательно соединенные звенья, каждое из которых состоит из последовательно соединенных первого и второго резисторов и индуктивности, второй вывод которой является выходом звена, диода, включенного параллель но 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 счет моделирования процессов ступенчатого лидера, каждое звено блока имитации канала молнии содержит дополнительный пороговый элемент, электронный ключ и третий резистор, один вывод которого является входом звена, а второй вывод соединен последовательно с первым резистором, при этом параллельно тре-. тьему резистору включен электронный ключ, управляющий вход которого через дополнительный пороговый элемент связан с выходом звена.

1532968

Составитель Б.Тюркин

Редактор А.Маковская :Техред И.Дидык Корректор М.Шароши

Заказ 8)04/56 Тира к 469 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035Ä Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/S

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Укгород, ул. Гагарина, 101