СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РАЗРЯДА В МГД-КАНАЛЕ ФАРАДЕЕВСКОГО ТИПА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК H02K44/08 

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике, в частности к установкам, где электромагнитная энергия преобразуется в кинетическую энергию потока газа и наоборот.

Известен способ и устройство для исследования электрического разряда в плазменных ускорителях со скрещенными полями (фарадеевского типа), работающих при низких давлениях и относительно высоких параметрах Холла [1] Устройство представляет собой МГД-ускоритель фарадеевского типа обычной конструкции с одной парой электродов. Каждый электрод разделен на 9 изолированных друг от друга секций. В изоляционных стенках (В-стенках) расположены заподлицо с огневой поверхностью вольфрамовые зоны. В устройстве обеспечивается измерение тока в цепи питания электродов, его распределение по их отдельным секциям, а следовательно, и по огневой поверхности электродов, а также разность потенциала между электродами и распределение потенциала по В-стенке, используемое для расчета других электрогазодинамических параметров.

Недостаток данного способа и устройства состоит в том, что получаемая информация о разряде является неполной, в частности не обеспечивается определение величины и распределения тока в пристеночной области электродных стенок, особенно в зоне межэлектродных изоляторов.

Наиболее близким к изобретению является способ исследования электрического разряда в фарадеевском МГД-канале, основанный на измерении тока I_у в цепях питания и напряжения U_у между соответствующими электродами при разряде поперек канала и отдельных параметров разряда между соседними электродами каждой стенки [2]
Известный способ реализуется в устройстве для исследования электрического разряда, представляющем фарадеевский МГД-канал, содержащий две противолежащие электродные стенки и две боковые электроизоляционные стенки [2] В цепи соответствующей пары электродов (катод и анод) измеряется ток I_у и напряжение U_у между электродами. На каждой электродной стенке между двумя соседними электродами (вдоль по потоку) регистрируется как постоянная, так и частотная составляющие напряжения U_x. По этим измерениям определяется характер разряда в пристеночной области электродной стенки и зависимость постоянной составляющей U_x от I_у^.В, где В величина магнитной индукции.

Недостатком данного способа и устройства является то, что информация о токе в пристеночной области электродной стенки может быть получена только косвенным путем с использованием дополнительной информации об электрогазодинамических параметрах и модели явления. В связи с тем, что в рассматриваемых условиях имеется достаточно сложная взаимозависимость между различными параметрами, информация о токе может оказаться недостоверной.

Целью изобретения является повышение информативности исследования электрического разряда при воспроизведении электрогазодинамических параметров потока газа в МГД-канале, индентичных эксплуатационным.

Цель достигается тем, что в способе исследования электрического разряда в МГД-канале фарадеевского типа измеряют ток между электропроводными пластинами, размещенными попарно по длине каждой электродной стенки в межэлектродных изоляторах заподлицо к огневой поверхности и изолированными друг от друга и от элементов конструкции канала.

Цель достигается также тем, что в устройстве для исследования электрического разряда в МГД-канале фарадеевского типа, включающем две противолежащие секционированные электродные стенки с межэлектродными изоляторами и две электроизоляционные стенки, в межэлектродных изоляторах электродной стенки по длине размещена заподлицо с огневой поверхностью по крайней мере одна пара электропроводных пластин, изолированных друг от друга и от других элементов стенки, а с внешней стороны МГД-канала пластины в каждой паре электрически соединены между собой через измерительный шунт.

Толщина δ пластин вдоль канала может быть выбрана равной δ(0,05-0,1)h, где h высота МГД-канала, а расстояние между пластинами в каждой паре δ₁= (0,1-0,5) δ
На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 узел I на фиг.1; на фиг.3 поперечный разрез МГД-канала.

Устройство представляет МГД-канал фарадеевского типа, включающий две противолежащие секционированные электродные стенки 1 (катодная и анодная), две боковые электроизоляционные стенки 2 и магнитную систему 3. Электродные стенки содержат электроды 4 и межэлектродные изоляторы 5.

Каждая соответствующая пара электродов (анод и катод) в зависимости от режима работы МГД-канала (ускоритель или генератор) подсоединяется к своему независимому источнику электропитания или к индивидуальной нагрузке соответственно, обеспечивающих возможность регулирования величины тока. В каждой цепи электропитания предусматривается измерение величины тока I_у и напряжения U_у.

По длине каждой электродной стенки дополнительно размещены заподлицо к огневой поверхности одна или несколько пар 6 электропроводных пластин, электроизолированных от элементов конструкции МГД-канала. Между электродными пластинами 7 расположен электроизоляционный слой 8. Толщина каждой пластины 7 вдоль по потоку δ(0,05-0,1)h, где h высота канала, а расстояние между пластинами в каждой паре δ₁=(0,1-0,5) δ. С внешней стороны МГД-канала пластины 7 в каждой паре электрически соединены через шунт 9, обеспечивающий измерение величины тока между ними.

Из теории известно, что при протекании электрического тока в присутствии перпендикулярного к нему магнитного поля в газе возникает ЭДС Холла. Это приводит к существенной неоднородности распределения тока в межэлектродном зазоре МГД-канала. В частности, в приэлектродных областях электрический разряд вытягивается вдоль электродных стенок и, взаимодействуя с приложенным магнитным полем, прижимается к поверхности стенки. Поток газа усиливает этот эффект. Введение дополнительной операции измерения тока в пристеночных областях электродных стенок существенно повышает информацию об условиях существования разряда в МГД-канале.

Устройство работает следующим образом.

При поступлении в МГД-канал электропроводного газа в присутствии магнитного поля, перпендикулярного боковым изоляционным стенкам 2, в зависимости от режима работы (ускоритель или генератор) на электроды канала подается электропитание или снимается напряжение с нагрузки соответственно. При этом измеряется ток I_у и напряжение U_у в цепях каждой пары запитанных электродов. В это же время производится измерение тока в цепи каждой пары 6 электропроводных пластин 7, расположенных по длине электродных стенок. Величины измеренных токов соответствуют значениям тока I_х в пристеночном слое электродных стенок. Устройство обеспечивает возможность проведения исследований электрогазодинамических характеристик потока газа в широком диапазоне изменения геометрических параметров канала (площадь сечения, параметр секционирования и т. д.), величин и распределения токов в цепях электропитания электродов, величин магнитной индукции В и т.п.

В предлагаемом устройстве важными являются геометрические соотношения для элементов пар 6. При толщинах электропроводных пластин δ >0,1h и расстояниях между ними в каждой паре δ ₁>0,5^. δ возрастает погрешность измерения за счет отклонения условий существования разряда от эксплуатационных и ухудшается локальность измерения. А при толщинах δ <0,05^.h и δ ₁<0,1^.δ погрешность измерения оказывается неприемлемой из-за возможного неконтролируемого электрического соединения пластин 7 друг с другом и с потоком газа.

Использование: диагностика электрического разряда в МГД-канале генератора, ускорителя. Сущность изобретения: определение распределения электрического тока в пристеночных областях электродных стенок МГД-канала при измерении тока между электропроводными пластинами, размещенными в межэлектродных изоляторах. Пластины установлены попарно по длине каждой электродной стенки заподлицо к огневой поверхности, изолированы друг от друга и от элементов конструкции канала. Каждая пара пластин соединена между собой через измерительный шунт с внешней стороны МГД-канала. Толщина пластин δ = (0,05÷0,1)h, где h высота канала, а расстояние между пластинами в каждой паре δ₁= (0,1÷0,5)δ. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ исследования электрического разряда в МГД-канале фарадеевского типа, заключающийся в измерении тока и напряжения в цепях электропитания электродов, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности исследования разряда при воспроизведении электрогазодинамических параметров потока газа в МГД-канале, идентичных эксплуатационным, за счет определения распределения электрического тока в пристеночных областях электродных стенок МГД-канала, дополнительно измеряют ток между электропроводными пластинами, размещенными попарно вдоль канала в межэлектродных изоляторах заподлицо к огневой поверхности и электроизолированными друг от друга и от элементов конструкции канала, и определяют по измеренным значениям величину продольного электрического тока в пристеночной области МГД-канала. 2. Устройство для исследования электрического разряда в МГД-канале фарадеевского типа, отличающееся тем, что, с целью повышения информативности исследования разряда при воспроизведении электрогазодинамических параметров потока газа в МГД-канале, идентичных эксплуатационным, за счет определения распределения электрического тока в пристеночных областях электродных стенок МГД-канала, в межэлектродных изоляторах электродных стенок по длине вдоль канала заподлицо к огневой поверхности размещена по крайней мере одна пара электропроводных пластин, электроизолированных друг от друга и от других элементов стенки, а с внешней стороны МГД-канала пластины каждой пары электрически соединены между собой через измерительный шунт. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что толщина δ пластин вдоль канала выбрана равной d=(0,05-0,1)h, где h высота канала, а расстояние между пластинами в каждой паре δ₁=(0,1-0,5)δ.