Высоковольтный стенд молниевого разряда и способ испытаний на воздействие молний Российский патент 2025 года по МПК H03K3/53 

Область техники

Изобретения относятся к испытательной технике и могут быть использованы при оценке воздействий молний на летательные аппараты, в частности на ракеты-носители и космические аппараты.

Уровень техники

Аналогами высоковольтного стенда молниевого разряда и способа испытаний на воздействие молний можно считать патент РФ на полезную модель №188893 «Установка для испытаний проводящих композитных материалов на молниестойкость» по МПК G01R 31/14 оп. 29.04.2019 г., в котором раскрыты устройство для создания молниевого разряда и способ испытаний на воздействие молний. Установка содержит зарядный блок, высоковольтные генераторы импульсов тока, конденсаторы, резисторы, коммутаторы-разрядники, электроды, шины. Способ содержит зарядку конденсаторов, включение на разряд первого конденсатора с коротким по времени воздействием на испытуемый объект, а затем включение на разряд второго конденсатора с увеличенным по времени воздействием на испытуемый объект.

Недостатком упомянутой установки и способа является недостаточная точность моделирования заданного токового импульса молниевого разряда.

Наиболее близкими аналогами к высоковольтному стенду молниевого разряда и способу испытаний на воздействие молний можно считать мощный высоковольтный сильноточный генератор тока искусственной молнии и способ испытаний на воздействие молний, опубликованный в «Баранов М.И., Буряковский С.Г., Рудаков С.В. Инструментальное обеспечение в Украине натурных испытаний объектов энергетики, авиационной и ракетно-космической техники на стойкость к воздействию импульсного тока искусственной молнии. - ISSN 2074-272X. Електротехнiка i Електромеханiка. 2018, №4, с.45-53.», который, соответственно, содержит высоковольтные генераторы импульсов тока, конденсаторы, резисторы, коммутаторы-разрядники, пульт управления, электроды, шины, и, соответственно, способ в котором заряжают конденсаторы, включают первым коммутатором на разряд первые три высоковольтных генератора импульсов тока с коротким по времени воздействием на испытуемый объект, а затем включают вторым коммутатором на разряд четвертый высоковольтный генератор импульсов тока с увеличенным по времени воздействием на испытуемый объект.

Недостатком наиболее близких аналогов, упомянутых стенда и способа является недостаточная точность моделирования заданного токового импульса молниевого разряда.

Раскрытие изобретений

Для летательных аппаратов (в том числе космических аппаратов, ракет-носителей) в «КТ-160D. Квалификационные требования РФ. Условия эксплуатации и окружающей среды для бортового авиационного оборудования. Требования, нормы и методы испытаний. - М. Госстандарт РФ, 2004.» определены требования к параметрам высоковольтных молниевых разрядов: компонент A, B, C и D по значению тока во времени. Для испытаний с точным моделированием молниевого разряда актуальна точность воспроизведения на стенде параметров упомянутых компонент A, B, C и D.

Задача изобретений - совершенствование стенда и способа испытаний на токовый импульс молниевого разряда.

Технический результат - повышение точности моделирования токового импульса молниевого разряда.

Создание токового импульса молниевого разряда с воспроизведением на стенде параметров упомянутых компонент A, B, C и D с высокой точностью рационально реализовать элементами стенда, точно последовательно воспроизводящих разряды с параметров упомянутых компонент A, B, C и D на основе индуктивно-емкостных накопителей энергии. Компонент А имеет пиковую амплитуду 200 кА ±10 % и фазовый интеграл (действия) 2⋅10⁶ A² ± 20 % при общей продолжительности не более 500 мкс. Этот компонент может быть однонаправленным или в виде колебаний. Время нарастания (согласующееся с компонентом D) от 10 до 90 % пикового тока должно быть менее 50 мкс. Компонент В имеет среднюю амплитуду 2 кА ± 20 % и перенос заряда 10 Кл ± 10 % на протяжении 5 мс ± 10 %. Форма импульса должна быть однонаправленной и может иметь спад под прямым углом, экспоненциальную или линейную форму спада. Компонент С переносит заряд в 200 Кл ± 20 % за период от 0,25 до 1,0 с. Форма импульса однонаправленная, может иметь спад под прямым углом, уменьшаться экспоненциально или линейно, и ее амплитуда составляет от 200 до 800 А. Компонент D имеет пиковую амплитуду 100 кА ± 10 % и интеграл действия 0,25⋅10⁶ A² ± 20 %. Эта составляющая может быть либо однонаправленной, либо колебательной с общим временем действия не более 500 мкс. Время нарастания от 10 % пикового тока до 90 % от значения пикового тока должно быть менее 25 мкс.

Технический результат достигается тем, что высоковольтный стенд молниевого разряда, включающий высоковольтные генераторы импульсов тока конденсаторы резисторы, коммутаторы-разрядники блок управления, электроды шины, содержит также зарядные устройство с трансформаторами, высоковольтными вентилями и защитными резисторами, высоковольтные выводы зарядных устройств подключены через два замыкаемых контакта ключей на высоковольтные входы емкостных накопителей энергии на конденсаторах формирующих, а низковольтные части зарядных устройств подключены одновременно на общую шину и низковольтный вход конденсаторов формирующих, при этом высоковольтные входы конденсаторов формирующих подключены через формирующие резисторы к первым контактам первых коммутаторов соответственно, вторые контакты которых подключены одновременно к первым контактам вторых коммутаторов и входным контактам формирующих индуктивностей, а управляющие контакты к управляющим первыми коммутаторами выходам блока управления, при этом вторые контакты вторых коммутаторов подключены к общей шине, а управляющие контакты вторых коммутаторов к управляющими вторыми коммутаторами выходам блока управления, причем выходные контакты формирующих индуктивностей через первые формирующие резисторы подключены на входной контакт объекта испытаний, выходной контакт объекта испытаний через датчик тока подключен на общую шину и к осциллографу для регистрации динамики разряда, блок управления входным контактом подключен на выходной контакт объекта испытаний.

Технический результат достигается тем, что в способе испытаний на воздействие молний предварительно подбирают и устанавливают на высоковольтные генераторы импульсов тока конденсаторы, резисторы и индуктивности, соответствующие параметрам компонент нагрузки по значению тока во времени, а при проведении испытаний на воздействие молний заряжают конденсаторы и последовательно включают на разряд генераторы импульсов тока воздействуя на объект испытаний при замкнутых ключах и разомкнутых коммутаторах заряжают емкостные накопители энергии на формирующих конденсаторах, моделируя первый компонент, размыкают ключ первого генератора импульсов тока, командой из блока управления, замыкают первый контактор и разряжают емкостной накопитель энергии на индуктивность, затем после достижения максимума тока, командой из блока управления, замыкают второй контактор и индуктивность разряжают на нагрузку из формирующего резистора и объект испытаний, создавая необходимую длительность импульса тока, моделируя второй компонент, размыкают ключ второго генератора импульсов тока, командой из блока управления, замыкают первый контактор и разряжают емкостной накопитель энергии на индуктивность, затем после достижения максимума тока, командой из блока управления, замыкают второй контактор и индуктивность разряжают на нагрузку из формирующего резистора и объект испытаний, создавая необходимую длительность импульса тока, моделируя третий компонент, размыкают ключ третьего генератора импульсов тока, командой из блока управления, замыкают первый контактор и разряжают емкостной накопитель энергии на индуктивность, затем после достижения максимума тока, командой из блока управления, замыкают второй контактор и индуктивность разряжают на нагрузку из формирующего резистора и объект испытаний, создавая необходимую длительность импульса тока, моделируя четвертый компонент, размыкают ключ четвертого генератора импульсов тока, командой из блока управления, замыкают первый контактор и разряжают емкостной накопитель энергии на индуктивность, затем после достижения максимума тока, командой из блока управления, замыкают второй контактор и индуктивность разряжают на нагрузку из формирующего резистора и объект испытаний, создавая необходимую длительность импульса тока, причем регистрируют на осциллографе непрерывно параметры всех компонент воздействия на объект испытаний.

Краткое описание чертежа

На фигуре представлена схема высоковольтного стенда молниевого разряда.

Осуществление изобретений

Высоковольтный стенд молниевого разряда, включающий высоковольтные генераторы импульсов тока 1, 2, 3, 4, конденсаторы 5, 6, 7, 8, резисторы 9-20, коммутаторы-разрядники 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, блок управления 29, электроды 30, 31, шины 32 также содержит зарядные устройства 33, 34, 35, 36 с трансформаторами, соответственно, 37, 38, 39, 40, соответственно, высоковольтными вентилями 41, 42, 43, 44 и, соответственно, защитными резисторами 9, 10, 11, 12, соответственно, высоковольтные выводы зарядных устройств 33, 34, 35, 36 подключены через два замыкаемых контакта, соответственно, ключей 45, 46, 47, 48 на высоковольтный вход емкостных накопителей энергии на, соответственно, конденсаторах формирующих 5, 6, 7, 8, а низковольтные части, соответственно, зарядных устройств 33, 34, 35, 36 подключены одновременно на общую шину 32 и, соответственно, низковольтные входы конденсаторов формирующих 5, 6, 7, 8, при этом высоковольтные входы, соответственно, конденсаторов формирующих 5, 6, 7, 8 подключены через, соответственно, формирующие резисторы 13, 14, 15, 16 к, соответственно, первым контактам коммутаторов 21, 23, 25, 27, вторые контакты которых подключены одновременно к первым контактам, соответственно, коммутаторов 22, 24, 26, 28 и входным контактам, соответственно, формирующих индуктивностей 49, 50, 51, 52, а управляющие контакты к управляющим, соответственно, первыми коммутаторами 21, 23, 25, 27 выходам блока управления 29, при этом вторые контакты, соответственно, коммутаторов 22, 24, 26, 28 подключены к общей шине 32, а управляющие контакты, соответственно, вторых коммутаторов 22, 24, 26, 28, к управляющим, соответственно, вторыми коммутаторами 22, 24, 26, 28, выходам блока управления 29, причем выходные контакты, соответственно, формирующих индуктивностей 49, 50, 51, 52, через, соответственно, формирующие резисторы 17, 18, 19, 20, подключены на входной контакт объекта испытаний 53, выходной контакт объекта испытаний 53 через датчик тока 54 подключен на общую шину 32 и к осциллографу 55 для регистрации динамики разряда, блок управления 29 входным контактом подключен на выходной контакт объекта испытаний 53.

Способ испытаний на воздействие молний, в котором предварительно подбирают и устанавливают на высоковольтные генераторы импульсов тока 1, 2, 3, 4, соответствующие параметрам компонент нагрузки по значению тока во времени конденсаторы 5, 6, 7, 8, резисторы 9-20, и индуктивности 49, 50, 51, 52, при проведении испытаний на воздействие молний заряжают конденсаторы 5, 6, 7, 8 и последовательно включают на разряд генераторы импульсов тока 1, 2, 3, 4, воздействуя на объект испытаний 53, при этом при замкнутых ключах 45, 46, 47, 48 и разомкнутых коммутаторах 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, заряжают емкостные накопители энергии на формирующих конденсаторах 5, 6, 7, 8, моделируя первый компонент, размыкают ключ 45 генератора импульсов тока 1, командой из блока управления 29, замыкают контактор 21 и разряжают емкостной накопитель энергии на индуктивность 49, затем после достижения максимума тока, командой из блока управления 29, замыкают контактор 22 и индуктивность 49 разряжают на нагрузку из формирующего резистора 17 и объекта испытаний 53, создавая необходимую длительность импульса тока, моделируя второй компонент, размыкают ключ 46 генератора импульсов тока 2, командой из блока управления 29, замыкают контактор 23 и разряжают емкостной накопитель энергии на индуктивность 50, затем после достижения максимума тока, командой из блока управления 29, замыкают контактор 24 индуктивность 50 разряжают на нагрузку из формирующего резистора 18 и объекта испытаний 53, создавая необходимую длительность импульса тока, моделируя третий компонент, размыкают ключ 47 генератора импульсов тока 3, командой из блока управления 29, замыкают контактор 25 и разряжают емкостной накопитель энергии на индуктивность 51, затем после достижения максимума тока, командой из блока управления 29, замыкают контактор 26 индуктивность 51 разряжают на нагрузку из формирующего резистора 19 и объекта испытаний 53, создавая необходимую длительность импульса тока, моделируя четвертый компонент, размыкают ключ 48 генератора импульсов тока 4, командой из блока управления 29, замыкают контактор 27 и разряжают емкостной накопитель энергии на индуктивность 52, затем после достижения максимума тока, командой из блока управления 29, замыкают контактор 28 индуктивность 52 разряжают на нагрузку из формирующего резистора 20 и объекта испытаний 53, создавая необходимую длительность импульса тока, регистрируют на осциллографе 55 непрерывно параметры всех компонент воздействия на объект испытаний 53.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при оценке воздействий молний на летательные аппараты. Технический результат - повышение точности моделирования токового импульса молниевого разряда. Высоковольтный стенд молниевого разряда включает высоковольтные генераторы импульсов тока, конденсаторы резисторы, коммутаторы-разрядники, блок управления, электроды, шины, зарядные устройства с трансформаторами, высоковольтными вентилями и защитными резисторами. Высоковольтные выводы зарядных устройств подключены через два замыкаемых контакта ключей на высоковольтные входы емкостных накопителей энергии, а низковольтные части зарядных устройств подключены на общую шину и низковольтный вход конденсаторов. Высоковольтные входы конденсаторов подключены через резисторы к первым контактам первых коммутаторов, вторые контакты которых подключены к первым контактам вторых коммутаторов и входным контактам индуктивностей, вторые контакты вторых коммутаторов подключены к общей шине. Выходные контакты индуктивностей через первые резисторы подключены на входной контакт объекта испытаний, выходной контакт объекта испытаний подключен на общую шину. Предварительно подбирают и устанавливают на высоковольтные генераторы импульсов тока конденсаторы, резисторы и индуктивности, соответствующие параметрам компонентов нагрузки по значению тока во времени, а при проведении испытаний на воздействие молний заряжают конденсаторы и последовательно включают на разряд генераторы импульсов тока, воздействуя на объект испытаний с параметрами соответствующих компонентов. При замкнутых ключах и разомкнутых коммутаторах заряжают емкостные накопители энергии. Моделируя компонент, размыкают ключ первого генератора импульсов тока, замыкают первый контактор и разряжают емкостной накопитель энергии на индуктивность, после достижения максимума тока замыкают второй контактор и индуктивность разряжают на нагрузку из резистора и объекта испытаний, создавая необходимую длительность импульса тока. Непрерывно регистрируют на осциллографе параметры всех компонентов воздействия на объект испытаний. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Высоковольтный стенд молниевого разряда, включающий высоковольтные генераторы импульсов тока, конденсаторы, резисторы, коммутаторы-разрядники, блок управления, электроды, шины, отличающийся тем, что содержит зарядные устройства с трансформаторами, высоковольтными вентилями и защитными резисторами, высоковольтные выводы зарядных устройств подключены через два замыкаемых контакта ключей на высоковольтные входы емкостных накопителей энергии на формирующих конденсаторах, а низковольтные части зарядных устройств подключены на общую шину и низковольтные входы формирующих конденсаторов, при этом высоковольтные входы формирующих конденсаторов подключены через формирующие резисторы к первым контактам первых коммутаторов соответственно, вторые контакты которых подключены к первым контактам вторых коммутаторов и входным контактам формирующих индуктивностей, а управляющие контакты к управляющим первыми коммутаторами выходам блока управления, при этом вторые контакты вторых коммутаторов подключены к общей шине, а управляющие контакты вторых коммутаторов к управляющим вторыми коммутаторами выходам блока управления, причем выходные контакты формирующих индуктивностей через первые формирующие резисторы подключены на входной контакт объекта испытаний, выходной контакт объекта испытаний через датчик тока подключен на общую шину и к осциллографу для регистрации динамики разряда, блок управления входным контактом подключен на выходной контакт объекта испытаний.

2. Способ испытаний на воздействие молний, в котором заряжают конденсаторы и последовательно включают на разряд генераторы импульсов тока, воздействуя на объект испытаний, отличающийся тем, что предварительно подбирают и устанавливают на соответствующие высоковольтные генераторы импульсов тока конденсаторы, резисторы и индуктивности, соответствующие параметрам компонентов нагрузки по значению тока во времени, а при проведении испытаний на воздействие молний при замкнутых ключах и разомкнутых коммутаторах заряжают емкостные накопители энергии на формирующих конденсаторах, моделируя первый компонент, размыкают ключ первого генератора импульсов тока, командой из блока управления, замыкают первый контактор и разряжают емкостный накопитель энергии на индуктивность, затем после достижения максимума тока индуктивность разряжают на нагрузку из формирующего резистора и объект испытаний, создавая необходимую длительность импульса тока, моделируя второй компонент, размыкают ключ второго генератора импульсов тока, командой из блока управления, замыкают первый контактор и разряжают емкостной накопитель энергии на индуктивность, затем после достижения максимума тока индуктивность разряжают на нагрузку из формирующего резистора и объект испытаний, создавая необходимую длительность импульса тока, моделируя третий компонент, размыкают ключ третьего генератора импульсов тока, командой из блока управления, замыкают первый контактор и разряжают емкостный накопитель энергии на индуктивность, затем после достижения максимума тока индуктивность разряжают на нагрузку из формирующего резистора и объект испытаний, создавая необходимую длительность импульса тока, моделируя четвертый компонент, размыкают ключ четвертого генератора импульсов тока, командой из блока управления, замыкают первый контактор и разряжают емкостный накопитель энергии на индуктивность, затем после достижения максимума тока индуктивность разряжают на нагрузку из формирующего резистора и объект испытаний, создавая необходимую длительность импульса тока, причем регистрируют на осциллографе непрерывно параметры всех компонентов воздействия на испытуемый объект.