Устройство для моделирования разряда молнии Советский патент 1989 года по МПК G09B23/18 

Изобретение относится к учебным моделям и может быть использовано в различных устройствах для демонстрации явлений, протекающих в канапе 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 ими тации 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 коммутирующего элемента 4. Блок 3 имитации Канала молнии выполнен в виде ряда Последовательно соединенных звеньев, Каждое из которых моделирует отрезок Канала молнии длиной, например, 50м. Если учесть, что средняя длина молнии при разряде облако-- земля составляет 3 км, то БИКМ должен состоять

Из 60 последовательно соединенных звеньев.

На фиг«1 условно показано только

5ри звена БИКМ: ближайшее к облаку, дно из промежуточных и ближайшее к емле. Каждое звено состоит из по- йледовательно соединенных резисторов 10 и 11, дополнительного резистора }2, индуктивности 13, диода 14, включенного параллельно резистору 10, Дикости 15t включенной между выходом Звена и корпусом устройства, электронного ключа 16, подключенного парал- лельно дополнительному резистору 12, и порогового элемента 17, включенного между выходом звена и управляющим $ходом электронного ключа 16

Резистор 11 может иметь сопротивление порядка 50 Ом, резистор 10 - Ј,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- йии работает следующим образом.

В исходном состоянии после включения напряжения источника 1 питания варядный коммутирующий элемент 2 зам Кнут, а разрядный коммутирующий элемент 4 разомкнут. Происходит последовательный заряд емкостей 15 в БИКМ 3 сначала первого звена, потом второго

Й Т. До

Пока напряжение на конденсаторе 1

Q о

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 ч земле. Диоды 14 практически не влияют на процесс моделирования ступенчатого лидера, так как их проводимость невелика из-за малой величины приложенного напряжения.

После заряда всех конденсаторов 15 5 в БИКМ 3 моделируется следующая стадия разряда молнии на земле - главно- канальная стадия разряда Она связана с нейтрализацией канала лидера, тОе0 с разрядом конденсаторов 15 всех звеньев БИКМ на землю. Процессы протекающие при этом в БИКМ, 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 80 Сигнал с выхода триггера 8 непосредственно воздействует на второй вход зарядного коммутирующего элемента 2 и закрывает его„ 3§ряд БИКМ 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 БИКМ 3 и на сопротивлении нагрузки 5 можно наблюдать моделируемый импульс в основании канала молнии

После того как напряжение на выходе первого эвена БИКМ 3 упадет до по

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.

мало, его зарядка происходит доволь- рогового уровня, произойдет срабатыва- но медленно, через последовательно ние порогового элемента 6, который включенные индуктивности 13 и резисторы 10-12, причем величина сопротивпосле срабатывания перебросит в другое устойчивое состояние триггер 8, Сигналы с выходов триггера 8 откроют суммарного сопротивления резисторов зарядный коммутирующий элемент 2 и 10 и 11. Когда напряжение на конденса- закроют разрядный коммутирующий элепения резистора 12 намного больше

торе 15 достигает заданного значения, срабатывает пороговый элемент 17, который подает сигнал на открытие электронного ключа 16« Открывшись, электронный ключ 16 шунтирует резистор 12. Ток заряда конденсатора 35 возрастает на один - два порядка, напряжение на выходе звена быстро

мент 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 0,1-0,5 скорости света), диоды 14 при этом

играют существенную роль, так как за счет значительного падения напряжения на резисторах 10 они открываются и увеличивают проводимость канала молнии на период протекания главноканаль- ной стадии.

t В изобретении, как и в реальных

вательно соединенных первого и второго резисторов и индуктивности, второй вывод которой является выходом

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 условиях, главноканальной стадии раз- JQ последовательно соединенные звенья, ряда молнии предшествует стадия сту- каждое из которых состоит из последо- пенчатого лидера, характеризующаяся скачкообразными возрастаниями тока в канале при прорастании каждой последующей ступени. Это усиливает демонстра-15 звена, диода, включенного параллель - ционный эффект и способствует более но первому резистору, и конденсатора, четкому пониманию процессов, характе- включенного между выходом звена и кор- ризующих такое крупномасштабное давле- пусом устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения , 20 демонстрационных возможностей за счет моделирования процессов ступенчатого лидера, каждое звено блока имитации канала молнии содержит дополнительный пороговый элемент, электронный ключ и 25 третий резистор, один вывод которого является входом звена, а второй вывод соединен последовательно с первым резистором, при этом параллельно тре-1 тьему резистору включен электронный

ние, как разряд линейной молнии на землю.

Формула изобретения

Устройство для моделирования разряда молнии, содержащее источник питания, через зарядный коммутирующий элемент подсоединенный к управляющему входу блока имитации канала молнии,

импульсный выход которого через разрядный коммутирующий элемент связан30 ключ, управляющий вход которого через с сопротивлением нагрузки, а управляю-дополнительный пороговый элемент свя- щие выходы чер ез соответствующие по-зан с выходом звена.

вательно соединенных первого и второго резисторов и индуктивности, второй вывод которой является выходом

роговые элементы подсоединены к входа 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 последо- звена, диода, включенного параллель - но первому резистору, и конденсатора, включенного между выходом звена и кор- пусом устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения , демонстрационных возможностей 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-1 тьему резистору включен электронный

1

Фиг.1

Вход

з5ена

фиг. 2