Экспериментально-измерительный комплекс «ГРОЗА»

Экспериментальный комплекс «ГРОЗА» позволяет создавать обширные заряженные водные аэрозольные образования с плотностью заряда, обеспечивающей возникновение протяженных канальных электрических разрядов, физически моделирующих молнию, а также других форм грозовых, которые не удается физически моделировать другим способом.

Комплекс позволяет моделировать процессы поражения молнией различных объектов и исследовать эффективности различных средств молниезащиты при разрядах из облака заряженного аэрозоля:

• Определение вероятностей удара и зон защиты для наземных объектов;
• Исследование ориентации каналов разряда молнии на заземленные и изолированные (летательные аппараты) объекты;
• Исследование роли объемного заряда, созданного короной с наземных и изолированных объектов, в процессе поражения их разрядом молнии;
• Исследование влияния формы молниеотвода и объекта удара на процесс поражения молнией;
• Сопоставление и проверка расчетных и экспериментальных методик определения молниезащищенности различных объектов;
• Поиск и экспериментальная проверка возможных путей снижения вероятности поражения молнией объекта;
• Исследование условий инициирования лазерной искрой встречных разрядов с объектов в электрическом поле заряженного аэрозольного (грозового) облака;
• Разработка мер по повышению устойчивости существования сильно заряженного аэрозольного облака с потенциалами более нескольких МВ;
• Исследование восходящих разрядов, развивающихся с моделей различных наземных объектов, находящихся в электрическом поле заряженного аэрозольного облака, что имеет важной значение для обеспечения молниезащиты;
• Исследование поведения элементов микроструктуры в сильных электрических полях заряженных аэрозолей и изучение механизма инициирования разрядных явлений;
• Возможность изучения и установления связи между параметрами лидерного разряда из аэрозольного облака и последующего главного разряда (обратного удара) для проверки достоверности применяемых в настоящее время расчетных методик молниезащиты;
• Исследовать процессы ориентации каналов молнии на заземленные и изолированные объекты;
• Исследовать роль объемных зарядов, формируемых при коронном разряде с объектов;
• Проанализировать влияние формы молниеотвода или объекта удара на места поражения молнией и оценить общую степень его молниезащищенности;
• Исследования распространения электромагнитного импульса от разрядов внутри и вне облака в условиях, приближенных к естественным, для разработки методов дистанционного анализа разрядных процессов и для исследования влияния электромагнитных помех;
• Исследование условий возникновения шаровой молнии;
• Исследования явлений, которые могут возникать при взаимодействии заряженных аэрозольных облаков с летательными аппаратами различного типа;
• Исследования процессов взаимодействия заряженных аэрозолей с газоаэрозольными выбросами в воздухе для решения экологических проблем.

ЗАО объемом в несколько кубических метров формируется над заземленной металлической плоскостью. Оно имеет отрицательную полярность. Максимальный потенциал облака при рабочем режиме превышает 1,4 МВ. Область максимального потенциала заряженного облака находится на расстоянии 1,5-1,9 м от среза соплового устройства и на высоте примерно 1 м над горизонтальной заземленной плоскостью. На границе заряженного аэрозольного потока потенциал может достигать 1,0 МВ в поперечном сечении на расстоянии 1,4-1,5 м от места истечения струи. В промежутке «ЗАО – заземленная плоскость» на высотах до 0,4 м над горизонтальной заземленной плоскостью создается почти квазиоднородное электрическое поле. Его величина составляет от ~10 кВ/см у самой плоскости до 13-14 кВ/см на высоте 0,4 м над ней. Начиная с высоты 0,4 м над заземленной плоскостью, при приближении к границам ЗАО напряженность поля растет гораздо быстрее и достигает у границы заряженной аэрозольной струи высоких напряженностей поля: от 18-20 кВ/см на границе отдельных участков струи до 22-23 кВ/см на границе струи вблизи соплового экрана.

Схема экспериментального комплекса: 1 – генератор заряженного аэрозоля конденсационного типа, 2 – заземленные электростатические экраны, 3 – облако заряженного аэрозоля, 4 – стержневой электрод со сферической вершиной, 5 – искровой разряд, 6, 7 – малоиндуктивные шунты, 8 – цифровой запоминающий осциллограф TDS 3052, 9 – цифровой запоминающий осциллограф TDS 3054B, 10 – генератор запуска Г5-15, 11 – система ФЭУ – 37, 12 – цифровой фотоаппарат марки Cannon PowerShot G1, 13 – ФЭУ, 14 – электронно-оптическая камера К-011. 

Экспериментальный комплекс состоит из аэрозольной камеры объемом около 250 м³, генератора заряженного аэрозоля (1), заземленных электростатических экранов (2), стержневого электрода (4) и измерительного комплекса. Генератор заряженного аэрозоля создает искусственное заряженное облако водного аэрозоля (ЗАО) (3).

Измерительный комплекс включает в себя: программируемый многокадровый электронно-оптический регистратор К-011 (14), высокоскоростные многоканальные цифровые запоминающие многоканальные осциллографы Tektronix DPO 7254, Tektronix TDS 3054, Tektronix TDS 3052 (8,9), высокоскоростную специализированную видеокамеру для покадровой регистрации разрядных процессов Photron FASTCAM SA-5, которая имеет максимальную скорость съемки 775 000 к/с, цифровой фотоаппарат (12), систему фотоэлектронных умножителей (11). Данный измерительный комплекс позволяет производить регистрацию токовых характеристик разряда, регистрировать оптическую картину развития разряда из ЗАО, а также получать фотографии разрядов.