[發明專利]一種帶電云團生成裝置及其生成方法

在審

• 申請號: 201910011694.1
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109782140A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 邱實;李云;石立華
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍陸軍工程大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12;G01R29/08;G01R1/28
• 代理公司: 江蘇銀創律師事務所 32242
• 代理人: 丁圣雨

本發明公開了一種帶電云團生成裝置及其生成方法，包括蒸汽發生器、蒸汽電荷混合裝置、接地金屬板、直流高壓源、電暈放電電極；蒸汽發生器產生高溫高壓的水蒸汽，水蒸汽通過連接管道注入到蒸汽電荷混合裝置中，將電暈放電產生的空間電荷攜帶升空，形成帶電云團。本發明可用于雷暴環境和雷電放電的實驗室模擬和研究。

技術領域

本發明涉及一種模擬雷暴環境與雷電放電的實驗室模擬裝置，特別涉及帶電云團生成裝置及其生成方法。

背景技術

雷電是發生在大氣中的一種瞬態大電流、高電壓和強電磁輻射的天氣現象。這種特征也是導致雷電成為一種危害性極大的自然災害的直接因素，雷電對航天、航空、通訊、電力、建筑等關系國防和國民經濟的多個部門有著重大的影響，對人類的生產生活構成嚴重危害。由于自然雷電的發生是隨機的，其發生時間和地點不可預測，導致雷電放電物理過程的觀測和研究困難。

實驗室的模擬為雷電物理研究與防護設計提供了一條可行的途徑。實驗室模擬雷電的難點在于難以形成類似自然界的雷暴云。長期以來，人們嘗試利用長間隙放電試驗模擬雷電放電。通過在棒-板或棒-棒金屬電極間施加高壓操作波，可在棒的尖端產生電擊穿，而后以持續先導貫通電極完成電弧放電。由于長間隙放電試驗可控，便于集中各種觀測手段聯合觀測，因而逐漸成為研究先導擊穿機制的一個重要手段，同時也為直擊雷防護的效果驗證提供了實驗室依據。長間隙放電試驗模擬雷電放電的實質是利用高壓金屬電極代替雷暴云。然而，在自然界中并不存在這樣一個導電的高壓金屬電極以產生尖端擊穿并持續地向通道注入電荷。雷電起始階段先導的始發和傳播都發生在雷暴云內，云體本身并不是電的良導體，那么雷電先導是如何在云體內始發的，帶電水成物的存在對先導的傳播、雷擊點的附著有何影響，這些問題至今仍是未解之謎。因此迫切需要能夠生成帶電云團的裝置，從而真實地模擬在帶電水成物作用下的放電規律。此外，在實驗室產生類似雷暴云環境的云團，對于雷電防護設計和效果評估同樣具有潛在的應用價值。在實驗室荷電云團環境下，一方面能夠更真實地檢驗各類避雷針等防雷裝置的工作機理和接閃效果；另一方面，該環境可用于評估穿云飛行器、地面建筑等的雷擊附著過程，為防雷設計提供試驗條件。

發明內容

針對上述現有技術的不足之處，本發明解決的問題為：提供一種可用于雷暴環境和雷電放電的實驗室模擬和研究，也可為穿云飛行器、地面建筑等的雷電防護設計和試驗驗證提供模擬環境的帶電云團生成裝置及其生成方法。

為解決上述問題，本發明采取的技術方案如下：

一種帶電云團生成裝置，包括蒸汽發生器、蒸汽電荷混合裝置、接地金屬板、直流高壓源、電暈放電電極；所述的蒸汽發生器連通安裝于蒸汽電荷混合裝置的下端；所述的蒸汽發生器和蒸汽電荷混合裝置之間設有啟閉控制閥；所述的蒸汽電荷混合裝置內部設有混合空腔，蒸汽電荷混合裝置上端開口；所述的蒸汽電荷混合裝置的上端兩側安裝接地金屬板；所述的電暈放電電極安裝在蒸汽電荷混合裝置的混合空腔內；所述的直流高壓源安裝在蒸汽電荷混合裝置外側；所述的電暈放電電極通過高壓電纜連接直流高壓源。

進一步，所述的電暈放電電極通過絕緣緊固裝置安裝在蒸汽電荷混合裝置的混合空腔內。

進一步，還包括一個接地金屬電極；所述的接地金屬電極上串聯有采樣電阻。

一種帶電云團的生成方法，步驟如下：

S1、開啟蒸汽發生器的電源，設定蒸汽溫度以及壓強，然后蒸汽發生器進入等待狀態；S2、開啟直流高壓源，在電暈放電電極上加載直流高電壓，緩慢升高電壓，使得電暈放電電極與接地金屬板之間產生電暈放電，電暈放電電流可通過監測直流高壓源上安裝的電流表讀出；

S3、打開蒸汽發生器和蒸汽電荷混合裝置之間的啟閉控制閥，使蒸汽發生器中產生的高溫高壓水蒸氣噴射通過蒸汽電荷混合裝置；水蒸氣攜帶電暈放電電極產生的空間電荷升空，水蒸氣在上升過程中遇冷凝結懸浮在空中，形成帶電云團；