RU2045123C1

RU2045123C1 - Method of study of electric discharge in mhd channel of faraday type and device for its implementation

Info

Publication number: RU2045123C1
Authority: RU
Inventors: А.П. Лабазкин; Г.И. Щербаков
Original assignee: Центральный аэрогидродинамический институт им.проф.Н.Е.Жуковского
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1995-09-27

Abstract

FIELD: diagnostics of electric discharge. SUBSTANCE: distribution of electric current in wall regions of electrode walls of MHD channel while measuring current between conductive plates positioned in interelectrode insulators is determined. Plates are mounted in pairs along length of each electrode wall flush with fire surface, are insulated from each other and from elements of channel structure. Each pair of plates is interconnected through instrument shunt on outer side of MHD channel. Thickness of plates is found by expression δ = (0,05÷0,1)h, where h is height of channel and distance between plates in each pair is δ₁= (0,1÷0,5)δ. EFFECT: enhanced authenticity of study. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике, в частности к установкам, где электромагнитная энергия преобразуется в кинетическую энергию потока газа и наоборот. The invention relates to experimental aerodynamics, in particular to installations where electromagnetic energy is converted into kinetic energy of a gas stream and vice versa.

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. A known method and device for studying an electric discharge in plasma accelerators with crossed fields (Faraday type) operating at low pressures and relatively high Hall parameters [1] The device is a Faraday type MHD accelerator of a conventional design with one pair of electrodes. Each electrode is divided into 9 sections isolated from each other. In the insulating walls (B-walls), tungsten zones are flush with the firing surface. The device provides a measurement of the current in the power supply circuit of the electrodes, its distribution over their individual sections, and therefore over the firing surface of the electrodes, as well as the potential difference between the electrodes and the potential distribution along the B-wall, used to calculate other electro-gas-dynamic parameters.

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. The disadvantage of this method and device is that the information obtained about the discharge is incomplete, in particular, the determination of the magnitude and distribution of current in the near-wall region of the electrode walls, especially in the area of interelectrode insulators, is not provided.

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.Closest to the invention is a method for studying an electric discharge in a Faraday MHD channel, based on measuring the current I _y in the supply circuits and the voltage U _y between the respective electrodes during the discharge across the channel and individual discharge parameters between the adjacent electrodes of each wall [2]
The known method is implemented in a device for the study of electric discharge, representing the Faraday MHD channel containing two opposite electrode walls and two side insulating walls [2] In the circuit of the corresponding pair of electrodes (cathode and anode), the current I _y and voltage U _y between the electrodes are measured. On each electrode wall between two adjacent electrodes (along the flow), both the constant and frequency components of the voltage U _x are recorded. From these measurements, the nature of the discharge in the near-wall region of the electrode wall and the dependence of the constant component U _x on I _{y are} determined ^. B, where B is the magnitude of the magnetic induction.

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. The disadvantage of this method and device is that information about the current in the parietal region of the electrode wall can be obtained only indirectly using additional information about the electro-gas-dynamic parameters and model of the phenomenon. Due to the fact that under the conditions under consideration there is a rather complicated interdependence between various parameters, the current information may turn out to be unreliable.

Целью изобретения является повышение информативности исследования электрического разряда при воспроизведении электрогазодинамических параметров потока газа в МГД-канале, индентичных эксплуатационным. The aim of the invention is to increase the information content of the study of electric discharge when reproducing the electro-gas-dynamic parameters of the gas flow in the MHD channel, identical to the operational ones.

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. The goal is achieved by the fact that in a method for studying an electric discharge in a Faraday type MHD channel, the current is measured between conductive plates placed in pairs along the length of each electrode wall in interelectrode insulators flush with the firing surface and isolated from each other and from the channel construction elements.

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. The goal is also achieved by the fact that in the device for studying an electric discharge in the Faraday type MHD channel, which includes two opposite sectioned electrode walls with interelectrode insulators and two electrical insulating walls, at least one pair is flush with the fire surface in the interelectrode insulators of the electrode wall conductive plates isolated from each other and from other wall elements, and from the outside of the MHD channel of the plate in each pair are electrically connected between through the measuring shunt.

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.The thickness δ of the plates along the channel can be chosen equal to δ (0.05-0.1) h, where h is the height of the MHD channel, and the distance between the plates in each pair is δ ₁ = (0.1-0.5) δ
Figure 1 presents a diagram of the proposed device; in Fig.2 node I in Fig.1; figure 3 is a cross section of the MHD channel.

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. The device represents a Faraday type MHD channel, including two opposite sectioned electrode walls 1 (cathode and anode), two side electrical insulating walls 2 and a magnetic system 3. Electrode walls contain electrodes 4 and interelectrode insulators 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.Each corresponding pair of electrodes (anode and cathode), depending on the operation mode of the MHD channel (accelerator or generator), is connected to its independent power supply or to an individual load, respectively, providing the ability to control the current value. In each power supply circuit, a measurement of the current value I _y and voltage U _{y is} provided.

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.Along the length of each electrode wall, one or more pairs of 6 electrically conductive plates electrically isolated from the structural elements of the MHD channel are additionally placed flush to the firing surface. An insulating layer 8 is located between the electrode plates 7. The thickness of each plate 7 along the stream is δ (0.05-0.1) h, where h is the channel height, and the distance between the plates in each pair is δ ₁ = (0.1-0, 5) δ. On the outside of the MHD channel, the plates 7 in each pair are electrically connected through a shunt 9, which provides a measure of the current between them.

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.It is known from theory that when an electric current flows in the presence of a magnetic field perpendicular to it

in the gas there is a Hall EMF. This leads to a significant heterogeneity of the current distribution in the interelectrode gap of the MHD channel. In particular, in the near-electrode regions, an electric discharge is drawn along the electrode walls and, interacting with the applied magnetic field, is pressed against the wall surface. Gas flow enhances this effect. The introduction of an additional operation of measuring current in the near-wall regions of the electrode walls significantly increases information on the conditions for the existence of a discharge in the MHD channel.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

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.When an electrically conductive gas enters the MHD channel in the presence of a magnetic field perpendicular to the side insulating walls 2, depending on the operating mode (accelerator or generator), power is supplied to the channel electrodes or the voltage is removed from the load, respectively. In this case, the current I _y and the voltage U _y in the circuits of each pair of powered electrodes are measured. At the same time, a current is measured in the circuit of each pair 6 of electrically conductive plates 7 located along the length of the electrode walls. The values of the measured currents correspond to the current values I _x in the parietal layer of the electrode walls. The device provides the ability to conduct studies of the electro-gas-dynamic characteristics of the gas flow in a wide range of changes in the geometric parameters of the channel (cross-sectional area, sectioning parameter, etc.), magnitudes and distribution of currents in the power supply circuits of electrodes, magnetic induction V, etc.

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.In the proposed device, the geometric relationships are important for the elements of pairs 6. When the thickness of the conductive plates δ> 0.1h and the distances between them in each pair δ ₁ > 0.5 ^. δ, the measurement error increases due to deviation of the conditions for the existence of the discharge from the operational ones and the measurement locality worsens. And with thicknesses δ <0.05 ^. h and δ ₁ <0.1 ^. δ the measurement error is unacceptable due to the possible uncontrolled electrical connection of the plates 7 with each other and with the gas flow.

Claims

1. A method for studying an electric discharge in a MHD channel of the Faraday type, which consists in measuring the current and voltage in the power supply circuits of the electrodes, characterized in that, in order to increase the information content of the study of the discharge when reproducing the electro-gas-dynamic parameters of the gas flow in the MHD channel, identical to the operational ones, for by determining the distribution of electric current in the wall regions of the electrode walls of the MHD channel, the current between the conductive plates placed in the butt is additionally measured along the channel in the interelectrode insulators flush to the firing surface and electrically insulated from each other and from the structural elements of the channel, and the longitudinal electric current in the wall region of the MHD channel is determined from the measured values.

2. A device for studying an electric discharge in a MHD channel of the Faraday type, characterized in that, in order to increase the information content of the study of the discharge when reproducing the electro-gasdynamic parameters of the gas flow in the MHD channel, which are identical to the operational ones, by determining the distribution of electric current in the wall regions of the electrode walls MHD channel, in the interelectrode insulators of the electrode walls along the length along the channel flush to the firing surface at least one pair of conductive x plates electrically insulated from each other and from other wall elements and on the outer side of the MHD channel plates of each pair are electrically connected together through the measuring shunt.

3. The device according to claim 2, characterized in that the thickness δ of the plates along the channel is chosen equal to d = (0.05-0.1) h, where h is the height of the channel, and the distance between the plates in each pair is δ ₁ = (0, 1-0.5) δ.