Таблица 1.6. Базовые грозовые хяра

Общие характеристики Потенциал 1розоветю облака. В

ЭквиБйлсптный радиус отрицателького объемного заряда грозового облака, км

Высота распачожения над поверхностью земли центра скогления отрнцате-чьнык зарядов, км Общая продатжите.чьноеть молнии, с облако-земля

внутриоблачной (облако-облако) Длина канала молнии, км облако-чемля

виутрноб.1ачной {об,ча ко-облако) Число единичных разрядов молнии облако-земля внугрноблачной

Эквквэлент во.1нового сопротивления капала молнии. Ом

объек

взрыв

Амплитуда тша молнии, кА

первого разряда

последую)цих разрядов Скорость нарастапня тока mo-ihhh, k.Vmkc Длительность импульса тока молнии io полуспада, мкс

первого разряда

последующих разрядов Заряд, переносимый молнией \ i!,y(t)d(, Кл Интеграл действия тока молнии J iK[i)dt, А-с

первого разряда

шследующнх разрядов

Среднее число oopaweniiS молиней самолетов за год нор- ативноВ эксплуаташи

Вероятность 1ГОЯВЛСННЯ характеристик. %

объе

обору-

Амг.иАтупа тока молнии, к А

гервого разряда

последующих разрядов Скорость нарастания тока молнии. иА/мкс Длительность фронта импульса тока молнии, мкс

первого разряда

последующих разрядов

Длительность импульсов тока молнии до голуспада. mi

Заряд. псригоснмыВ молнпсй ( Uil)dt. Кл

Интеграл действия токв молнии [ h,(t)dl. А-с

Число разрядов молнии, врикодящееся на 1 км° ловсрхн)

сгл земли. отн .-снное к одному грозовому дню

Число грозовых часов в году, ч/год

Вероятность появления характеристик, %

в ts6T.. 1.6 приведены характеристик!;, i РЭС к грозовым воздействиям.

е ори расчете стойкости

Грозовая элекгро

Поскольку грозовые процессы сопровождаются концентрацией и перемещением в пространстве н изменением во времени значительных электрических зарядов, разряд молннн является источником сильного элентронагяитяого поля.

Совокуп{юеть этих электромагнитных полей в рассматриваемой области опре деляег грозовЮ электромагнитную обстановку (ГЭМО).

Формирование грозовой ЭМО зависит: от вида грозового разряда, амплитуд но-вре.чениых характеристик тока молнии, расстояния до места разрнда, линейных размеров канала молнии.

К настоящем! времени разработаны и применяются три основных способа списания электромагнитной обстановки: аяектродйишмический, энергетический н вероятнсстныН. Наиболее широко распространен электродинамической подход, при котором электромагнитные поля, формирующие грозовую ЭМО, описываются с сомошыо иекторкого А и скалярного ф запаздывающих влеитродина-мипеских потенцпалов:

д,. I- f 4t-rlc)

-dV;

(1.8)

Б этих равенствах интегрирование ведется по объему V. заполненному за-pfMu с объемной п.ютиостью д и плотностью тока б.

По известным эдектродпиамическим потенциалам определяются векторы напряженности электрического поля и магнитной индукции

E = -grad<f-aA/d/, В = rot А. (1-9)

Грозовая ЭМО начинает формироваться задолго до разряда молнии, еще на стадии разделения электрических зарядов и образования грозовых облаков. В этой связи грозовую ЭМО принято разделять на элеитростатическчо и электрод igoaii нческую.

Электростатическая ГЭМО характеризуйся относительно медленным изменением во времени параметров электромагнитных (в основном электрических! пилсй Электродинамической ГЭМО, напротив, свойственны быстрые изменения во Времени ее характеристик.

Электростатическая грозовая ЭМО. Электростатическая ЭМО соответствует предризрядному периоду молнии (формирование грозового облака); незавершенному грозовому разряду, когда мслния не имеет главной ствдип, а завершается на лидерной; либо обуслоалена разрядами внутри облака, между облаками или между облаком и воздухом.

ЭМО предгрозового периода. Напряженность эиектрического поли на расстоянии г от отрицательного точечного заряда в воздухе (рис 1.10)

чечного заряда, K.i,

It вектор, напраалсняый с

заряда вдоль г; Q~iu

(1.10)

Рис. 1 10. К расчету нагряжениости э.тектрнческого поля отрицательного точечного заряда Q, расположенного над проводяшьй плоскостью

/2 Luff

Рис. 1-11. Распределение напряженности электрического пазя у поверхности земли От грозового облака сыешаикси полярности:

I -р=+В4 Кл км), N--20 Кл (hn-

-3 км). p=*i Кл №,-1.5 кн): 2-Р=--МО Кл (Йр-Ю вн), . /-10 Кл (hfj-SKHl. Р-+10 Кл (hp-.2 км)

Напряженность электрического поля от грозовою облака полярностью (см. рис. 1.1) с учетом влияния яемлн:

смешанной

(1.11)

где р. N, Р - эквивалентные точечные заряды областей грозового облакв. Кл: ftp. hi к hp - высоты расположении над позерхностью земли этих зарядов, м.

Не рис 1.11 приведены изменения с ряссгояннем напряженностя электрического поля, создаваемого грозовым облалом.

ЭМО лидерной Стадии. Напряженность электрического поля, создаваемая каналом отрицательного лидера с плотностью заряда - р па еди1шцу д.тины (рис 1.12) с ун-том илняичя смлн:

C=ft

27ГВ, [(/= + .:2jl2 (/ + A2jl!

(1.12)

Если

1 заряд .чидсра пОКгжпте.ьныЕ?, то в соответстанн с вибрянмой системой координат ноле у поверхности земли будет отрицатели[ое, что приводит к изменению в правой чести вырежения (1.12) знака на противоположный

Процесс зарождения и развития андера сопровождается уменьшением заряда в объеме источника. Изменение напряженности сбщегс электрического поля у поверхности земли, обусловленное распространением отрикательного лидера к 5емле н уменьшением заряда [юточника, находящегося на высоте h от поверхности зел]лн, запишетсв:

77777777777Х7777777777/777Ш7,

7777777777777777777777 ,

Рис. 1.12. К расчету напряженности электрического поля от канала отрицательного лидера с зарядом -р на единицу длины, расположенного над проводящей плоскостью

ПЛ0СН0С/П1-

/г-L h

(1.13)

При распространении положительного лидера вверх от положительного объемного заряда, находящегося на высоте h от поверхности земли, изменение напряженности электрического поля равно

, (1 + 2 2)12 (I 1-;2 2)1/2

С-Л h

/ / (1-1-/г7-2 .

(1.14)

На рис. 1.13 приведены графики изменения напряженности электрического поля, вызванного движущимися лидерами вверх и вниз от центров объемных зарядов. Знаки ± перед Д£ находятся в соответствии с полярностью зарядов в канале лидера.

0,08 О

-0,06 -ОД

DJ6 OJZ

0,08 0,0It 0

-0,0

0 0,2 D,if 0,6 0,8 С/h

-0,08

1,0 f,i f,8 2,2 2,6C/h

Рис. 1.13. Изменение напряженности электрического поля, вызванное движущимся вниз (а) и вверх (б) лидером из центра заряда, находящегося на высоте h

от поверхности земли

Для нисходящего со скоростью лидера переменная составляющая напряженности электрического поля у поверхности земли определяется выражением:

Д£(/) =

Для первичного (ступенчатого) лидера со средними параметрами р = = 10- Кл/м; Я=4 км и f =3-10 м/с величина Д£ у поверхности земли непосредственно под лидером (=0) примерно за 12 мс изменяется от О до 180 кВ/м, в течение которых головка лидера опускается до 100 м над поверхностью земли. Таким образом, средняя скорость изменения электрического поля в лидерной стадии Ихмсет порядок 10 кВ/м-с.

Типовые изменения напряженности электрического поля во времени для лидерной стадии ближних грозовых разрядов облако - земля отрицательной полярности в зависимости от расстояния приведены в табл. 1.7.

Таблица 1.7. Электростатическое иоле лидерной стадии отрицательного

грозового разряда облако-земля

Расстояние I, км

Временное изменение

Продо.чжительность, мс

Минимальная

Средняя

Максимальная

В = 2

1 = 0

Z.-4

B-i-/+L=30

Б=10

/=400

1=30

Примечание. В - пробой; / - промежуточный процесс; L - лидер; R возвратный удар.

ЭМО облачных разрядов. Изменение электрического поля облачных разрядов соответствует трем их различным видам. В качестве моделей этих разрядов берутся вертикально ориентированный положительный диполь (положительный точечный заряд над отрицательным), вертикально ориентированный от-