(57)【要約】      （修正有）【課題】航空機表面における帯電量を調節することで被雷した場合の雷電流が流れる経路を制御し、よって被雷した場合に補修に必要となる労力を低減する。【解決手段】雷電流制御装置２の着雷制御部３は、プラスに帯電する誘電体で構成される第１の帯電部４、およびマイナスに帯電する誘電体で構成される第２の帯電部５で構成される。又雷の内、正極性雷は、正イオン等が移動する雷であり、負極性雷は、電子や負イオン等が移動する雷である。第１の帯電部４は、プラスに帯電するので負極性の雷の着雷位置となる確率が高い。逆に、第２の帯電部５は、正極性の雷の着雷位置となる確率が高い。第１の帯電部４及び第２の帯電部５は、大気に露出して航空機１に設けられる。これにより、雷の極性が正負何れであっても第１、第２の帯電部４、５で構成される着雷制御部３への着雷確率を周囲の構造体よりも増加させられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体表面における表面粗さ及び帯電量の少なくとも一方を調節することによって航空機が被雷した場合において雷電流が流れる経路を制御する雷電流制御方法。
【請求項２】
航空機に設けられ、プラスに帯電することによって負極性の雷の着雷位置となる確率を上げるための第１の帯電部と、
前記航空機に設けられ、マイナスに帯電することによって正極性の雷の着雷位置となる確率を上げるための第２の帯電部と、
を備える雷電流制御装置。
【請求項３】
前記第１の帯電部及び前記第２の帯電部を突起で構成した請求項２記載の雷電流制御装置。
【請求項４】
少なくとも前記第１の帯電部をプラスに帯電させる静電発電機を更に備える請求項２又は３記載の雷電流制御装置。
【請求項５】
前記第２の帯電部は、空気との摩擦によってマイナスに帯電するように構成される請求項２乃至４のいずれか１項に記載の雷電流制御装置。
【請求項６】
前記第２の帯電部は、ポリテトラフルオロエチレン又はアクリル樹脂で構成される請求項２乃至５のいずれか１項に記載の雷電流制御装置。
【請求項７】
前記第１の帯電部は、ポリアミド系樹脂又はレーヨンで構成される請求項２乃至６のいずれか１項に記載の雷電流制御装置。
【請求項８】
それぞれ前記第１の帯電部及び前記第２の帯電部で構成される複数の着雷制御部を備え、前記航空機を構成する胴体の先端及び後端にそれぞれ前記着雷制御部を設けた請求項２乃至７のいずれか１項に記載の雷電流制御装置。
【請求項９】
それぞれ前記第１の帯電部及び前記第２の帯電部で構成される複数の着雷制御部を備え、前記航空機を構成する左右の主翼の端部にそれぞれ前記着雷制御部を設けた請求項２乃至８のいずれか１項に記載の雷電流制御装置。
【請求項１０】
前記第１の帯電部と前記第２の帯電部との間を、前記第１の帯電部と前記第２の帯電部との間における電位差を維持し、かつ前記第１の帯電部又は前記第２の帯電部への着雷によって生じる雷電流を流す電流路で接続した請求項２乃至９のいずれか１項に記載の雷電流制御装置。
【請求項１１】
前記複数の着雷制御部間において、前記第１の帯電部同士を導体で接続する一方、前記第２の帯電部同士を導体で接続した請求項８又は９記載の雷電流制御装置。
【請求項１２】
前記第１の帯電部及び前記第２の帯電部と導体で接続され、前記第１の帯電部又は前記第２の帯電部への着雷によって生じる雷電流のエネルギを熱エネルギに変換することによって前記雷電流の流れを抑止する熱変換部を更に備える請求項２乃至９のいずれか１項に記載の雷電流制御装置。
【請求項１３】
前記第１の帯電部及び前記第２の帯電部と導体で接続され、前記第１の帯電部又は前記第２の帯電部への着雷によって生じる雷電流の入口又は出口を形成する突起部を更に備える請求項２乃至９のいずれか１項に記載の雷電流制御装置。
【請求項１４】
請求項２乃至１３のいずれか１項に記載の雷電流制御装置を備えた航空機。
【請求項１５】
被雷した場合において雷電流が流れる経路が制御されるように機体表面における表面粗さ及び帯電量の少なくとも一方が調節された航空機。
【請求項１６】
少なくとも燃料タンクのケーシングを保護又は形成するパネルの部分における外表面の表面粗さを、翼端を形成する前記パネルの部分における外表面の表面粗さよりも粗くすることによって、着雷によって生じる雷電流が前記ケーシングを保護又は形成する前記パネルの部分を流れる確率を減少させた請求項１４又は１５記載の航空機。
【請求項１７】
前記翼端を形成する前記パネルの部分と、前記ケーシングを保護又は形成する前記パネルの部分との間におけるパネルの部分における外表面の表面粗さを、前記翼端を形成する前記パネルの部分における外表面の表面粗さよりも粗くすることによって、前記翼端を形成する前記パネルの部分を雷電流が流れた場合に、前記雷電流が前記ケーシングを保護又は形成する前記パネルの部分に流れ込む確率を減少させた請求項１６記載の航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、雷電流制御装置、雷電流制御方法及び航空機に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機に落雷があると雷電流が流れる。雷電流は落雷位置を入口とし、出口からは放電が起こる。雷電流は、損傷の原因となり得る。このため、航空機が被雷すると、雷電流の入口、経路及び出口が特定される。雷電流の入口と出口を含む経路が特定されると、雷電流の経路に沿った損傷の検査及び必要な補修が実施される。一方、航空機が被雷した場合に重要な部位を雷電流が流れないように雷電流の経路を形成する技術も提案されている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０５８３１１号公報
【特許文献２】特開平０６−３３３４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
航空機が被雷した場合、雷電流によって複数の部分が損傷する場合がある。このため、雷電流の経路の特定はもちろん、損傷個所の特定及び補修作業にも多くの時間と労力を要する。
【０００５】
そこで、本発明は、航空機が被雷した場合に必要となる労力を低減できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に係る雷電流制御方法は、機体表面における表面粗さ及び帯電量の少なくとも一方を調節することによって航空機が被雷した場合において雷電流が流れる経路を制御するものである。
【０００７】
また、本発明の実施形態に係る雷電流制御装置は、航空機に設けられ、プラスに帯電することによって負極性の雷の着雷位置となる確率を上げるための第１の帯電部と、前記航空機に設けられ、マイナスに帯電することによって正極性の雷の着雷位置となる確率を上げるための第２の帯電部とを備えるものである。
【０００８】
また、本発明の実施形態に係る航空機は、上述した雷電流制御装置を備えたものである。
【０００９】
また、本発明の実施形態に係る航空機は、被雷した場合において雷電流が流れる経路が制御されるように機体表面における表面粗さ及び帯電量の少なくとも一方が調節されたものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る雷電流制御装置を備えた航空機の上面図。
【図２】図１に示す航空機の胴体の正面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る雷電流制御装置を備えた航空機の上面図。
【図４】図３に示す電流路の第１の構成例を示す図。
【図５】図３に示す電流路の第２の構成例を示す図。
【図６】図３に示す電流路の第３の構成例を示す図。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る雷電流制御装置を備えた航空機の上面図。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る雷電流制御装置を備えた航空機の上面図。
【図９】本発明の第５の実施形態に係る雷電流制御装置を備えた航空機の上面図。
【図１０】本発明の第６の実施形態に係る雷電流制御装置を備えた航空機の上面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態に係る雷電流制御装置、雷電流制御方法及び航空機について添付図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
（構成及び機能）
図１は本発明の第１の実施形態に係る雷電流制御装置を備えた航空機の上面図であり、図２は図１に示す航空機の胴体の正面図である。
【００１３】
航空機１は、雷電流制御装置２を備えている。換言すれば、雷電流制御装置２は、航空機１に設けられる。図１及び図２は、航空機１が固定翼機である場合の例を示しているが回転翼機や飛行船等であっても良い。雷電流制御装置２は、航空機１が被雷した場合に生じる雷電流の入口と出口を含む経路を制御するための装置である。
【００１４】
雷電流制御装置２は、少なくとも１つの着雷制御部３で構成することができる。着雷制御部３は、着雷位置となる確率が他の部分よりも高くなるように帯電量を調節した部分である。具体的には、着雷制御部３は、第１の帯電部４及び第２の帯電部５で構成される。第１の帯電部４は、プラスに帯電させられる部分である。このため、第１の帯電部４は、プラスに帯電しやすい誘電体で構成される。逆に、第２の帯電部５は、マイナスに帯電させられる部分である。このため、第２の帯電部５は、マイナスに帯電しやすい誘電体で構成される。
【００１５】
雷は、下向きの正極性雷、下向きの負極性雷、上向きの正極性雷及び上向きの負極性雷に分類される。下向きの雷は、雷雲から地表に向かって電荷が移動する雷である。逆に、上向きの雷は地表から雷雲に向かって電荷が移動する雷である。正極性雷は、正の電荷を持つ正イオン等が移動する雷であり、負極性雷は、負の電荷を持つ電子や負イオン等が移動する雷である。雷雲から地面又は地面から雲へ向かう一般的な雷は、対地雷と呼ばれる。この他、雲放電と呼ばれる雷も存在する。雲放電は、雲内放電と雲間放電に分類される。雲内放電は、一つの雲の内部における放電であり、雲間放電は、異なる雲と雲との間における放電である。雷が持つ電荷の極性及び向きは、気象条件によって変化することが知られている。
【００１６】
第１の帯電部４は、プラスに帯電することによって負極性の雷の着雷位置となる確率を上げるための誘電体である。逆に、第２の帯電部５は、マイナスに帯電することによって正極性の雷の着雷位置となる確率を上げるための誘電体である。従って、第１の帯電部４及び第２の帯電部５は、いずれも大気に露出した状態で航空機１に設けられる。これにより、雷の極性が正極であっても負極であっても第１の帯電部４及び第２の帯電部５で構成される着雷制御部３への着雷確率を周囲の構造体への着雷確率に比べて増加させることができる。
【００１７】
但し、帯電量に関わらず、雷は鋭利な形状を有する部分に落ちやすいことが知られている。航空機１が固定翼機であれば、雷の着雷点、すなわち雷電流の入口となる確率が高いのは、胴体６の先端６Ａ、左右の主翼７Ａ、７Ｂの端部及び胴体６の後端６Ｂである。そこで、複数の着雷制御部３で雷電流制御装置２を構成し、着雷確率が高い各部に着雷制御部３を配置することができる。これにより、着雷位置が着雷制御部３となる確率を一層増加させることができる。
【００１８】
図１に示す例では、それぞれ第１の帯電部４及び第２の帯電部５で構成される４つの着雷制御部３で雷電流制御装置２が構成されており、航空機１を構成する胴体６の先端６Ａ、胴体６の後端６Ｂ及び左右の主翼７Ａ、７Ｂの端部にそれぞれ着雷制御部３が設けられている。このため、落雷位置が、いずれかの着雷制御部３となる確率が高くなっている。もちろん、尾翼等の着雷する可能性が高い他の部分に着雷制御部３を設けても良い。
【００１９】
第１の帯電部４及び第２の帯電部５についても突起で構成することが着雷点となる確率を増やす観点から好ましい。例えば、第１の帯電部４及び第２の帯電部５の形状を棒状とすることができる。これにより、複数の第１の帯電部４及び複数の第２の帯電部５のいずれかに着雷する確率を一層増加させることができる。すなわち、形状と帯電量の好適化によって、着雷点を制御することができる。
【００２０】
第１の帯電部４及び第２の帯電部５は、着雷点となる確率が高いため、高電圧の雷電流によって損傷する可能性も高い。そこで、第１の帯電部４及び第２の帯電部５を容易に交換できるようにすることが好ましい。実用的な例として、ネジ留めやチャックで加える構造によって第１の帯電部４及び第２の帯電部５を簡易に着脱できるようにすることができる。特に簡易な具体例としては、棒状の第１の帯電部４及び第２の帯電部５の端部に雄ねじを形成して雌ねじに締付ける方法が挙げられる。
【００２１】
第１の帯電部４は、静電発電機８でプラスに帯電させることができる。一方、第２の帯電部５は、静電発電機８又は空気との摩擦によってマイナスに帯電させることができる。すなわち、帯電列においてできるだけマイナスに帯電しやすい材料で第２の帯電部５を構成すれば、静電発電機８を用いなくても、第２の帯電部５が空気との摩擦によってマイナスに帯電するように構成することができる。尚、空気は摩擦によって極めてプラスに帯電しやすい物質であるため、第１の帯電部４については静電発電機８でプラスに帯電させることが現実的である。
【００２２】
従って、雷電流制御装置２には、少なくとも第１の帯電部４をプラスに帯電させる静電発電機８が備えられる。静電発電機８は、複数の着雷制御部３間で共通にしても良いし、個別に設けても良い。静電発電機８の具体例としては、ヴァンデグラフ起電機、ＳＡＭＥＳ型発電機及び電気流体力学（ＥＨＤ：ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ）発電機が挙げられる。
【００２３】
マイナスに帯電しやすい材料のうち、ポリテトラフルオロエチレン及びアクリル樹脂は航空機１用のコーティング剤や塗料等としても用いられる。そこで、第２の帯電部５を、ポリテトラフルオロエチレン又はアクリル樹脂で構成すれば、使用実績がある航空機１用の既存の材料で第２の帯電部５を製作することが可能となる。
【００２４】
他方、静電発電機８によってプラスに帯電する第１の帯電部４についても、空気との摩擦によって帯電量が減少しないように、プラスに帯電しやすい材料で構成することが好ましい。帯電列においてプラスに帯電しやすい材料のうち、使用実績がある航空機１用の材料としては、ポリアミド系樹脂及びレーヨンが挙げられる。そこで、第１の帯電部４を、ポリアミド系樹脂又はレーヨンで構成することができる。尚、脂肪族骨格を含むポリアミドは、ナイロンと呼ばれる。
【００２５】
第１の帯電部４又は第２の帯電部５が着雷位置となると、着雷位置となった第１の帯電部４又は第２の帯電部５が雷電流の出口又は入口となる。すなわち、雷の極性に対応する向きで雷電流が流れる。具体的には、プラスに帯電している第１の帯電部４には負極性の雷が着雷するため、第１の帯電部４は電子の流れからなるマイナスの電荷の流れの入口、すなわち雷電流の出口となる。一方、マイナスに帯電している第２の帯電部５には正極性の雷が着雷するため、第２の帯電部５は電子の流れからなるマイナスの電荷の流れの出口、すなわち雷電流の入口となる。
【００２６】
雷電流は、航空機１を構成する各部における損傷や故障の原因となり得る。このため、雷電流が流れる経路を限定することが損傷及び故障の低減に繋がる。そこで、雷電流が流れる電流路を形成するために、金属線等の導体９を第１の帯電部４及び第２の帯電部５に接続することができる。そうすると、第１の帯電部４又は第２の帯電部５に着雷することにより流れる雷電流の入口又は出口を、導体９の他端側とすることができる。
【００２７】
更に、複数の着雷制御部３間において、プラスに帯電する第１の帯電部４同士を導体９で電気的に接続する一方、マイナスに帯電する第２の帯電部５同士を別の導体９で電位的に接続することができる。そうすると、負極性の雷が第１の帯電部４に着雷し、第１の帯電部４が雷電流の出口となった場合には、別の第１の帯電部４を雷電流の入口とすることができる。この場合、雷電流の入口となった第１の帯電部４から大気中に向かって放電が引起されることになる。一方、正極性の雷が第２の帯電部５に着雷し、第２の帯電部５が雷電流の入口となった場合には、別の第２の帯電部５を雷電流の出口とすることができる。この場合、雷電流の出口となった第２の帯電部５から大気中に向かって放電が生じることになる。
【００２８】
図１及び図２に示す例では、胴体６の先端６Ａに設けられた第１の帯電部４と、胴体６の後端６Ｂに設けられた第１の帯電部４との間、胴体６の先端６Ａに設けられた第２の帯電部５と、胴体６の後端６Ｂに設けられた第２の帯電部５との間、左側の主翼７Ａの先端に設けられた第１の帯電部４と、右側の主翼７Ｂの先端に設けられた第１の帯電部４との間並びに左側の主翼７Ａの先端に設けられた第２の帯電部５と、右側の主翼７Ｂの先端に設けられた第２の帯電部５との間が、それぞれ導体９で電気的に接続されている。
【００２９】
このため、雷電流の入口と出口を含む経路を、２つの第１の帯電部４間を接続する導体９か、２つの第２の帯電部５間を接続する導体９に限定することができる。尚、３つ以上の第１の帯電部４又は第２の帯電部５を導体９で接続し、雷電流の流れを分散させるようにしても良い。その場合においても、雷電流が流れる経路を複数の第１の帯電部４又は複数の第２の帯電部５と、複数の第１の帯電部４又は複数の第２の帯電部５を接続する導体９に限定することができる。
【００３０】
その結果、雷電流が燃料タンク周辺、客室及び電子機器等の望ましくない部分を流れる可能性を十分に低減することができる。尚、第１の帯電部４及び第２の帯電部５と、導体９を除く部分との間を電気的に絶縁することが雷電流の漏れを抑止する観点から重要である。また、導体９を出来るだけ湾曲させずに直線的に配置することも雷電流の漏れの防止に繋がる。従って、図１及び図２に例示されるように導体９での接続対象となる第１の帯電部４及び第２の帯電部５を決定すれば、導体９を直線的に配置することによって、雷電流の漏洩リスクを低減することができる。
【００３１】
以上のような雷電流制御装置２、雷電流制御方法及び航空機１は、極性を含む帯電量の調節によって着雷箇所を絞り込み、かつ導体９の敷設によって雷電流の経路を規制するようにしたものである。
【００３２】
（効果）
このため、雷電流制御装置２、雷電流制御方法及び航空機１によれば、着雷位置を含む雷電流の経路の特定作業を、従来よりも容易にすることができる。その結果、被雷による損傷の有無の検査及び補修に要する労力も、従来より低減することができる。
【００３３】
すなわち、被雷しやすい位置を、第１の帯電部４及び第２の帯電部５のいずれかにすることができる。また、第１の帯電部４間及び第２の帯電部５間を導体９で繋ぐことによって、雷電流の経路を制限することができる。その結果、雷電流の流入を回避すべき部位への雷電流の流入を回避し、かつ雷電流の流入により損傷が発生する部分を一部に限定することができる。これにより、燃料タンク周辺等への雷電流の流入による損傷やスパークの発生による事故を抑止する一方、雷電流が流れることにより発生し得る損傷の有無及び位置の検査を容易に行うことが可能となる。そして、被雷により発生する整備時間や補修費用を低減することができる。
【００３４】
（第２の実施形態）
図３は本発明の第２の実施形態に係る雷電流制御装置を備えた航空機の上面図である。
【００３５】
図３に示された第２の実施形態における雷電流制御装置２Ａでは、第１の帯電部４と第２の帯電部５との間を電流路１０で接続した構成が第１の実施形態における雷電流制御装置２と相違する。第２の実施形態における雷電流制御装置２Ａの他の構成及び作用については第１の実施形態における雷電流制御装置２と実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。
【００３６】
図３に例示されるように第１の帯電部４と第２の帯電部５との間を、電流路１０で接続することもできる。電流路１０は、第１の帯電部４と第２の帯電部５との間における電位差を維持し、かつ第１の帯電部４又は第２の帯電部５への着雷によって生じる雷電流を流すことが可能な回路で構成される。
【００３７】
このため、正極性の雷であっても負極性の雷であっても、第１の帯電部４及び第２の帯電部５のいずれかに着雷する確率を高くすることができる。しかも、電流路１０で接続された第１の帯電部４及び第２の帯電部５の一方に負極性又は正極性の雷が着雷して雷電流の出口又は入口となった場合、他方を雷電流の入口又は出口とすることができる。このため、雷電流の入口と出口を含む経路を制限し、損傷の検査及び補修を容易にすることができる。
【００３８】
特に、図３に例示されるように、着雷制御部３を構成する一対の第１の帯電部４と第２の帯電部５との間を電流路１０で接続すれば、雷電流が流れる経路の長さを短くすることができる。すなわち、胴体６の先端６Ａ、左側の主翼７Ａの端部、右側の主翼７Ｂの端部又は胴体６の後端６Ｂ等の局所的な範囲に雷電流の入口と出口を形成し、航空機１の他の部分に雷電流が流れ込む確率を下げることができる。
【００３９】
逆に、航空機１の異なる部位に設けられた複数の着雷制御部３を構成する第１の帯電部４と第２の帯電部５との間を電流路１０で接続するようにしても良い。その場合には、電流路１０をできるだけ直線的に敷設することが容易となる場合がある。すなわち、雷電流は直線的に流れる傾向がある。このため、図３に例示されるように、局所的な範囲に雷電流の入口と出口が形成されるように、１つの着雷制御部３を構成する第１の帯電部４と第２の帯電部５との間を電流路１０で接続しても、他の部分に雷電流が流れ込む可能性がある。
【００４０】
そこで、例えば、胴体６の先端６Ａに設けられる第１の帯電部４と胴体６の後端６Ｂに設けられる第２の帯電部５との間を電流路１０で接続する一方、胴体６の先端６Ａに設けられる第２の帯電部５と胴体６の後端６Ｂに設けられる第１の帯電部４との間を電流路１０で接続することができる。他方、左側の主翼７Ａの端部に設けられる第１の帯電部４と右側の主翼７Ｂの端部に設けられる第２の帯電部５との間を電流路１０で接続する一方、左側の主翼７Ａの端部に設けられる第２の帯電部５と右側の主翼７Ｂの端部に設けられる第１の帯電部４との間を電流路１０で接続することができる。これにより、雷電流がより流れ易い電流の経路を形成し、雷電流が電流路１０を流れる確率を上げることができる。
【００４１】
図４は図３に示す電流路１０の第１の構成例を示す図である。
【００４２】
図４に示すように第１の帯電部４と第２の帯電部５との間を接続する導線１１の間にダイオード１２を接続することによって電流路１０を形成することができる。より具体的には、プラスに帯電する第１の帯電部４側にダイオード１２のカソード（陰極）１３を接続する一方、マイナスに帯電する第２の帯電部５側にダイオード１２のアノード（陽極）１４を接続することができる。
【００４３】
これにより、第１の帯電部４から第２の帯電部５にマイナスの電荷が流れることによって第１の帯電部４及び第２の帯電部５の帯電量が減少することを防止することができる。すなわち、第１の帯電部４及び第２の帯電部５の帯電状態を維持することができる。
【００４４】
また、ダイオード１２の降伏電圧（ブレークダウン電圧）が雷電圧よりも低くなるように設定すれば、雷電流についてはダイオード１２の順方向及び逆方向のいずれにも流れることになる。このため、雷電流の経路を電流路１０に制限することが可能となる。
【００４５】
図５は図３に示す電流路１０の第２の構成例を示す図である。
【００４６】
図５に示すように第１の帯電部４と第２の帯電部５との間を接続する導線１１の間に、雷電流が流れると閉じて接続状態となるスイッチ２０を接続することによって電流路１０を形成することができる。スイッチ２０は、雷電流が流れると発熱して変形することによって接点同士が接触する形状記憶合金等の導体を用いて構成することができる。このような電流路１０によっても、第１の帯電部４及び第２の帯電部５の帯電状態を維持しつつ、第１の帯電部４又は第２の帯電部５に雷が着雷した場合には一方から他方に雷電流を流すことができる。
【００４７】
図６は図３に示す電流路１０の第３の構成例を示す図である。
【００４８】
図６に示すように第１の帯電部４に接続される第１の導線１１Ａの端部３０Ａと、第２の帯電部５に接続される第２の導線１１Ｂの端部３０Ｂを離間配置することによっても、電流路１０を形成することができる。第１の導線１１Ａの端部３０Ａと、第２の導線１１Ｂの端部３０Ｂとの間には、絶縁体である空気が存在するため、電荷は移動できない。
【００４９】
但し、第１の導線１１Ａの端部３０Ａと、第２の導線１１Ｂの端部３０Ｂとの間における距離に対応する絶縁破壊電圧を超える電圧が第１の導線１１Ａの端部３０Ａと、第２の導線１１Ｂの端部３０Ｂとの間に印加されると絶縁破壊によって電流が流れる。このため、第１の導線１１Ａの端部３０Ａと、第２の導線１１Ｂの端部３０Ｂとの間における距離を調節することによって、雷電流は流れるが電荷は移動しない電流路１０を形成することができる。
【００５０】
尚、空気の絶縁破壊によって生じるプラズマの経路が安定するように、第１の導線１１Ａの端部３０Ａの形状と、第２の導線１１Ｂの端部３０Ｂの形状を、図６に示されるように鋭利な形状として対向配置することが望ましい。換言すれば、鋭利な形状を有する端子で、第１の導線１１Ａの端部３０Ａ及び第２の導線１１Ｂの端部３０Ｂを形成することができる。
【００５１】
上述した例の他、電流路１０を、第１の帯電部４と第２の帯電部５との間において電荷の移動が発生しないが、雷電流は絶縁破壊によって流れる絶縁体製のロープで形成しても良い。この場合には、電流路１０の外部に雷電流が漏洩しないように、絶縁破壊が起きる破壊電圧が周囲よりも低い絶縁体で電流路１０を形成することが必要である。もちろん、他の任意の原理によって雷電流は流れるが電荷は移動しない電流路１０を形成することができる。
【００５２】
以上のような第２の実施形態における雷電流制御装置２Ａは、電荷の移動を抑止しつつ雷電流のみを流す電流路１０で第１の帯電部４と第２の帯電部５との間を接続するようにしたものである。すなわち、第１の実施形態では同じ極性で帯電する誘電体同士を導体９で接続することによって第１の帯電部４と第２の帯電部５との間における電位差が維持されるのに対して、第２の実施形態では電荷の移動は生じないが雷電流は流れる電流路１０で異なる極性で帯電する誘電体同士を接続することによって第１の帯電部４と第２の帯電部５との間における電位差が維持される。
【００５３】
このため、第２の実施形態によれば、第１の実施形態で得られる効果と同様な効果に加えて、雷電流が流れる経路を着雷制御部３内に留めることができるという効果を得ることができる。すなわち、雷電流の入口又は出口が、雷電流の出口又は入口のすぐ近くに形成される確率を上げることができる。その結果、雷電流による航空機１の重要な部分における損傷のリスクはもちろん、航空機１の被雷に伴う点検や補修等の作業に要する労力を低減することができる。
【００５４】
また、第１の実施形態と第２の実施形態を組合わせることもできる。すなわち、同じ極性で帯電する複数の第１の帯電部４同士又は複数の第２の帯電部５同士については導体９で接続する一方、異なる極性で帯電する第１の帯電部４と第２の帯電部５との間については雷電流は流れるが電荷は移動しない電流路１０で接続することができる。その場合には、雷電流の流路の形成についての自由度を向上することができる。また、雷電流が流れ易い複数の電流路を、第１の帯電部４又は第２の帯電部５に接続することができる。その場合には、雷電流が導体９又は電流路１０を流れる確率を上げることができる。
【００５５】
（第３の実施形態）
図７は本発明の第３の実施形態に係る雷電流制御装置を備えた航空機の上面図である。
【００５６】
図７に示された第３の実施形態における雷電流制御装置２Ｂでは、雷電流のエネルギを熱エネルギに変換することによって雷電流の流れを抑止する熱変換部４０を設けた構成が第１の実施形態における雷電流制御装置２及び第２の実施形態における雷電流制御装置２Ａと相違する。第３の実施形態における雷電流制御装置２Ｂの他の構成及び作用については第１の実施形態における雷電流制御装置２及び第２の実施形態における雷電流制御装置２Ａと実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。
【００５７】
熱変換部４０は、ヒューズと同様な原理で、雷電流のような大電流が流れるとジュール熱によって溶断する金属部品等で構成することができる。そして、熱変換部４０は、第１の帯電部４及び第２の帯電部５と導体４１で接続される。このため、第１の帯電部４又は第２の帯電部５への着雷によって電子の流れが生じた場合、電子のエネルギは十分に高い抵抗値を有する熱変換部４０において熱エネルギに変換される。その結果、雷電流の流れ、すなわち電子の流れを熱変換部４０において抑止又は抑制することができる。このため、大気中への放電やプラズマの発生も引き起こされない。或いは、放電やプラズマが発生したとしても発生量を抑えることができる。
【００５８】
以上の第３の実施形態によれば、第１の帯電部４又は第２の帯電部５に雷が着雷した場合において、雷電流のエネルギを熱変換部４０において消費することができる。その結果、航空機１の他の部分に雷電流が流れ込む確率を下げることができる。これにより、雷電流による航空機１の重要な部分における損傷のリスクはもちろん、航空機１の被雷に伴う点検や補修等の作業に要する労力を低減することができる。
【００５９】
もちろん、第１の帯電部４及び第２の帯電部５に熱変換部４０を接続し、かつ第１の実施形態や第２の実施形態のように、第１の帯電部４同士、第２の帯電部５同士及び第１の帯電部４と第２の帯電部５との間を、導体９及び電流路１０の少なくとも一方で接続することができる。すなわち、第１の実施形態及び第２の実施形態の少なくとも一方と、第３の実施形態を組合せるようにしても良い。その場合には、気象条件等によって不確かな経路を流れる雷電流の経路を制御できる確率を上げることができる。その結果、好ましくない部分を雷電流が流れる確率を一層下げることができる。
【００６０】
（第４の実施形態）
図８は本発明の第４の実施形態に係る雷電流制御装置を備えた航空機の上面図である。
【００６１】
図８に示された第４の実施形態における雷電流制御装置２Ｃでは、第１の帯電部４又は第２の帯電部５への着雷によって生じる雷電流の入口又は出口を形成する突起部５０を設けた構成が第１の実施形態における雷電流制御装置２及び第２の実施形態における雷電流制御装置２Ａと相違する。第４の実施形態における雷電流制御装置２Ｃの他の構成及び作用については第１の実施形態における雷電流制御装置２及び第２の実施形態における雷電流制御装置２Ａと実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。
【００６２】
突起部５０は、鋭利な形状を有し、導体５１で第１の帯電部４及び第２の帯電部５と接続される。このため、第１の帯電部４又は第２の帯電部５への着雷によって雷電流が流れた場合、突起部５０は雷電流の入口又は出口となる。その結果、好ましくない部分を雷電流が流れる確率を下げることができる。尚、突起部５０には、雷電流が流れる確率が高いため、第１の帯電部４及び第２の帯電部５と同様にネジ等で着脱し、交換可能に構成することが望ましい。
【００６３】
もちろん、第４の実施形態を、他の実施形態と組合せることによって、雷電流が好ましくない部分により流れ込まないようにすることができる。
【００６４】
（第５の実施形態）
図９は本発明の第５の実施形態に係る雷電流制御装置を備えた航空機の上面図である。
【００６５】
図９に示された第５の実施形態における雷電流制御装置２Ｄでは、航空機１を構成する部品の表面粗さを調節することによって雷電流が流れ易い経路を形成した点が第４の実施形態における雷電流制御装置２Ｃと相違する。第５の実施形態における雷電流制御装置２Ｄの他の構成及び作用については第４の実施形態における雷電流制御装置２Ｃと実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。
【００６６】
物体の表面粗さを粗くすると、雷電流が流れ難くなるという性質がある。そこで、航空機１の機体表面における表面粗さを調節することによって航空機１が被雷した場合において雷電流が流れる経路を制御することができる。具体的には、雷電流が流れる可能性がある部品の表面を、表面粗さが粗い部分６０と表面粗さが滑らかな部分６１に区分けすることができる。そうすると、表面粗さが粗い部分６０を雷電流が流れる確率を、表面粗さが滑らかな部分６１を雷電流が流れる確率よりも小さくすることができる。
【００６７】
航空機１において着雷を回避すべき代表的な部分としては、上述したように燃料タンク６２が挙げられる。航空機１が典型的な固定翼機である場合には、図９に示すように、燃料タンク６２が左右の主翼７Ａ、７Ｂに設けられる。燃料タンク６２は、左右の主翼７Ａ、７Ｂに収納される場合と、左右の主翼７Ａ、７Ｂ自体によって形成される場合がある。すなわち、燃料タンク６２のケーシングが主翼７Ａ、７Ｂを構成する上下のパネル６３によって保護される場合と、主翼７Ａ、７Ｂを構成する上下のパネル６３自体によって燃料タンク６２のケーシングが形成される場合がある。
【００６８】
そこで、少なくとも燃料タンク６２のケーシングを保護又は形成する主翼７Ａ、７Ｂの上下のパネル６３の部分における外表面の表面粗さを、主翼７Ａ、７Ｂの翼端を形成するパネル６３の部分における外表面の表面粗さよりも粗くすることができる。すなわち、燃料タンク６２のケーシングを保護又は形成する燃料タンク６２周辺におけるパネル６３の部分を相対的に表面粗さが粗い部分６０とする一方、その他のパネル６３の部分を相対的に表面粗さが滑らかな部分６１とすることができる。
【００６９】
そうすると、主翼７Ａ、７Ｂへの着雷によって生じる雷電流が燃料タンク６２のケーシングを保護又は形成するパネル６３の部分を流れる確率を減少させることができる。つまり、表面粗さを相対的に大きくすることによって、雷電流が流れ難くすることができる。
【００７０】
図９に示す例では、主翼７Ａ、７Ｂの前縁と後縁並びに翼端を形成するパネル６３の部分が、表面粗さが滑らかな部分６１となっている。このため、第１の帯電部４及び第２の帯電部５を含む主翼７Ａ、７Ｂの翼端はもちろん、主翼７Ａ、７Ｂの前縁又は後縁に雷が着雷した場合においても、雷電流が流れ易い部分を、主翼７Ａ、７Ｂの前縁、後縁及び翼端に制限することができる。つまり、主翼７Ａ、７Ｂの前縁、後縁及び翼端のどこに落雷があっても、雷電流の経路を燃料タンク６２の周辺を除く部分に限定することができる。
【００７１】
尚、小型の無人機のように航空機１によっては燃料タンクが胴体６に収納される場合もある。その場合においても、燃料タンクのケーシングが胴体６を形成するパネルによって保護される場合と、胴体６を形成するパネルによって燃料タンクのケーシングが形成される場合がある。このため、燃料タンク６２が主翼７Ａ、７Ｂに設けられる場合と同様に、胴体６を形成するパネルの表面粗さを調節することによって、雷電流が流れ易い部分を、燃料タンクの周辺を除く部分に限定することができる。
【００７２】
航空機１において着雷及び雷電流の流入を回避すべき部分としては燃料タンク６２の他、客室及び機体先端等に設けられるレドームが挙げられる。客室は圧力を維持する必要があるため、被雷による損傷を回避すべき部分である。一方、レドームは、アンテナを保護するための部品であり、高価であるため被雷による損傷を回避すべき部分である。従って、客室及びレドームはもちろん、その他の部分についても、部品の表面粗さを粗い部分と滑らかな部分に区分けすることによって、雷電流が流れる確率を下げることができる。
【００７３】
これは第１の帯電部４及び第２の帯電部５が設けられない場合においても同様である。すなわち、第１の帯電部４及び第２の帯電部５が設けられない場合においても、雷はもともと主翼７Ａ、７Ｂの端部及び胴体６の両端に着雷し易い。このため、雷が着雷し易い部分を入口又は出口とする雷電流の経路を、表面粗さの調節によって特定の経路に制限することができる。
【００７４】
つまり、航空機１を構成する部品の表面粗さを調整するのみでも、雷電流が流れる経路を制御することができる。具体的には、部品の表面粗さを局所的に大きくすれば、雷電流が流れる確率を下げることができる。逆に、部品の表面粗さを局所的に小さくすれば、雷電流が流れる確率を上げることができる。
【００７５】
また、第１の帯電部４及び第２の帯電部５に代えて、或いは第１の帯電部４及び第２の帯電部５に加えて、マイナス又はプラスの電荷を蓄電したコンデンサ６４を設けることによって着雷点となる確率が高くなる部分を設けることもできる。具体例として、図９に示すように主翼７Ａ、７Ｂの前縁と後縁の表面粗さを小さくすることによって雷電流が流れ易くなるようにする場合であれば、主翼７Ａ、７Ｂの前縁に単一又は複数のコンデンサ６４を設けることができる。
【００７６】
そうすると、主翼７Ａ、７Ｂの前縁に雷が着雷する確率を相対的に高くする一方、燃料タンク６２の周辺に雷が着雷する確率を相対的に低くすることができる。これにより、雷をできるだけ主翼７Ａ、７Ｂの前縁又は翼端に着雷させることができる。そして、雷が実際に主翼７Ａ、７Ｂの前縁又は翼端に着雷した場合には、雷電流が流れる領域をできるだけ主翼７Ａ、７Ｂの前縁、後縁及び翼端に制限することができる。
【００７７】
尚、コンデンサ６４についても正の電荷を蓄えたコンデンサ６４と、負の電荷を蓄えたコンデンサ６４のペアを設けることによって、雷が正極性であるか負極性であるかに関わらず、着雷確率を増加させることができる。
【００７８】
第４の実施形態と同様に鋭利な形状を有する突起部５０を主翼７Ａ、７Ｂに設ける場合には、燃料タンク６２から離れた表面粗さが滑らかな部分６１に突起部５０を連結することが望ましい。これにより、表面粗さが滑らかな部分６１を流れる雷電流の入口又は出口を、突起部５０に形成することができる。
【００７９】
もちろん、第５の実施形態を、他の実施形態と組合せることによって、雷電流が好ましくない部分により流れ込まないようにすることができる。すなわち、熱変換部４０を設けても良いし、第１の帯電部４同士、第２の帯電部５同士及び第１の帯電部４と第２の帯電部５との間を、導体９及び電流路１０の少なくとも一方で接続するようにしても良い。これにより、好ましくない部分を雷電流が流れる確率を一層下げることができる。
【００８０】
（第６の実施形態）
図１０は本発明の第６の実施形態に係る雷電流制御装置を備えた航空機の上面図である。
【００８１】
図１０に示された第６の実施形態における雷電流制御装置２Ｅでは、航空機１を構成する部品の表面粗さを調節することによって雷電流が流れ易い経路を形成した点が第２の実施形態における雷電流制御装置２Ａと相違する。第６の実施形態における雷電流制御装置２Ｅの他の構成及び作用については第２の実施形態における雷電流制御装置２Ａと実質的に異ならないため同一の構成又は対応する構成については同符号を付して説明を省略する。
【００８２】
第５の実施形態において説明した通り、表面粗さの調整によって雷電流が流れる確率を制御することができる。このため、第２の実施形態のように、第１の帯電部４と第２の帯電部５との間を電流路１０で接続することによって、雷電流が主翼７Ａ、７Ｂの翼端のみを流れるように誘導する場合には、主翼７Ａ、７Ｂの翼端を形成するパネル６３の部分と、燃料タンク６２のケーシングを保護又は形成するパネル６３の部分との間におけるパネル６３の部分における外表面の表面粗さを、主翼７Ａ、７Ｂの翼端を形成するパネル６３の部分における外表面の表面粗さよりも粗くすることができる。
【００８３】
すなわち、主翼７Ａ、７Ｂの翼端を形成するパネル６３の部分を表面粗さが滑らかな部分６１とする一方、少なくとも、主翼７Ａ、７Ｂの翼端を形成するパネル６３の部分と燃料タンク６２のケーシングを保護又は形成するパネル６３の部分との間におけるパネル６３の部分並びに燃料タンク６２のケーシングを保護又は形成するパネル６３の部分を表面粗さが粗い部分６０とすることができる。
【００８４】
そうすると、主翼７Ａ、７Ｂの翼端を形成する表面粗さが滑らかなパネル６３の部分６１を雷電流が流れた場合に、雷電流が燃料タンク６２のケーシングを保護又は形成するパネル６３の部分に流れ込む確率を減少させることが可能となる。
【００８５】
もちろん、第６の実施形態を他の実施形態と組合せることによって、雷電流が好ましくない部分により流れ込まないようにすることができる。すなわち、熱変換部４０や突起部５０を設けても良いし、第１の帯電部４同士及び第２の帯電部５同士を導体９で接続するようにしても良い。これにより、好ましくない部分を雷電流が流れる確率を一層下げることができる。
【００８６】
（他の実施形態）
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。
【００８７】
例えば、上述した各実施形態を組合せても良いし、一部の構成及び特徴を省略しても良い。すなわち、航空機１の機体表面における表面粗さ及び帯電量の少なくとも一方を調節することによって航空機１が被雷した場合において雷電流が流れる経路を制御する雷電流制御方法及び雷電流制御装置を提供することができる。また、被雷した場合において雷電流が流れる経路が制御されるように機体表面における表面粗さ及び帯電量の少なくとも一方が調節された航空機１を提供することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１  航空機
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ  雷電流制御装置
３  着雷制御部
４  第１の帯電部
５  第２の帯電部
６  胴体
６Ａ  胴体の先端
６Ｂ  胴体の後端
７Ａ、７Ｂ  主翼
８  静電発電機
９  導体
１０  電流路
１１、１１Ａ、１１Ｂ  導線
１２  ダイオード
１３  カソード（陰極）
１４  アノード（陽極）
２０  スイッチ
３０Ａ、３０Ｂ  導線の端部
４０  熱変換部
４１  導体
５０  突起部
５１  導体
６０  表面粗さが粗い部分
６１  表面粗さが滑らかな部分
６２  燃料タンク
６３  パネル
６４  コンデンサ
【図１】
2019111884.tif 000003
【図２】
2019111884.tif 000004
【図３】
2019111884.tif 000005
【図４】
2019111884.tif 000006
【図５】
2019111884.tif 000007
【図６】
2019111884.tif 000008
【図７】
2019111884.tif 000009
【図８】
2019111884.tif 000010
【図９】
2019111884.tif 000011
【図１０】
2019111884.tif 000012