УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ОТ ПОРАЖЕНИЯ МОЛНИЕЙ
AIRCRAFT LIGHTNING PROTECTION DEVICE

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к средствам защиты летательного аппарата (ЛА) от повреждений при интенсивном воздействии грозовых разрядов молнии на корпус ЛА, и может быть применено для других объектов.
Целью изобретения является повышение безопасности полетов, улучшение эксплуатационных характеристик путем предотвращения прохождения разряда молнии на корпус ЛА.
Уровень техники
Известны средства улавливания электрических зарядов молнии, например, для защиты от молнии корпуса ЛА, включающие металлизированное экранирование всего самолета, экранирование наиболее важных электропроводящих систем и отсеков оборудования, фильтрацию сигналов, которые могут поступить на вход высокочувствительного оборудования, или отвод этих сигналов по другим каналам, замену электрической волоконно-оптической проводкой (см. Aviation Week and Space Technology, 1983, v119, 12/1х, №11).
Известны первые транспортные самолеты «Фалькон - 50» на которых применены крупные компоненты из композиционных материалов (КМ). Противомолниевая защита этих элементов осуществлена с помощью металлической окантовки из титана. Откидные капоты двигателей самолета «Фалькон - 900» сделаны из фенольного углепластика, они имеют металлизацию из олова для защиты оборудования и систем двигателя от наведенных токов.
Однако уровни напряжения и тока, наведенные в проводах, могут при этом достигать величин, значительно превышающих допустимые.
Используемые КМ от ударов молнии выгорают, разрушаются от злектродинамических сил. При воздействии молнии электропроводка является основным коллектором паразитной энергии, возникающей на входе в электрическое оборудование (см. «Защита современных самолетов от атмосферного электричества и электромагнитных импульсов». Техническая информация, 1987 г., №9, ЦАГИ, стр.1-12).
Известен молниеотвод, который относится к устройству защиты летательных аппаратов от поражения молниями в слоистообразных облаках, содержащему n острийных разрядников, каждый из которых выполнен в виде закрепленного на изоляторе проводника, одни конец которого соединен с обшивкой летательного аппарата, к обоим концам проводника подключен источник постоянного или переменного тока (см. пат. RU №2007344, 1991.10.29).
Однако заряды от молнии, частично накопившиеся в n острийных разрядниках, проводниках и на корпусе ЛА, снижают надежность работы бортового радиоэлектронного оборудования.
Известно молниезащитное средство обтекателя бортовой антенны самолета, содержащее молниеотводящие пластины, выполненные в виде диэлектрических продольных пластин, с закрепленными на их внешней части с зазором металлическими электропроводными сегментами, соединенными между собой резистивным слоем. Основа продольной пластины выполнена из стеклопластика толщиной 0,1 дюйма, а резистивный слой - из материала типа R-14. Связка из продольных пластин установлена на поверхности обтекателя, концы пластин заземлены с помощью электропроводных средств на массу ЛА. Такое молниезащитное средство обеспечивает обтекателю раднопрозрачность, см. пат. US 3.416.027, НКИ 315-36.
Однако при повторных ударах молнии происходит снижение молниестойкости, разрушение покрытий из-за большой плотности тока в пятне импульсной электрической дуги между металлическими сегментами пластин от ударов молнии, а стекание накопившегося заряда происходит по всей поверхности ЛА и через антенну в окружающую атмосферу.
Известно устройство для защиты ЛА от поражения молнией, содержащее стекатели зарядов, молниеотвод, выполненный в виде мишени, встроенной в корпус ЛА и электрически изолированной от корпуса, соединенной с соответствующими зонами удаления зарядов посредством токоотвода из последовательно разветвляющихся проводников, входы которых через электропроводную мишень и дроссель связаны с корпусом ЛА, а выходы - с зонами удаления зарядов, см. АС №1409104.
Однако сложное исполнение устройства, разветвляющиеся проводники снижают прочность ЛА и не обеспечивает надежность работы бортового оборудования.
Таким образом, известные молниезащитные средства не обеспечивают достаточную молниезащиту и надежность работы бортового оборудования, а также защиту корпуса ЛА в условиях обледенения при полетах в слоистых облаках.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое устройство для защиты летательного аппарата от поражения молнией, заключается в повышении эффективности молниезащиты бортового оборудования.
Для получения указанного технического результата в предлагаемом устройстве для защиты летательного аппарата от поражения молнией, содержащем молниеотвод, выполненный в виде, например, мишени - молниеприемника, размещенного в соответствующей зоне ЛА, встроенного в корпус ЛА и электрически изолированного от корпуса, соединенный с ним токоотвод с заземлением на корпусе ЛА, согласно изобретению токоотвод выполнен в виде электрического резонансного LC-фильтра, содержащего конденсатор и дроссель с одной низкоомной обмоткой, к выходу которой параллельно подключен диодный мост, в диагональ которого включен конденсатор большой емкости - накопитель энергии зарядов молнии.
Кроме того, в устройстве для защиты летательного аппарата от поражения молнией с целью защиты обтекателя антенны ЛА устанавливают группу молниеприемников, подключенных к общему входу резонансного LC-фильтра.
Дроссель выполнен с двумя обмотками, ко второй дополнительной обмотке дросселя подключен второй диодный мост, в диагональ которого включены сопротивление, стабилитрон и параллельно ему конденсатор С3, сигнальная лама, размещенная на приборной доске пилота для сигнализации летчику.
Такое выполнение заявляемого молниеотвода позволит повысить безопасность полетов, надежность защиты ЛА, исключить прохождение тока электрического разряда молнии на корпус летательного аппарата за счет использования предлагаемого устройства, поглощающего практически полностью энергию молнии, что улучшает эксплуатационные характеристики оборудования. Устройство обеспечивает более надежную защиту от попадания заряда молнии на обшивку корпуса ЛА от поражения молнии, в частности, в условиях обледенения или полета в слоистых облаках, когда во всех рассмотренных аналогах не обеспечивается полная защита, поэтому заряд молнии проходит по корпусу на острийные стекатели.
Перечень чертежей
Изобретение поясняется чертежами, на которых:
фиг.1 представляет принципиальную электрическую схему устройства для защиты летательного аппарата от поражения молнией, выполненного в соответствии с изобретением;
фиг.2 представляет принципиальную электрическую схему устройства со схемой сигнализации летчику;
фиг.3 представляет переходной процесс в электрическом резонансном контуре LC-фильтра.
Устройство для защиты летательного аппарата от поражения молнией содержит молниеотвод, выполненный в виде, например, мишени - молниеприемника 1, размещенного в соответствующей зоне ЛА, встроенного в корпус ЛА и электрически изолированного от корпуса, электрический резонансный LC-фильтр 3, вход которого соединен с выходом молниеприемника 1, а выход - с заземлением на корпусе ЛА 2. Электрический резонансный LC-фильтр 3 выполнен из конденсатора С1 и дросселя. Дроссель выполнен с одной низкоомной обмоткой, к ее выходу параллельно подключен диодный мост, в диагональ которого включен конденсатор большой емкости С2 - накопитель энергии зарядов молнии (см. фиг.1).
При наличии группы молниеприемников, размещенных в определенной зоне ЛА, в предлагаемом устройстве вход резонансного LC-фильтра 3 подключен к общему выходу группы молниеприемников.
Возможен вариант выполнения дросселя с двумя обмотками (см. фиг.2).
В этом случае устройство для защиты летательного аппарата от поражения молнией содержит молниеотвод, выполненный в виде, например, мишени - молинеприемника 1, размещенного в соответствующей зоне ЛА, встроенного в корпус ЛА и электрически изолированного от корпуса, электрический резонансный LC-фильтр 3, вход которого соединен с выходом молниеприемника 1, а выход - с заземлением на корпусе ЛА 2. Электрический резонансный LC-фильтр 3 выполнен из конденсатора С1 и дросселя с двумя обмотками, первая обмотка которого выполнена низкоомной, к ее выходу параллельно подключен диодный мост, в диагональ которого включен конденсатор большой емкости С2 - накопитель энергии зарядов молнии.
К выходу второй обмотки дросселя подключен второй диодный мост, в диагональ которого включены сопротивление, стабилитрон и параллельно ему емкость С3, сигнальная лампа, размещенная на приборной доске пилота для сигнализации летчику.
Работа устройства для защиты летательного аппарата от поражения молнией
Предлагаемое устройство работает следующим образом. При близком разряде молнии к ЛА, например, на мишени - молниеприемнике 1, концентрируются заряды, которые стекают в электрический резонансный LС-фильтр 3, состоящий из индуктивного сопротивления в виде дросселя и емкости С1, значения которых выбраны такими, чтобы в этом контуре возникал резонанс напряжения с максимально возможной амплитудой. При этом условии, как известно из курса физики, на выходе такого контура ток практически равен нулю, следовательно, хотя выход резонансного контура и связан с корпусом ЛА, заряд тока молнии на него практически не проходит. Однако в результате резонанса в контуре LС амплитуда напряжения может достигать значительных величин, что потребует использовать дроссель и конденсаторы такими, чтобы они были рассчитаны на напряжения, на порядок отличающиеся от входного сигнала разряда молнии. Поэтому в предлагаемом устройстве на выходе резонансного LС-фильтра установлен диодный мост, в диагональ которого подключен накопитель энергии разряда молнии. Тем самым достигается резкое снижение амплитуды напряжения 6 (см. фиг.3), где показаны ось напряжения 4 и ось времени 5. Мощность (энергия) разряда молнии накапливается на накопительной емкости С2 на длительное время по сравнению с продолжительностью входного разряда молнии, длящегося от 0,01 сек до 0,1 сек. В этом и есть основное отличие от всех предлагаемых ранее устройств.
Для защиты от ударов молнии таких зон, как обтекатель антенны ЛА, устанавливают группу молниеприемников, подключая их выход к общему входу резонансного LC-фильтра предлагаемого устройства.
Для сигнализации посредством сигнальной лампочки пилоту о попадании молнии (см. фиг.2) в предлагаемом устройстве используют дроссель с двумя обмотками, к выходу второй дополнительной обмотки подключают второй диодный мост, в диагонали которого включены сопротивление, стабилитрон и параллельно ему конденсатор С3, с помощью которых обеспечивают накопление энергии, например, для питания сигнальной лампы.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет защитить корпус ЛА 2 от поражения молнией. По результатам экспериментов определено, что основной разряд молнии и значительная часть мощности улавливаются фильтром.