УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОЛНИЕЗАЩИТЫ НОСОВОГО ОБТЕКАТЕЛЯ САМОЛЕТА И НАХОДЯЩЕЙСЯ ПОД НИМ АНТЕННЫ
ANTI-LIGHTNING DEVICE FOR AIRCRAFT NOSE CONE AND ANTENNA ACCOMMODATED THEREIN

Изобретение относится к области авиации и предназначено для молниезащиты, в частности, для защиты носовых диэлектрических обтекателей самолетов и расположенных под ними антенн от воздействия молнии и грозовых облаков.
Известно устройство для молниезащиты носового обтекателя самолета (патент Великобритании №2132027, 1984 г., МПК H01Q 1/50 1/42). Устройство содержит металлические полосы, расположенные на внешней поверхности оболочки обтекателя и имеющие квадратные отверстия по всей длине. Наличие отверстий в полосовом молниеотводе улучшит работу радара, не ухудшая молниезащиты обтекателя. Устройство не препятствует накоплению заряда на внутренней поверхности оболочки обтекателя и формированию разряда между антенной и стенкой обтекателя при воздействии молнии и грозовых облаков.
Однако известное устройство имеет низкую надежность защиты обтекателя и находящейся под ним антенны от молнии и грозовых облаков.
Известно устройство для молниезащиты носового обтекателя самолета (патент США №5542624, 1996 г., МПК B64D 45/02), которое содержит металлические стержни, расположенные внутри диэлектрического обтекателя на расстоянии от его внутренней поверхности, которые имеют металлические зубцы-ответвления, выходящие на внешнюю поверхность обтекателя через отверстия в его оболочке. Это может обеспечить надежный перехват молнии, не подвергая оболочку обтекателя воздействию электродинамических сил при протекании тока молнии.
Однако такое устройство не препятствует накоплению заряда на внутренней поверхности оболочки обтекателя и формированию разряда между антенной и стенкой обтекателя, сложно в изготовлении, имеет уменьшенный срок службы самого обтекателя из-за наличия отверстий с металлическими зубцами в его оболочке. Таким образом, известное устройство для молниезащиты не обладает достаточной стойкостью к воздействию грозовых облаков и молнии и надежностью.
Наиболее близким по технической сущности решением является устройство для молниезащиты носового обтекателя самолета (патент Франции №2675767, 1992 г., МПК B64D 45/02; 47/02). Устройство содержит полосовые молниеотводы, расположенные на внутренней и внешней поверхности диэлектрического обтекателя напротив друг друга и электрически связанные через металлический фюзеляж. Полосовой электрод, расположенный на внутренней поверхности оболочки обтекателя, находится между полосовым электродом на внешней поверхности обтекателя и антенной радара внутри обтекателя и не влияет на величину напряженности электрического поля грозового облака и молнии в месте расположения антенны и, соответственно, на возможность возникновения и интенсивность коронного разряда с антенны. В этом случае может происходить осаждение и накопление зарядов на внутренней поверхности диэлектрической оболочки обтекателя на участках между полосовыми молниеотводами за счет оседания ионов, образовавшихся при коронном разряде с антенны под обтекателем в электрическом поле грозового облака и/или приближающегося лидера молнии. Особенно опасно накопление заряда на участках поверхности обтекателя напротив краев антенны радара, так как там минимальное расстояние между антенной и оболочкой обтекателя.
Заряды противоположного знака могут накапливаться на внешней поверхности диэлектрической оболочки обтекателя за счет оседания аэроионов и заряженных гидрометеоров. В результате накопленные на внутренней и внешней поверхности обтекателя заряды могут обеспечивать как электрический пробой самой диэлектрической оболочки, так и формирование мощных разрядов с антенны даже в том случае, если не произошло поражение носового обтекателя самолета разрядом молнии.
Таким образом, в известном устройстве для молниезащиты накопление зарядов критической величины на поверхности оболочки носового обтекателя самолета, при которой возможны пробой оболочки обтекателя или формирование разряда между антенной и внутренней поверхности оболочки обтекателя, уменьшает надежность молниезащиты носового обтекателя самолета и находящейся под ним антенны.
Технической задачей изобретения является повышение надежности защиты носового обтекателя самолета и находящейся под ним антенны навигационного радара от воздействия молнии и грозовых облаков, при этом не должна уменьшиться радиопрозрачность, чтобы исключить дополнительные помехи в работе радиооборудования, находящегося под обтекателем.
м
a
Эта техническая задача достигается тем, что известное устройство для молниезащиты носового обтекателя самолета и расположенной под ним антенны, содержащее системы металлических полосовых электродов - молниеотводов разной длины, расположенных на внутренней и внешней поверхности диэлектрической оболочки носового обтекателя самолета и электрически связанных с металлическими конструкциями фюзеляжа, снабжено дополнительными полосовыми электродами, электрически связанными с металлическими конструкциями фюзеляжа и расположенными в середине промежутков между металлическими полосовыми молниеотводами на внутренней поверхности оболочки обтекателя, при этом количество дополнительных полосовых электродов равно количеству полосовых электродов-молниеотводов, ширина дополнительных полосовых электродов выбрана равной d=5÷10 мм, такой длины, что их высота h над основанием носового обтекателя равна высоте h края антенны радара, находящейся под носовым обтекателем.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 представлен вид сверху на носовой диэлектрический обтекатель самолета с находящимися на его внешней поверхности полосовыми молниеотводами и находящимися его на внутренней поверхности полосовыми электродами;
на фиг.2 показано расположение полосовых молниеотводов на внешней поверхности оболочки носового обтекателя и полосовых электродов на внутренней поверхности оболочки носового обтекателя относительно антенны радара под носовым обтекателем самолета;
на фиг.3 показано наличие электрической связи полосовых молниеотводов на внешней поверхности диэлектрической оболочки носового обтекателя и полосовых электродов на его внутренней поверхности с металлическими конструкциями фюзеляжа самолета;
на фиг.4 и фиг.5 показан принцип работы заявляемого устройства для молниезащиты носового обтекателя самолета и расположенной под ним антенны.
Устройство для молниезащиты носового обтекателя самолета и расположенной под ним антенны содержит металлические полосовые электроды - молниеотводы 1, расположенные на внешней поверхности 2 диэлектрической оболочки носового обтекателя 3 самолета, и равное им количество дополнительных полосовых электродов 4 шириной d=5÷10 мм, расположенных на внутренней поверхности 5 диэлектрической оболочки носового обтекателя 3 самолета. Дополнительные полосовые электроды 4 на внутренней поверхности 5 оболочки носового обтекателя 3 расположены в середине промежутков между полосовыми молниеотводами 1 на внешней поверхности 1 носового обтекателя 3.
Полосовые молниеотводы 1 на внешней поверхности 2 оболочки носового обтекателя 3 и дополнительные полосовые электроды 4 на внутренней поверхности 5 носового обтекателя 3 электрически связаны между собой металлическими конструкциями фюзеляжа 6 самолета.
м
a
Полосовые электроды 1 на внешней поверхности 2 оболочки носового обтекателя 3 обеспечивают защиту носового обтекателя 3 самолета и установленной под ним антенны 7 от прямого удара молнии. Дополнительные полосовые электроды 4 на внутренней поверхности 5 диэлектрической оболочки носового обтекателя 3 имеют такую длину, что их высота h над основанием 8 носового обтекателя 3 равна высоте h края антенны 7 радара, находящейся под носовым обтекателем 3.
Устройство для молниезащиты носового обтекателя самолета и расположенной под ним антенны работает следующим образом.
2
В случае отсутствия дополнительных полосовых электродов 4 на внутренней поверхности 5 оболочки носового обтекателя 3 в промежутках между полосовыми молниеотводами 1 на внешней поверхности 2 носового обтекателя 3 заряды противоположного знака (например, отрицательной и положительной полярности соответственно) могут накапливаться на внешней поверхности 2 оболочки носового обтекателя 3 за счет оседания аэроионов и заряженных гидрометеоров и на внутренней поверхности 5 диэлектрической оболочки носового обтекателя 3 за счет оседания ионов, образовавшихся при коронном разряде с антенны 7 под носовым обтекателем 3 в электрическом поле грозового облака и/или приближающегося лидера молнии. Как показали экспериментальные исследования с использованием искусственных облаков заряженного водного аэрозоля на моделях носовых обтекателей 3, заряды, накопившиеся на внешней 2 и внутренней 5 поверхности диэлектрической оболочки носового обтекателя 3, могут достигать значений в несколько сот мкКл/м и обеспечивать как электрический пробой самой диэлектрической оболочки носового обтекателя 3, так и формирование мощных разрядов с антенны 7 с амплитудой тока в несколько сотен ампер даже в том случае, когда не произошло поражение носового обтекателя 3 самолета разрядом молнии.
Дополнительные полосовые электроды 4 на внутренней поверхности 5 оболочки носового обтекателя 3 имеют ширину d=5÷10 мм и существенно снижают (экранируют) электрическое поле грозового облака и приближающегося лидера молнии вблизи краев антенны 7, где присутствует наибольший коэффициент усиления электрического поля, не создавая дополнительных помех для работы антенны 7 радара, расположенной под носовым обтекателем 3.
В результате, во-первых, резко уменьшается интенсивность коронного разряда с краев антенны 7, которая связана с напряженностью электрического поля квадратичной зависимостью, и, соответственно, количество ионов, образующихся внутри носового обтекателя 3. Это приводит к тому, что на внешней 2 и внутренней 5 поверхности оболочки носового обтекателя 3 накапливаются заряды существенно меньшей величины. Во-вторых, существенно снижается вероятность осаждения образовавшихся внутри носового обтекателя 3 ионов на участки внутренней поверхности 5 оболочки носового обтекателя 3 напротив краев антенны 7, где наиболее вероятно возникновение разряда между антенной 7 и внутренней поверхностью 5 оболочки носового обтекателя 3.
Эффективность предлагаемого в изобретении устройства для молниезащиты носового обтекателя 3 самолета и находящейся под ним антенны 7 радара подтвердили экспериментальные исследования на моделях носовых обтекателей 3 с использованием искусственных облаков заряженного водного аэрозоля, при которых не было зарегистрировано электрического пробоя диэлектрической оболочки носового обтекателя 3 и разрядов между антенной 7 и внутренней поверхностью 5 оболочки носового обтекателя 3.
Использование такого устройства для молниезащиты позволит существенно уменьшить накопление заряда на внутренней поверхности диэлектрической оболочки носового обтекателя самолета на участках напротив краев антенны радара, не снижая надежности защиты от прямых ударов молнии, практически исключить электрический пробой диэлектрической оболочки носового обтекателя и формирование разрядов между антенной и внутренней поверхностью оболочки носового обтекателя при воздействии молнии и грозовых облаков, повысить надежность работы радионавигационного оборудования без уменьшения радиопрозрачности носового обтекателя.