Активный компенсатор электрического заряда

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к средствам компенсации электрического заряда, образующегося на поверхности летательного аппарата при его обтекании потоком воздуха. Активный компенсатор содержит коронирующий электрод, соединенный с полюсом источника высоковольтного напряжения, электродом-коллектор, электрически соединенный с корпусом летательного аппарата и подключенный к другому полюсу источника напряжения, диэлектрическую прослойку, размещенную между коронирующим электродом и электрод-коллектором. Выступающая часть диэлектрической прослойки выполнена в виде конуса. Активный компенсатор выполнен сборным, состоящим из нескольких модулей, соединенных между собой и электрически связанных друг с другом, при этом каждый модуль содержит электрод-коллектор, окружающий диэлектрическую прослойку, а рабочий электрод расположен внутри диэлектрической прослойки на ее оси. В наиболее удаленном от корпуса летательного аппарата модуле рабочий электрод смещен относительно электрода-коллектора вниз по потоку, а выступающая часть диэлектрической прослойки выполнена в виде конуса. Число модулей задается общей длиной активного компенсатора и зависит от места его установки на корпусе летательного аппарата и потенциала зажигания коронного разряда. Технический результат заключается в повышении безопасности эксплуатации вследствие уменьшения риска поражения летательного аппарата молнией и влияния электрического заряда на бортовую авионику. 1 Ил.

 

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к области компенсации электрического заряда, образующегося на поверхности летательного аппарата (ЛА) при его обтекании потоком воздуха и работе его силовой установки, и служит для повышения безопасности летной эксплуатации ЛА.

В последнее время, в связи с непрерывным совершенствованием самолетов гражданской авиации, к методам компенсации электрического заряда, особенно нетрадиционным и более эффективным, чем существующие, стал проявляться повышенный интерес. Это связано с возможностью использования новых активных методов управления электрическим зарядом ЛА.

Известно, что на поверхности самолета вследствие его внешней (при полете в облаках, туманах, пылевых образованиях) и внутренней (двигательной) электризации накапливается электрический заряд, негативно влияющий на радиоэлектронное оборудование ЛА и могущий вызвать удар молнии на самолет. Данный заряд при достижении им некоторой величины "стекает" с самолета через систему штатных "пассивных" компенсаторов (разрядников), работающих по принципу коронного разряда, установленных на участках поверхности с большой кривизной.

Недостатком штатных компенсаторов (разрядников) является то, что они начинают функционировать только после накопления на самолете некоторого заряда. Также с помощью имеющихся активных компенсаторов (разрядников) нельзя задавать требуемый общей электрической обстановкой или условиями испытаний заряд самолета.

Для преодоления указанных недостатков предлагается осуществлять "активную" компенсацию заряда самолета (вплоть до нуля или до перезарядки другим знаком) с помощью эффективного "активного" компенсатора.

Известно "Устройство для рассеяния электрических зарядов с самолетов", патент US 5278721 от 11.01.1994 г., которое является сборным - состоящим из набора участков с разной проводимостью. При движении зарядов по такому устройству (разряднику) индуцируется магнитное поле, которое помогает зарядам стекать с компенсатора (разрядника).

Недостатком данного технического решения является то, что в конструкции устройства (разрядника) необходимо использовать несколько материалов с точным подбором величины проводимостей для эффективной работы разрядника, что усложняет и удорожает его конструкцию. Кроме того, данный разрядник зависит от заряда ЛА, для которого существует пороговый уровень, ниже которого разрядник не будет функционировать, а также не учтено магнитное поле Земли, которое может влиять на работу разрядника, и влияние длины разрядника на эффективность его работы.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому и принятому за прототип является "Активный компенсатор электрического заряда летательного аппарата", авторское свидетельство SU 1148244 от 28.03.1983 г., опубл. в БИ №22 от 10.08.2004 г., в котором в электрическую цепь штатного пассивного разрядника включается дополнительный высоковольтный источник напряжения. При этом, варьируя напряжением, генерируемым этим источником, можно управлять зарядом ЛА.

Недостатком данного активного компенсатора является необходимость, для большей эффективности, использования достаточно мощного источника питания компенсаторов, особенно для компенсаторов, установленных в местах корпуса ЛА с большим радиусом кривизны.

Технической задачей данного изобретения является повышение эффективности снятия (компенсации) заряда ЛА, уменьшение помех на связную и навигационную радиоаппаратуру, повышение молниезащиты ЛА, повышение безопасности эксплуатации авиационной техники, снижение затрат и времени при ее обслуживании, а также универсальность конструкции оборудования ЛА.

Технический результат достигается тем, что заявляемый активный компенсатор электрического заряда, преимущественно летательного аппарата, содержит коронирующий электрод, соединенный с полюсом источника высоковольтного напряжения U, электрод-коллектор, электрически соединенный с корпусом летательного аппарата и подключенный к другому полюсу источника напряжения, диэлектрическую прослойку, размещенную между коронирующим электродом и электродом-коллектором, при этом выступающая часть диэлектрической прослойки выполнена в виде конуса. Причем активный компенсатор выполнен сборным, состоящим из нескольких модулей, соединенных между собой и электрически связанных друг с другом, число которых определяет общую длину активного компенсатора, при этом каждый модуль содержит электрод-коллектор, окружающий диэлектрическую прослойку, а рабочий электрод расположен внутри диэлектрической прослойки на ее оси. В наиболее удаленном от корпуса летательного аппарата модуле рабочий электрод смещен относительно электрода-коллектора вниз по потоку, а выступающая часть диэлектрической прослойки выполнена в виде конуса. При этом число модулей активного компенсатора задается общей длиной всего активного компенсатора и зависит от места его установки на корпусе летательного аппарата, его производительности и потенциала зажигания коронного разряда, который уменьшается с увеличением суммарной длины активного компенсатора в соответствии с функциональным соотношением ϕ*˜L^-1/2, где ϕ* - потенциал зажигания коронного разряда на коронирующем электроде активного компенсатора, L - общая длина компенсатора, причем для каждого места установки активного компенсатора выбирается свое значение ϕ* и L с учетом механической прочности компенсатора и его максимальной производительности.

На чертеже представлена схема активного компенсатора электрического заряда.

Активный компенсатор электрического заряда состоит из механически и электрически соединенных между собой одного или нескольких модулей 1 и модуля 7. Модули 1 и модуль 7 состоят из рабочего электрода 2 и электрода-коллектора 3, разделенных диэлектрической прослойкой 4. Совокупность рабочих электродов 2 модулей 1 и модуля 7 составляют коронирующий электрод активного компенсатора, соединенный с одним полюсом источника высокого напряжения 5, другой полюс которого соединен с корпусом летательного аппарата, электрически и механически связанного с электродом-коллектором. Все модули 1 и модуль 7 активного компенсатора связаны между собой при помощи, например, специальных коннекторов 6. В наиболее удаленном от корпуса летательного аппарата модуле 7 выступающая часть диэлектрической прослойки 4 выполнена в виде конуса, а рабочий электрод заострен.

Форма активного компенсатора обеспечивает его безотрывное обтекание внешним потоком газа, что снижает радиопомехи компенсатора (возникающие из-за турбулентных пульсаций сходящего с компенсатора одноименно заряженного потока газа). Сносящий внешний поток выносит заряженные частицы из области коронного разряда, возникающего на коронирующем электроде, и препятствует их попаданию на электрод-коллектор.

В ходе установки активного компенсатора на корпус летательного аппарата определяется число модулей 1 в зависимости от конкретного места его установки и производительности, активный компенсатор устанавливают в заданном месте на корпусе летательного аппарата, коронирующий электрод и электрод-коллектор подключаются к источнику питания высокого напряжения, и задается уровень потенциала, подаваемого на коронирующий электрод. Преимуществом конструкции предлагаемого компенсатора также является то, что не требуется изготовление нового компенсатора целиком, компенсатор нужной длины "набирается" из отдельных модулей, что снижает время изготовления и трудозатраты.

Следует отметить, что данный активный компенсатор в случае выхода из строя источника высокого напряжения продолжает функционировать как штатный пассивный разрядник.

Использование предлагаемого активного компенсатора повышает безопасность эксплуатации авиационной техники, уменьшает риск поражения летательного аппарата молнией, влияние электрического заряда летательного аппарата на бортовую авионику, тем самым снижая затраты при его обслуживании.

Активный компенсатор электрического заряда, преимущественно летательного аппарата, содержащий коронирующий электрод, соединенный с полюсом источника высоковольтного напряжения, электрод-коллектор, электрически соединенный с корпусом летательного аппарата и подключенный к другому полюсу источника напряжения, диэлектрическую прослойку, размещенную между коронирующим электродом и электрод-коллектором, при этом выступающая часть диэлектрической прослойки выполнена в виде конуса, отличающийся тем, что активный компенсатор выполнен сборным, состоящим из нескольких модулей, соединенных между собой и электрически связанных друг с другом, число которых определяет общую длину активного компенсатора, при этом каждый модуль содержит электрод-коллектор, окружающий диэлектрическую прослойку, и рабочий электрод, расположенный внутри диэлектрической прослойки на ее оси, причем в наиболее удаленном от корпуса летательного аппарата модуле рабочий электрод смещен относительно электрода-коллектора вниз по потоку, а выступающая часть диэлектрической прослойки выполнена в виде конуса, при этом число модулей, создающих активный компенсатор, определяется общей длиной активного компенсатора и зависит от места его установки на корпусе летательного аппарата, его производительности и потенциала зажигания коронного разряда, который уменьшается с увеличением суммарной длины активного компенсатора в соответствии с функциональным соотношением ϕ*˜L^-1/2, где ϕ* - потенциал зажигания коронного разряда на коронирующем электроде активного компенсатора, L - общая длина компенсатора, причем для каждого места установки активного компенсатора значение ϕ* и L выбрано с учетом механической прочности компенсатора и его максимальной производительности.