Измеритель вектора напряженности электрического поля для системы грозозащиты летательных аппаратов Российский патент 2023 года по МПК G01R19/00 G01R29/12 

Изобретение относится к авиакосмической технике и направлено на обеспечение безопасности полётов в предгрозовой обстановке, а также может быть использовано при производстве плёночных материалов, при транспортировании порошков и жидкостей, производстве взрывчатых веществ и других отраслях техники, связанной с образованием статического электричества.

Известны одноосные или двухосные измерители напряжённости электрического поля, классификация которых приводится в книге [Болдырев В.Г., Бочаров В.В. Булеков В.П. Резников С.Б. Электротехническая совместимость электрооборудования автономных систем, Москва, Электроатомиздат 1995, стр. 320-322]. Такие измерители реагируют на одну или две составляющие вектора напряжённости поля. К одноосным относятся ротационно-торцевые дисковые и вибрационные измерители, к двуосным относятся ротационно-радиальные сферические или цилиндрические измерители. Такие измерители дают информацию об одной или двух проекциях вектора поля в физическом (земном) пространстве.

Известен «трёхкоординатный датчик напряжённости электростатического поля» [Болдырев В.Г., Бочаров В.В. Булеков В.П. Резников С.Б. Электротехническая совместимость электрооборудования автономных систем, Москва, Электроатомиздат 1995, стр.324-333], который включает три одноосных датчика, которые измеряют три координаты вектора поля в декартовой прямоугольной земной системе координат. Оси чувствительности трёх датчиков определяют оси системы координат. Недостатком этого датчика является требование сферичности его формы, что должно требовать сферичность формы летательного аппарата при измерении вектора напряжённости в полёте. Для летательного аппарата это требование невыполнимо.

За прототип выбран одноосный ротационно-торцевой дисковый или вибрационный измеритель, одним из представителей этого класса приборов является ИНЭП, разработанный для измерения напряжённости электрического поля на поверхности Земли (https://all-pribors.ru/opisanie/19811-00-inep-8-15101).

Технический результат изобретения заключается в том, что предлагаемый прибор измеряет вектор напряжённости в сферической системе координат и может быть установлен на летательном аппарате в точке, где эквипотенциальные линии напряжённости имеют форму усечённого эллипсоида, например, на носу летательного аппарата.

Заявленный технический результат достигается тем, что измеритель вектора напряжённости электрического поля для системы грозозащиты летательного аппарата включает основной одноосный измеритель напряжённости электрического поля, установленный на торце штанги так, что его измерительная ось совпадает с осью штанги; штанга установлена в кардановом подвесе, внешняя ось которого связана с основанием прибора; по каждой из двух осей карданова подвеса установлены двигатели двух следящих систем и измерители двух углов поворота штанги относительно основания прибора; на штанге установлены четыре одноосных вспомогательных измерителя напряжённости электрического поля так, что их взаимоперпендикулярные измерительные оси перпендикулярны оси штанги и попарно направлены в разные стороны; измерительные оси двух вспомогательных измерителей, оси которых параллельны плоскости основания прибора, также параллельны внутренней оси карданова подвеса, а выходы этих вспомогательных измерителей через первый вычитатель-усилитель связаны со входом двигателя первой следящей системы, установленного на внутренней оси карданова подвеса; выходы двух других вспомогательных измерителей через второй вычитатель-усилитель связаны с двигателем второй следящей системы, установленным на внешней оси карданова подвеса; выходы основного измерителя и выходы первого и второго измерителей углов карданова подвеса связаны с выходным разъемом измерителя.

Заявляемое изобретение поясняется чертежом, на которой изображена схема измерителя.

Основной одноосный измеритель 1 устанавливается на торце штанги 2 так, что измерительная ось его совпадает с осью штанги 2, при этом штанга 2 помещена в карданов подвес с рамами 3 и 4, дающий возможность выставить ось штанги 2 по измеряемому вектору напряжённости 5. Основание карданова подвеса 6 связано с корпусом летательного аппарата. Измерению подлежат величина Е с основного одноосного измерителя 1 и два угла γ и ɛ положения штанги относительно координатных осей летательного аппарата, снимаемых с карданова подвеса. Для выставки (определения положения оси штанги относительно измеряемого вектора) используются четыре дополнительных одноосных измерителя 7, 8 и 9, 10, установленных на штанге так, что их измерительные оси перпендикулярны оси штанги, но противоположны по направлению, оси двух дополнительных измерителей 7 и 8 параллельны, но противоположны по направлению осей чувствительности и перпендикулярны осям двух других дополнительных измерителей 9 и 10, так же с противоположным направлением осей чувствительности. Сигналы с двух дополнительных противолежащих измерителей 7 и 8 или 9 и 10 вычитаются между собой соответственно в вычитателях 11 и 12 и подаются на входы усилителей двух следящих систем, первая из которых состоит из блоков 7,8,11,13, а вторая из блоков 9, 10, 12, 15, где блоки 11 и 12 – вычитатели поступающих на них сигналов, а 13 или 15 усилители-двигатели следящих систем, которые установлены на осях карданова подвеса, оси которых перпендикулярны измерительным осям дополнительных измерителей 7 и 8 или 9 и 10. Следящая система поворачивает штангу до момента равенства нулю сигналов разности показаний с двух дополнительных противолежащих измерителей 7 и 8 или 9 и 10. На выход прибора поступают сигналы с выхода измерителя 1- модуль вектора напряжённости и с двух датчиков углов 14 и 16: углы γ и ε -углы положения вектора Е относительно осей ЛА.

Измерение вектора напряжённости электрического поля позволяет вычислить положение эквипотенциальной плоскости напряжённости (которая перпендикулярна направлению измеренного вектора Е) и вычислить градиент поля. При напряжённостях, близких к появлению молний, следует изменить маршрут (двигаться перпендикулярно вектору Е), что позволит избежать попадания ЛА в область с высокой напряжённостью поля. В авиации предлагаемый измеритель вектора напряжённости может применяться для обучения системы искусственного интеллекта (ИИ), которая по показаниям одноосных датчиков, установленных в разных местах обшивки самолёта, должна определять направление и величину вектора напряжённости и не менять аэродинамику самолёта. Предлагаемый измеритель и группа одноосных датчиков монтируются на ЛА на время испытательных полётов. Показания всех датчиков поступают в систему ИИ. Проектировщики должны по показаниям всех датчиков определить алгоритмы определения вектора по показаниям только группы одноосных датчиков и заложить их в систему ИИ. В регулярных полётах предлагаемый измеритель устанавливается только в случаях, когда его установка не ведёт к ухудшению аэродинамики самолёта.

Изобретение относится к авиакосмической технике и направлено на обеспечение безопасности полётов в предгрозовой обстановке. Измеритель вектора напряжённости электрического поля включает основной одноосный измеритель напряжённости электрического поля, установленный на торце штанги так, что его измерительная ось совпадает с осью штанги. Штанга установлена в кардановом подвесе, внешняя ось которого связана с основанием прибора. По каждой оси карданова подвеса установлены двигатели двух следящих систем и измерители двух углов поворота штанги относительно основания прибора. На штанге установлены четыре одноосных вспомогательных измерителя напряжённости электрического поля так, что их взаимоперпендикулярные измерительные оси перпендикулярны оси штанги и попарно направлены в разные стороны. Измерительные оси двух вспомогательных измерителей, оси которых параллельны плоскости основания прибора, также параллельны внутренней оси карданова подвеса, а выходы этих вспомогательных измерителей через первый вычитатель-усилитель связаны со входом двигателя первой следящей системы, установленного на внутренней оси карданова подвеса; выходы двух других вспомогательных измерителей через второй вычитатель-усилитель связаны с двигателем второй следящей системы, установленным на внешней оси карданова подвеса. Выходы основного измерителя и выходы первого и второго измерителей углов карданова подвеса связаны с выходным разъемом измерителя. Прибор измеряет вектор напряжённости в сферической системе координат и может быть установлен на летательном аппарате. Техническим результатом при реализации заявленного изобретения является измерение вектора напряжённости в сферической системе координат и возможность размещения на летательном аппарате в точке, где эквипотенциальные линии напряжённости имеют форму усечённого эллипсоида, например, на носу летательного аппарата. 1 ил.

Измеритель вектора напряжённости электрического поля для системы грозозащиты летательного аппарата, включающий основной одноосный измеритель напряжённости электрического поля, установленный на торце штанги так, что его измерительная ось совпадает с осью штанги; штанга установлена в кардановом подвесе, внешняя ось которого связана с основанием прибора; по каждой из двух осей карданова подвеса установлены двигатели двух следящих систем и измерители двух углов поворота штанги относительно основания прибора; на штанге установлены четыре одноосных вспомогательных измерителя напряжённости электрического поля так, что их взаимоперпендикулярные измерительные оси перпендикулярны оси штанги и попарно направлены в разные стороны; измерительные оси двух вспомогательных измерителей, оси которых параллельны плоскости основания прибора, также параллельны внутренней оси карданова подвеса, а выходы этих вспомогательных измерителей через первый вычитатель-усилитель связаны со входом двигателя первой следящей системы, установленного на внутренней оси карданова подвеса; выходы двух других вспомогательных измерителей через второй вычитатель-усилитель связаны с двигателем второй следящей системы, установленным на внешней оси карданова подвеса; выходы основного измерителя и выходы первого и второго измерителей углов карданова подвеса связаны с выходным разъемом измерителя.