Система защиты привязного беспилотного летательного аппарата от молний Российский патент 2025 года по МПК H05K9/00 B64U10/60 

Изобретение относится к малой авиации, в частности к средствам защиты привязных беспилотных летательных аппаратов от повреждений при интенсивном воздействии грозовых разрядов молнии на беспилотный летательный аппарат с поддоном в виде транспортного средства и кабель-тросом, питающем летательный аппарат.

Известно устройство для защиты летательного аппарата от поражения молнией (см. RU 2395434 С2, 27.07.2010), содержее молниеотвод, выполненный в виде, например, мишени - молниеприемника, размещенного в соответствующей зоне летательного аппарата (ЛА), встроенного в корпус ЛА и электрически изолированного от корпуса, электрический резонансный LC-фильтр, вход которого соединен с выходом молниеприемника, а выход - с заземлением на корпусе ЛА. Электрический резонансный LC-фильтр 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. Данное устройство работает следующим образом. При близком разряде молнии к ЛА, например, на мишени - молниеприемнике, концентрируются заряды, которые стекают в электрический резонансный LC-фильтр, 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 LC 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 LC-фильтра установлен диодный мост, в диагональ которого подключен накопитель энергии разряда молнии. Тем самым достигается резкое снижение амплитуды напряжения. Мощность (энергия) разряда молнии накапливается на накопительной емкости С2 на длительное время по сравнению продолжительностью входного разряда молнии, длящегося от 0,01 сек до 0,1 сек.

Недостатком этого известного устройства можно считать (запаздывание) неуспеваемость по времени процесса разрядки накопительной емкости С2 в случае частого повторения входного разряда молнии для последующей зарядки указанной емкости, что может привести выхода из строя накопительной емкости.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемой системе защиты является принятая автором за прототип защита от молний, предназначенная для установки на беспилотные летательные аппараты (см. Интернет-ресурс: В США научились защищать беспилотники от молний, rossaprimavera.ru). Данная защита от молний на MQ-9B представляет собой клетку Фарадея - сеть переплетающихся медных проволочек, вмонтированных в поверхность планера беспилотника. В нескольких точках планера эта сеть имеет стоки, определенные места выхода электричества после того, как оно после удара молнии прошло по медным проводникам. Во время проверок на планер аппарата подавали электричество, имитируя удар молнии.

К недостатку этой защиты можно отнести низкую эффективность отвода грозовых зарядов облака от защищаемого объекта при высоком напряжении на разных точках клетки Фарадея и наличие не полного компенсирования внешнего поля.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является повышение эффективности защиты привязного беспилотного летательного аппарата от молний при их разных по характеру воздействиях на защищаемый объект.

Технический результат достигается тем, что в системе защиты привязного беспилотного летательного аппарата от молний, включающей первую клетку Фарадея, выполненную в виде сети переплетающихся медных проволочек, вмонтированных в поверхность беспилотного летательного аппарата, транспортное средство, содержащее наземный источник питания, лебедку и служащее в качестве поддона привязного беспилотного летательного аппарата, а также для его транспортировки по суше, дополнительно накрывают второй клеткой Фарадея. кабель-трос, осуществляющий электрическое питание беспилотного летательного аппарата от наземного источника питания и наматывающий и разматывающий на барабан лебедки, помещают в третью клетку Фарадея, причем первую, второю и третью клетки Фарадея одновременно заземляют.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что применение трех проволочных сеток Фарадея с заземлителем дает возможность обеспечить отвод тока молний от привязной высотной платформы, представленной беспилотным летательным аппаратом.

Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков, позволяет решить задачу отвода тока молний от привязной высотной платформы («молниеотвод), выполненной беспилотным летательным аппаратом, благодаря применению трех проволочных сеток Фарадея с желаемым техническим результатом, т.е. повышением эффективности защиты привязного беспилотного летательного аппарата от молний при их разных по характеру воздействиях на защищаемый объект.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемой системы защиты привязного беспилотного летательного аппарата от молний.

Данная система содержит привязной беспилотный летательный аппарат 1, первую сетку Фарадея 2, кабель-трос 3, второю клетку Фарадея 4, транспортное средство 5, третью клетку Фарадея 6 и заземлитель 7.

Работа предлагаемой системы основывается на использовании принципа действия одновременно трех клеток Фарадея с последующим отводом от них остатков грозовых зарядов на землю.

Как известно, клетка Фарадея представляет собой замкнутое пространство для предотвращения прохождения электромагнитных полей, и она изготавливается из токопроводящего сплошного материала или токопроводящей сетки. В рассматриваемом случае все три клетки Фарадея представлены в сеточном виде.

На земле перед запуском привязного летательного аппарата 1, например коптера, его верхнюю поверхность накрывают первой клеткой Фарадея 2, выполненной в виде токопроводящей проволочной сетки с учетом геометрических размеров (ширина, длина) верхней части коптера (сетку на верхней поверхности коптера можно смонтировать с помощью четырех опор, расположенных на верхней части рамы коптера). Одновременно с этим кабель-трос 3 пропускают через вторую клетку Фарадея 4, выполненную в виде токопроводящей проволочной сетки (экран) в зависимости от диаметра кабель-троса и его длины начиная от транспортного средства заканчивая до нижней части коптера. Верхнюю поверхность транспортного средства 5, содержащего наземный источник питания и лебедку, накрывают третьей клеткой Фарадея 6, выполненной в виде токопроводящей проволочной сетки в зависимости от геометрических размеров (ширина, длина) верхней поверхности транспортного средства и его конфигурации (сетку на верхней поверхности транспортного средства можно смонтировать с помощью четырех опор, расположенных на верхней части транспортного средства). Кроме того, все три сетки Фарадея заземляют с помощью заземлителя 7. При этом все три заземленные сетки не должны создавать препятствий к взлету и спуску привязного летательного аппарата и его полету, а также его зависанию и другим маневрам.

Как показывает практика при молниях наиболее опасным (уязвимым), как для самого привязного летательного аппарата, так и обслуживающего персонала (оператора), может оказаться электропроводящая часть коптера при режиме его зависания, используемом большей степени в качестве платформы для выполнения различных по характеру народнохозяйственных задач с участием оператора. Поэтому в рассматриваемом случае акцент будет сделан на отвод грозовых зарядов от молний не только от рамы коптера (наивысшая точка), но и кабель-троса и транспортного средства (все три части платформы - приоритеты для молнии) с последующей защитой оператора.

При воздействии разрядов молний на данную привязную платформу в режиме зависания, первая, вторая и третья сетки Фарадея, защищающие соответственно коптер, кабель-трос и транспортное средство, по принципу их действия не будут пропускать в себя электромагнитное излучение. Это объясняется особым взаимодействием проводящих материалов с электричеством. Как правило, электроны в их атомах не связаны плотно с ядрами, поэтому могут свободно перемещаться. И когда электрическое поле, генерирующееся, например, зарядами молний, взаимодействует с тремя сетками Фарадея, эти частицы (электроны) перемещаются на одну сторону контура, в то время как на другой концентрируются их «коллеги», имеющие положительный заряд. В результате возникает полярность, которая создает вокруг указанных сеток Фарадея электрическое поле, нейтрализующее осуществляющееся извне воздействие. Другими словами, подобные контуры успешно блокируют или перенаправляют электрические разряды. Согласно принципу действия предлагаемой системы для обеспечения дополнительной безопасности, все три проволочные сетки заземляются заземлителем с соответствующим его сопротивлением, обеспечивающим отвод остатка тока молнии на землю. Отсюда можно заключить, что молнии, образующиеся в точке в облаке, и попавшие в привязную платформу, не смогут нанести ущерба благодаря заземленным трем сеткам Фарадея.

Подбором размеров ячейки сеток по отношению длины (соизмеримость), падающей на них электромагнитной волны, проводимости материала сеток и их толщины, дополнительно можно обеспечить защиту рассматриваемой платформы от нежелательных высокочастотных излучений и статических электрических полей, и тому подобное.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении на основе применения трех заземленных токопроводящих проволочных сеток Фарадея, служащих для отвода тока молний от привязной высотной платформы в целом, можно обеспечить повышение эффективности защиты привязного беспилотного летательного аппарата от молний при их разных по характеру воздействиях на защищаемый объект.

Система защиты привязного беспилотного летательного аппарата от молний содержит три одновременно заземленные клетки Фарадея, выполненные в виде сети переплетающихся медных проволочек, одна из которых вмонтирована в поверхность беспилотного летательного аппарата, второй накрывают беспилотный летательный аппарат, наземный источник питания и лебедку, в том числе при его транспортировке по суше, а в третью помещают кабель-трос. Обеспечивается повышение эффективности защиты привязного беспилотного летательного аппарата от молний при их разных по характеру воздействиях на защищаемый объект. 1 ил.

Система защиты привязного беспилотного летательного аппарата от молний, включающая первую клетку Фарадея, выполненную в виде сети переплетающихся медных проволочек, вмонтированных в поверхность беспилотного летательного аппарата, отличающаяся тем, что транспортное средство, содержащее наземный источник питания, лебедку и служащее в качестве поддона привязного беспилотного летательного аппарата, а также для его транспортировки по суше, дополнительно накрывают второй клеткой Фарадея, кабель-трос, осуществляющий электрическое питание беспилотного летательного аппарата от наземного источника питания и наматывающий и разматывающий на барабан лебедки, помещают в третью клетку Фарадея, причем первую, вторую и третью клетки Фарадея одновременно заземляют.