Детектор разрядов молнии Советский патент 1983 года по МПК H05F3/00 

(5) ДЕТЕКТОР РАЗРЯДОВ МОЛНИИ

Изобретение относится к технике защиты от разрядов молнии, и может быть использовано при разработке приборов для регистрации и контроля электрических параметров атмосферы и самолета в .полете. Известно устройство для обнаружения молнии, представляющее собой самолетный газовый разрядник с использованием съемного защитного комбинированного промежутка и последовательного включенного конденсатора f Это устройство позволяет регистрировать попадание только первой мол нии, что связано с оплавлением прюмежутков после отвода.разряда с антенны на корпус самолета. Наиболее близким к предлагаемому является детектор разрядов молнии, содержащий последовательно соединенные приемную антенну, формирователь сигнала и регистратор 2 J. Недостатком этого детектора является низкая точность определения места разряда молнии. Цель изобретения - повышение точности определения расположения канала разряда молнии в пространстве при работе детектора на самолете. Поставленная цель достигается тем, что детектор разрядов молнии, содержащий последовательно соединенные приемную антенну, формирователи сигналов и регистратор,сйабжен формирователем каналов прохождения сигналов, приемная антенна выполнена в виде нескольких пар плоских витков из электропроводящего материала, из которых две пары расположены в передней части фюзеляжа, две пары - в, средней части фюзеляжа, по одной паре - на каждой плоскости крыла, каждой плоскости стабилизатора и на плоскости киля, при этом витки одной пары, установленной в передней части .фюзеляжа, и одной пары, установленной в средней части фюзеляжа, расположены в вертикальной плоскости симметрии фюзеляжа симметрично относительно горизонтальной плоскости, витки двух остальных пар, установленных на фюзеляже, расположены в горизонтальной плоскости симметрично относи тельно упомянутой вертикальной плоскости симметрии, витки пар, установленных на плоскостях крыла, стабилизатора и киля расположены симметрично относительно этих плоскостей, а формирователь сигналов выполнен в виде группы блоков сигнализации совпадения и несовпадения полярности сигналов в витках каждой из упомянутых пар. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - схема распо ложения витков антенны на самолете; на фиг. 3 - схема выявления прост-: ранственного расположения канала раз ряда молнии по сигналам с различных витков антенны, установленных на фюзеляже; на фиг. и 5 - схемы генерации электродвижущей силы в витках Детектор разрядов молнии состоит из электропроводящих витков. На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого устройства, содержащего витки 1-18, соединенные с формирователями 19-36 сигнала, часть которых соединена с соответствующими логическими элементами И через инверторы с другими логическими элементами И - непосредственно, а другая часть формирователей сигнала с соответствующими логическими элементами И соединена непосредственно Выходы элементов И +6-53 соединены со входами элементов И выходы этих элементов и выходы элементов И 58-67 через согласующие устройства 68-81 соединены с многоканальным регистратором 82. Устройство работает следующим образом. С каждой пары витков 1 и 3,2 и 5 и 7, 6 и 8, 9 и 10, Пи 12, 13 И I, 15 И 16, 17 и 18 поступают сиг налы либо одинаковой полярности, либ разной. С. каждого витка 1-18 сигнал подается на соответствующие формирователи 19-36, вырабатывающие стандартный импульс той же полярности, что и входной сигнал. Блок-схема (фиг. 1) содержащая формирователи 19-22, инверторы 37 и 38, логические элементы И , 3 5 и 55, согласующие устройства 68 и 69 и каналы А и В записи регистратора 82, работает совместно с витками (1 и 3 )и(2 и k установленными на носовой части фюзеляжа (фиг. 2), После формирователя 19 импульс поступает на вход предварительных элементов И 6 и 8, после формирователя 21 сигнал поступает на вход предварительного элемента И 8 и через инвертор 37 меняющий полярность импульса на прютивоположную - на вход предварительного элемента И Ц6. После формирователя 20 импульс поступает на вход предварительных элементов И 47 и , после формирователя 22 на вход предварительного элемента И 49 и через инвертор 38 - на вход предварительного элемента И kl. В случае прохождения импульсов через каждый из предварительных элементов И t6- 9, следующие элементы И Б и 55 вырабатывают импульсы, поступающие на согласующие устройства 68 и 69 с бортовым регистратором 82. Каждый импульс поступает в свой канал записи регистратора. Если с пар витков 1 и 3 и 2 и 4 одновременно поступают сигналы разной полярности, то импульс поступает на вход А регистратора 82, если же одновременно поступают сигналы одной полярности, то импульс поступает на вход В регистратора 82. Во всех остальных случаях запись не производится. Аналогичная блок-схема (фиг. 1), содержащая формирователи 23-26, инверторы 39 и 0, логические элементы И 50-53 и 56 и 57, согласующие устройства 70 и 71 и каналы С и D записи регистратора 82, работает совместно с витками 5 и 7 и 6 и 8, установленными на средней части фюзеляжа (фиг. 2). Работает .эта блок-схема точно так же, как и предыдущая. Блок-схема (фиг. 1), содержащая формирователи 27 и 28, инвертор tl , логические элементы И 58 и 59, согласующие устройства 72 и 73 и каналы F и G записи регистратора 82, работает совместно с витками 9 и 10, установленными на правом крыле (фиг. 2). После формирователя 27 импульс поступает на вход логических элементов И 58 и 59 после формирователя 28 - на вход логического элемента И 59 и через инвертор , меняющий полярность импульса на противоположную - на вход логического элемента И 58. В случае прохождения импульсов :через логический элемент И 58, с выхода последнего импульс поступает на согласующее устройство 72 с бортовым регистратором 82. В случае прохождения импульсов через логический элемент И 59, с выхода последнего им пульс поступает на согласующее устройство 73 с бортовым регистратором 82. Каждый импульс поступает в свой канал записи регистратора 82. Если с витков 9 и 10 поступают сигналы разной полярности, то на вход F регистратора 82 поступает импульс, если же с витков 9 и 10 поступают сигналы одной полярности, то импульс поступает на вход G регистратора 82. Аналогичные блок-схемы работают точно так же {фиг. 1), совместно с витками 11 и 12, 13 и , 15 и 16, 17 и 18, установленными на левом крыле, правом стабилизаторе, левом стабилизаторе и киле соответственно (фиг. 2). Предлагается установить не менее девяти пар витков на ;амолет, из них две пары - на носовую часть фюзеляжа, две пары - на среднюю часть фюзеляжа и по одной паре - на средних частях крыльев, правого и левого стабилизатора и киля (фиг. 2). Схема расположения витков 1-, ус тановленных на носовой части фюзеляжа, представлена на фиг. 3, на которой изображено поперечное сечение фю зеляжа плоскостью с началом координат в центре сечения в точке 0. Ось X направлена вдоль фюзеляжа, оси У и Z лежат в плоскости сечения. В плоское ти ХОУ лежат витки 2 и /4, а в плоскости XOZ -, витки 1 и 3. Если ток . молнии, текущей вне йбшивки самолета аппроксимировать ломаной, то каждый прямолинейный участок последней может быть разбит на координатные составляющие. Разобьем условно пространство вокруг фюзеляжа на зоны. Определим зону lid, как часть пространства, заключенного между двумя плоскостями, проходящими через центр витков 2 и k параллельно плоскости XOZ, а зону 11 в - как часть пространства, заключенного двумя плоскостями, проходящими через центры витков 1 и 3 параллельно плоское ти ХОУ. В зоне Via X - составляющая тока молнии наводит на витках 2 и ЭДС такую, что с них поступают сигналы разной полярности, как ив случае протекания тока молнии по фюзеляжу, У-составляю(дая наводит ЭДС одного знака, а Z-составляющая ЭДС не наводит. Таким образом, зону Пс( для Х-составлякицей тока молнии можно условно назвать зоной неоднозначности витков 2 и А. Зона 11в является зоной неоднозначности витков 1 и 3 для Х-составляющей тока молнми. Для от-личия случая протекания тока молнии по фюзеляжу от всех fex случаев, когда молния самолета не поражает, служит соответствующим образом построенный логический формирователь каналов прохождения сигналов (фиг. 1). Только в том случае, если витки 1 и 3 выработают сигналы разной полярности одновременно с витками 2 и t, (случай протекания тока молнии ло фюзеляжу) , импульс поступит на вход А регистратора 82 (фиг. 1). Если же , витки 1 и 3 выработают сигнал одной полярности одновременно с. витками 2 и , (разряд молнии произошел в стороне от самолета), импульс поступит на вход В регистратора 82 (фиг. 1). В том случае, когда витки 1 и 3 вырабатывают сигнал, например, разной полярности, а витки 2 и 4 -.одной полярности, то ни на вход А, ни на вход В регистратора 82 импульсы поступать не будут, (случай протекания тока молнии в зоне 11в параллельно оси X). Таким образом, в случае протекания тока молнии в зонах 11d или 11&, он регистрируется витками, установленными на плоскостях. В случае протекания тока молнии в зоне III он регистрируется всеми витками, установленными на обшивке самолета, запись производится соответствующими каналами записи регрстратора 82. Случай протекания тока молнии в зоне 1 не различается устройством от случая поражения самолета молнией. В двух одинаковых плоских витках, размещенных в магнитном поле прямолинейного тока по одну сторону от линии тока (фиг. k) возникает ЭДС индукции при изменении силы этого тока. На концах 1-1 и 1-2 первого витка и концах 2-1 и 2-2 второго витка возникают синфазные ЭДС. В тех же плоских витках, размещенных в магнитном поле прямолинейного тока по разные стороны от линии тока (фиг. 5), при изменении силы тока возникают противофазные ЭДС. Указанное соотношение фаз ЭДС справедливо для любых полых или сплошнЪ1х протяженных проводников с сечением произвольной формы в случае, когда витки расположены вне проводника. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет с достаточной для решения многих практических задач точностью определять место расположения каналов разряда молнии вдоль трассы полета самолета. Формула изобретения Детектор разрядов молнии,содержащий последовательно соединенные приемную антенну, формирователи сигналов и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения расположения канала разряда молнии в пространстве при работе детектора на самолете, он снабжен формирователем каналов прохождения сигналов, приемная антенна выполнена в виде несколь ких пар плоских витков из электропроводящего материала, из которых две пары расположены в передней части фюзеляжа, две пары в средней части фюзеляжа, по одной паре - на каждой плоскости крыла, каждой плоское-, ти стабилизатора и на Плоскости киля, при этом витки одной пары, установленной в передней масти фюзеляжа, и одной пары, установленной в средней части фюзеляжа, расположены в вертикальной плоскости симметрии фюзеляжа симметрично относительно горизонтальной плоскости, витки двух остальных пар, установленных на фюзеляже, расположены в горизонтальной плоскости симметрично относительно указанной вертикальной плоскости симметрии, витки пар, установленных на плоскостях крыла, стабилизатора и киля расположены симметрично относительно этих плоскостей, а формирователь сигналов выполнен в виде группы блоков сигнализации совпадения и несовпадения полярности сигналов в витках каждой из указанных пар. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № , кл. G 01 W 1/00, опублик. 1977. 2.Патент США Н «tlSSlZZ, кл. G 01 R 31/02, опублик. 1979 (прототип) .

3fttaM

tfftj

««wjr