Молнии — обычное природное явление, в среднем ежедневно в атмосфере Земли происходит около 8 миллионов ударов молнии. Среди них амплитуда достигает 200 кА, а скорость нарастания тока может достигать примерно 1000 кА в секунду. БПЛА, летающие на больших высотах, очень уязвимы для ударов молнии. Без адекватных мер молниезащиты БПЛА станут очень уязвимыми в грозовых условиях, неспособными выполнять нормальную работу, а то и вовсе выйдут из-под контроля, сильно снизив боевые показатели. Поэтому большое значение имеет изучение молниезащиты и противомолниевых электромагнитных импульсных помех БПЛА.
1 Вред молнии для дронов
1.1 Прямые эффекты
Прямое воздействие в основном относится к физическому повреждению конструкции, вызванному прямым попаданием молнии в БПЛА. Степень повреждения в основном связана с такими факторами, как величина тока молнии, продолжительность, интеграл действия и величина переноса заряда, которые в основном включают следующие аспекты.
(1) Механические воздействия. В БПЛА широко используются композиционные материалы, такие как обтекатели, конструкции фюзеляжа, крылья и т. д. Напряжение молнии достигает тысяч киловольт, а время действия составляет всего несколько миллисекунд. Таким образом, создаваемая ударная сила очень велика, что может привести к разрушению, вскрытию и разрыву таких конструкций, как обтекатели и обшивка фюзеляжа.
(2) Термический эффект. Электропроводность композитного материала очень низкая. Когда дрон поражается молнией, композитный материал не может эффективно проводить ток молнии, а электрический заряд накапливается в большом количестве вблизи точки удара молнии и преобразуется в тепловую энергию, что может привести к воспламенению, плавлению и разрушению композитного материала. структурная деформация. Ждать. Тепловой эффект является типичной формой поражения молнией, которая серьезно угрожает безопасности полетов БПЛА.
(3) Эффект искры. Эффекты кремации включают тепловые искры и электрические искры. Под теплом понимается горение материалов при выбросе обломков из горячей точки, а под искрой — пробой среды под действием напряжения. Поскольку молния мгновенно высвобождает энергию, пиковое значение тока молнии очень велико, и если сопротивление определенной точки велико, легко создать эффект искры. Искровые эффекты представляют наибольшую опасность для топливной системы и могут вызвать воспламенение паров топлива, что приведет к взрыву дрона.
(4) Эффект электромагнитной силы. Когда ток течет по проводникам в одном или разных направлениях, создаются силы, притягивающие или отталкивающие друг друга. Ток молнии очень большой, поэтому генерируемая электромагнитная сила очень сильна, что может привести к таким повреждениям, как обрыв кабеля, разрыв кожи, изгиб и т. д., влияя на безопасность полета дрона.
1.2 Косвенные эффекты
Косвенные эффекты в основном относятся к помехам или повреждению молнией электронного и электрического оборудования БПЛА, что приводит к косвенным опасностям, которые могут поставить под угрозу нормальную работу БПЛА.
(1) Электромагнитный эффект. После формирования канала молнии импеданс всего канала очень низкий. Сильный ток, вызванный молнией, может генерировать сильный электромагнитный импульс. После того, как электромагнитный импульс попадет в дрон через различные каналы связи, на устройстве будут генерироваться наведенное напряжение и наведенный ток. Из-за нехватки места многие электронные устройства плотно расположены внутри дрона, и электромагнитные импульсы, генерируемые молнией, будут создавать серьезные помехи для этих устройств. Когда БПЛА подвергается электромагнитным помехам, это может привести к блокировке канала передачи данных, нарушению связи, трудностям в выполнении инструкций миссии и даже выходу из-под контроля и сбою.
(2) Эффект электростатической индукции. Когда ударяет молния, поверхность дрона может индуцировать индуцированный заряд с полярностью, противоположной полярности нисходящего лидера молнии. Когда молния исчезнет, наведенный заряд на оболочке будет перераспределен, что может вызвать более высокое напряжение, что может привести к повреждению внутреннего оборудования. вмешательство.
2 Рекомендации по защите от молнии для дронов
БПЛА имеет сложную структуру, высокую системную интеграцию и различные требования к молниезащите между различными системами, поэтому методы защиты также сильно различаются. В данной статье предлагается, чтобы проектная группа при проведении молниезащиты БПЛА учитывала следующие предложения:
(1) Для работы оборудования молниезащиты разница между большими дронами и пилотируемыми дронами невелика, и можно напрямую ссылаться на опыт проектирования пилотируемых дронов; небольшие дроны значительно отличаются от пилотируемых дронов по конструкции и размеру и подвержены влиянию молний. Разница также очень велика, поэтому в этой статье предлагается, чтобы базовые исследования по молниезащите проводились специально для малых БПЛА, чтобы обеспечить разумность и надежность различных мер защиты.
(2) В БПЛА используется много композитных материалов, композитные материалы имеют низкую проводимость и плохие характеристики экранирования, а внутреннее электронное оборудование более восприимчиво к помехам от молнии. Поэтому при проектировании молниезащиты БПЛА следует уделять внимание защите от косвенного воздействия молнии. работать и повышать уровень защиты.
(3) К БПЛА предъявляются более строгие требования по весу. С учетом снижения веса рекомендуется спроектировать молниезащиту и другие функции, такие как нагрев и противообледенение, электромагнитная совместимость (ЭМС), поле излучения высокой интенсивности (HIRF), электромагнитный импульс (ЭМИ). время для повышения комплексного технического уровня БПЛА.
В будущем беспилотные летательные аппараты будут все более широко использоваться в военной и гражданской областях. С ростом интеграции системы увеличивается и воздействие грозовых электромагнитных импульсов на БПЛА, поэтому необходимо принимать соответствующие меры молниезащиты. В то же время молниезащита БПЛА представляет собой комплексный проект, который требует от общего отдела составления общего плана молниезащиты всего самолета на стадии утверждения проекта, а затем пошагово декомпозировать задачи, сформулировать защиту планы и провести соответствующие испытания.
