O relâmpago é um fenômeno natural comum, com uma média de cerca de 8 milhões de relâmpagos ocorrendo todos os dias na atmosfera da Terra. Entre eles, a amplitude é tão alta quanto 200 kA, e a taxa de elevação da corrente pode chegar a cerca de 1000 kA por segundo. UAVs voando em grandes altitudes são muito vulneráveis a relâmpagos. Sem medidas adequadas de proteção contra raios, os UAVs se tornarão muito vulneráveis em ambientes de tempestades, incapazes de realizar o trabalho normal ou até mesmo cair fora de controle, reduzindo bastante os indicadores de combate. Portanto, é de grande importância estudar a proteção contra raios e a interferência de pulso eletromagnético anti-relâmpago de UAVs.
1 O dano de raios para drones
1.1 Efeitos Diretos
O efeito direto refere-se principalmente ao dano físico à estrutura causado por raios que atingem diretamente o UAV. O grau de dano está relacionado principalmente a fatores como o tamanho da corrente do raio, duração, integral de ação e quantidade de transferência de carga, que incluem principalmente os seguintes aspectos.
(1) Efeitos mecânicos. Os UAVs fazem uso extensivo de materiais compósitos, como radomes, estruturas de fuselagem, asas, etc. A voltagem do raio chega a milhares de quilovolts e o tempo de ação é de apenas alguns milissegundos. Portanto, a força de impacto gerada é muito grande, podendo causar quebra, abertura e rompimento de estruturas como radomes e peles da fuselagem.
(2) Efeito térmico. A condutividade elétrica do material compósito é muito baixa. Quando o drone é atingido por um raio, o material compósito não pode conduzir efetivamente a corrente do raio, e a carga elétrica é acumulada em grande quantidade perto do ponto de queda do raio e convertida em energia térmica, o que pode fazer com que o material compósito queime, derreta e deformidade estrutural. Esperar. O efeito térmico é uma forma típica de dano de raios, que ameaça seriamente a segurança de voo dos UAVs.
(3) Efeito de faísca. Os efeitos da cremação incluem faíscas térmicas e faíscas elétricas. Calor refere-se à queima de materiais quando detritos são ejetados do ponto quente, e faísca refere-se à quebra do meio devido à ação da tensão. Como o raio libera instantaneamente a energia, o valor de pico da corrente do raio é muito alto e, se a impedância de um determinado ponto for grande, é fácil produzir um efeito de faísca. Os efeitos de faísca representam a maior ameaça ao sistema de combustível e podem causar a ignição dos vapores de combustível, fazendo com que o drone exploda.
(4) Efeito da força eletromagnética. Quando a corrente flui através de condutores na mesma direção ou em direções diferentes, são criadas forças que se atraem ou se repelem. A corrente do raio é muito grande, então a força eletromagnética gerada é muito forte, o que pode causar danos como quebra de cabos, rasgos na pele, dobras, etc., afetando a segurança de voo do drone.
1.2 Efeitos indiretos
Os efeitos indiretos referem-se principalmente à interferência ou dano de raios nos equipamentos eletrônicos e elétricos dos UAVs, resultando em riscos indiretos que podem colocar em risco a operação normal dos UAVs.
(1) Efeito eletromagnético. Após a formação do canal de raios, a impedância de todo o canal é muito baixa. A forte corrente trazida pelo raio pode gerar um forte pulso eletromagnético. Após o pulso eletromagnético entrar no drone através de vários canais de acoplamento, a tensão induzida e a corrente induzida serão geradas no dispositivo. Devido a restrições de espaço, muitos dispositivos eletrônicos estão densamente distribuídos dentro do drone, e os pulsos eletromagnéticos gerados pelos raios causarão sérias interferências nesses dispositivos. Quando o UAV está sujeito a interferência eletromagnética, pode fazer com que o link de dados seja bloqueado, a comunicação não seja suave, as instruções da missão sejam difíceis de executar e até percam o controle e caiam.
(2) Efeito de indução eletrostática. Quando o raio atinge, a superfície do drone pode induzir uma carga induzida com polaridade oposta à do líder descendente do raio. Quando o relâmpago desaparece, a carga induzida no invólucro será redistribuída, o que pode gerar uma tensão mais alta, o que pode causar danos aos equipamentos internos. interferência.
2 recomendações de proteção contra raios para drones
O UAV possui uma estrutura complexa, alta integração do sistema e diferentes requisitos de proteção contra raios entre os diferentes sistemas, portanto, os métodos de proteção também são bastante diferentes. Este artigo sugere que a unidade de projeto deve considerar as seguintes sugestões ao realizar a proteção contra raios UAV:
(1) Para o trabalho de equipamentos de proteção contra raios, a diferença entre drones grandes e drones tripulados é pequena, e a experiência de design de drones tripulados pode ser diretamente referida; pequenos drones são significativamente diferentes dos drones tripulados em termos de estrutura e tamanho e são afetados por efeitos de raios. A diferença também é muito grande, então este artigo sugere que o trabalho de pesquisa básica sobre proteção contra raios deve ser realizado especialmente para pequenos UAVs para garantir que várias medidas de proteção sejam razoáveis e confiáveis.
(2) Os UAVs usam muitos materiais compostos, os materiais compostos têm baixa condutividade e baixo desempenho de blindagem, e o equipamento eletrônico interno é mais suscetível à interferência da indução de raios. Portanto, ao projetar a proteção contra raios UAV, deve-se prestar atenção à proteção dos efeitos indiretos dos raios. trabalho e aumentar o nível de proteção.
(3) Os UAVs têm requisitos de peso mais rigorosos. Para a consideração da redução de peso, recomenda-se projetar proteção contra raios e outras funções, como aquecimento e degelo, compatibilidade eletromagnética (EMC), campo de radiação de alta intensidade (HIRF), pulso eletromagnético (EMP) deve ser considerado ao mesmo tempo. tempo para melhorar o nível técnico abrangente de UAV.
Os UAVs serão cada vez mais amplamente utilizados nos campos militar e civil no futuro. Com a crescente integração do sistema, o impacto dos pulsos eletromagnéticos de raios nos UAVs também está aumentando, por isso é necessário tomar medidas adequadas de proteção contra raios. Ao mesmo tempo, a proteção contra raios de UAVs é um projeto complexo, que exige que o departamento geral faça um plano geral para a proteção contra raios de toda a aeronave na fase de aprovação do projeto e, em seguida, decomponha as tarefas passo a passo, formule proteção planos e realizar os testes correspondentes.
