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EINRICHTUNG ZUR HERABSETZUNG DES ELEKTROSTATISCHEN POTENTIALS AN
FLUGKÖRPERN Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zur Herabsetzung des elektrostatischen
PotentiaL an kann mit größtem Erfolg in der Flugtechnik ur Beseitigung von eventuellen
Störungen des Betriebs von Funkverbindungsmitteln und Elektronavigationsausrüstung
und zur Verminderung der Wahrscheinlichkeit des Auftreffens von Blitzentladungen,
<das durch den Aufspeicherungseffekt der elektrischen Ladung auf der Flugkörperoberfläche
beim Flug im dichten oder verdünnten Medium bewirkt wird ihre Anwendung finden.
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Allgemein bekannt sind die weitgehende Verwendung an al-
len modernen Flugzeugtypen gefunden Einrichtungen zur Herabsetzung
des
elektrostatischen Potentials am Flugkörper, die elektrisch mit dem Gehause des Flugkörpers
verbundene Generatoren fur r geladene. Teilchen mit entgegengesetztem Vorzeichen
im Vergleich zur Ladung im Begleit- und/oder im aus dem Strahltriebwerk des Flugkörpers
herausströmenden Treibstrahl nspitzen 1, (3. beispielsweise "Technische Beschreibung
des Flugzeugs TU-114, Bd. 5, Seiten 219-221, OKB-Verlag, 1959) sogenannten Vorschriftsentlader,
welche die Größe der Potentialdifferenz zwischen dem Flugkörper und der Umgebung
einschränken und nach dem Koronaprinzip der spitzen Körper arbeiten, wobei diese
Entlader an solchen Stellen des Flugkörpers befestigt werden, die sich durch kleinen
Krümmungsradius auszeichnen, wie beispielsweise Flügel-, Heckleitwerks- oder Rumpfenden.
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Diese Einrichtungen werden gethnlich in Form von zugespitzten Nadeln
oder eines Bündels von spitzen Stäben ausgebildet und setzen unter Erzeugung der
Ladungstcilchen desselben Vorzeichens wie es das Potential des Flugkörpers hat,
erst mit gewisser, genughoher Größe dieses Potentials beginnend, ein.
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Diese Einrichtungen zur Herabsetzung des elektrostatischen Potentials
am Flugkörper weisen jedoch ganze Reihe von Nachteilen.
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Der Hauptnachteil dieser Einrichtungen besteht darin, daß die kleinstmögliche
Größe, auf welche sie das Flogkörperpotential herabsetzen können, noch übermäßig
hoch bleibt und u.U.
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die Störungen des Betriebsvorgangs der Funkverbindungsmittel und Elektronavigationsinstrumente
sowie die Wahrscheinlichkeit des Auftreffens von Blitzentladung nicht beseitigt
werden.
Gleichzeitig rsicht die Zuverlässigkeit d-£ Vorschriftentlader nicht aus, da deren
Wirksamkeit vom Krümmungsradi des gespitzten Endes der Nadel abhängt. Das Potential
des Koronaentladungseinsatzes ist je kleiner, desto kleiner der Krümmungsradius
der Nadel ist. Bei mehrmaligen mächtigen Eoronaentladungen aber brennen die Nadeln
ab und der Krümmungs radius deren Oberfläche vergrößert sich, Außerdem ist die Wirksamkeit
dieser Einric htungen zum Abwurf der sah im Betrieb des Strahltriebwerks entwickelnden
Ladung sehr gering infolge deren Befestigung in großer Entfernung von dem geladenen
Treibstrahl.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt es, die erwähnten Nachteile zu
beseitigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in ihrem Aufbau einfache
und wirtschaftliche Einrichtung zur Herabsetzung des elektrostatischen Potentials
an Flugkörpern zu entwickeln, die es ermöglicht, das elektrostatische Potential
des Flugkörpers, das bei dessen Flug im dichten oder verdünnten Medium entsteht,
vollständig zu beseitigen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Einrichturg zur Herabsetzung
des elektrostatischen Potentials an Flugkörper die ein mit dem Flugkörpergehäuse
elektrisch verbundenen Generator @ - geladener Teilchen enthält Welche entgegengesetztes
Vorzeichen im Vergleich zur Ladung im Begleit- unA/oder aus dem Strahltriebwerk
des Flugkörpers ausströmenden Treibstrahl haben, erfindungsgemäß der Generator in
Form von zumindest einer Eorona- und/oder Thermoemissionsionenquelle
ausgebildet
ist, die an eine Bordelelektroenergiequelle angeschlossen ist, die Koronaentladungseinsatz
und/oder Thermoemitteranwärmung gewährleistet, und derart montiert ist, daß die
geladenen Teilchen unmittelbar in den Bereich des Begleit- und/oder Treibstrahls
eingeführt werden.
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Es ist zweckmäßig, die genannten Ionenquellen in den Kanälen zum
Einblasen der Luft in die Schubdüse oder in den Treibstrahl des Strahltriebwerks
unterbringen.
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Falls als Bordelelektroenergiequelle eine Gleichstromquelle verwendet
und die Koronaelektrde der Koronaionenquelle in Form einer Nadel und die andere
Elektrode als Zylinder zum Gas durchfluß ausgelegt wird, soll der Zylinder unmittelbar
mit dem Flugkörpergehäuse und die Nadel mit einem Pol der Bordgleichstromquelle
verbunden werden, deren anderer Pol ebenfalls mit dem Flugkörpergehäuse in Verbindung
zu setzen ist.
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Fur den Fall einer Veränderung des Ladungsvorzeichens im Strahl,
kann die Einrichtung mehrere Koronaionenquellen entdem halten, wobei ein Teil der
Koronaelektroden mit positivem Pol und der andere Teil der Koronaelektroden mit
dem negativen Pol der B)ietelektroenergiequelles während die zweiten Elektroden
der Koronaionenquellen mit dem flugkörpergehäuse und Mittelpunkt der Bordelelektroenergiequelle
verbunden sind.
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Bei Benutzung<als Bordenergiequelle>einer Wechselstromquellelwird
die Koronaelektrode Jeder Koronaionenquelle an die erwähnte Wechselstromquelle und
die andere Elektrode am
Flugkörpergehäuse angeschlossen.
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Es empfiehlt sich, als Emitterwerkstoff der Thermoemissionsionenquelle
ein Metall mit großer Austrittsarbeit zu wählen.
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Der Emitter der Thermoemissionsionenquelle kann im Strom eines halogenhaltigen
Gases angeordnet werden.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen
und der beigelegten Zeichnungen näher erläutert, es zeigt Fig, 1 Prinzipschaltbild
einz erfindungsgemäßen Einrichtung zur Herabsetzung des elektrostatischen Potentials
am Flugkörper mit Koronaionenquellen, die an Bordelektroenergie -quellen angeschlossen
ist; Fig. 2, 3 Prinzipschaltbilder von anderen Versionen des Anschlusses der Koronaionenquellen
an der Bordelelektroenergiequelle in einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Herabsetzung
des elektrostatischen Potentials am Flugkörper; Fig. , 4 Prinzipschaltbild einer
erfindungsgemäßen Einrichtung zur Herabsetzung des elektrostatischen Potentials
am Flugkörper mit Thermoemissionsionenquellen.
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Die Elektrisierung des Flugkörpers kann sowohl infolge von Außenumströmung
dessen Oberfläche als auch bei der Arbeit von dessen Strahltriebwerken entstehen,
in dosen Treibstrahl geladene: Teilchen eines Vorzeichens überwiegend vorkommen.
Das Herausströmen eines unipolar geladenen Begleit-und
/oder Treibstrahls
aus vorwiegend im Heckteil der Flugzeuge befestigten Strahltriebswerke kann zur
Aufspeicherung einer beträchtlichen Ladung auf der Flugzeugoberfläche und zur Steigerung
des Potentials des Flug zeugt in bezug auf die Umgebung <etwa>bis auf <>
105-106 V führen; dabei treten die obengenannten unerwünschten Erscheinungen auf.
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Eine volumetrische Ladung der im aus dem Strahltriebwerk herausströmenden
Treibstrahl enthaltenen geladenen Teilchen erzeugt ein elektrisches Feld, dessen
Stärke in der Nähe der Düsenmündung des Strahltriebwerks Qm höchsten ist. Der Ausgleich
des mit dem Treibstrahl herausgetragenen Stromes von geladenen Teilchen, d.h. die
Beseitigung des elektrostatischen Potenatials des Flugkörpers kann durch Einführung
geladener Teilchen in den unipolar geladenen Treibstrahl vorgenommen werden, deren
Vorzeichen dem der volumetrischen Strahlladung entgegengesetzt ist.
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Die ausgleichenden geladenen Teilchen können im Generator für geladener
Teilchen erzeugt werden.
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Der Generator für geladene Teilchen in der Einrichtung zur Herabsetzung
des elektrostatischen Potentials am Flugkörper wird in Form einer Koronaionenquelle
(Fig. 1, 2, 3) oder einer Thermoemissionsionenquelle (Fig. 4) ausgebildet.
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Obwohl in den Zeichnungen nur je zwei Ionenquellen wiedergegeben sindS
so wen jedoch am Flugzeug mehrere Ionenquellen dieser und jener Art oder beider
Arten in verschiedenen Kombinationen angeordnet werden (in den Zeichnungen werden
die letzteren nicht gezeigt). Dies ist insbesondere im Falle
erforderlich,
wenn eine Veränderung des Ladungsvorzeichens im Strahl möglich ist.
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Ein solcher Generator wird den mit dem Strahl herausgetragenen Teilchenstrom
mit größtem Effekt ausgleichen, wenn er im Bereich der größten Stärke des elektrischen
Feldes der volumetrischen Strahlladung liegt, d.h. in der Nähe der Düsenmündung
des Strahltriebwerks, beispielsweise in den Kanälen 1 (Fig. 2) zum Lufteinblasen
in die Düse oder in den Treibstrahl des Strahltriebwerks.
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Die Koronaionenquelle (Fig. 1, 2, 3) enthält zwei Elek-<> Form
troden, <eine>von welchen die Koronaelektrode 2 in; einer Nadel darstellt,
die zweite Elektrode 3 wird in Form eines Zylinders mit Gitter 4 oder ohne dieses
ausgelegt Ausführung ohne Gitter ist in der Zeichnung nicht dargestellt).
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Die Bordelelektroenergiequelle kann sowohl Gleichstrom als auch Wechselstrom
erzeugen. Wird als Bordelelektroebergiequelle eine Gleichstromquelle 5, die beispielsweise
Hochspannungsgleichrichter darstellt, angewandt, so werden die Koronaelektroden
2 der Koronaionenquellen an einem der Pole der Bordgleichstromquelle 5 angeschlossen.
Die zylindrischen, auch zum Durchfluß eines Gasstrahls, beispielsweise Luftstrahls
vorgesehenen Elektroden werden dabei mit dem anderen Pol dieser Bordstromquelle
5 und auch mit dem Flugkör pergehäuse 6 verbunden.
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Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung
(Fig. 3) mit mehreren Eoronaionenquellen werden die Koronaelektroden 2 der Koronainenquellen
mit Hochspannungsanschlüssen
der Gesamtbordelektroenergiequelle
7a und die Zylinderelektroden 3 mit dem Mittelpunkt der genannten Energiequelle
und mit dem Flugkörpergehäuse 6 in Verbindung gesetzt.
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Werden in der Einrichtung als Generator für geladene Teilchen Thermoemissionsionenquellen
(Fig. 4) verwendet , die innerhalb oder in der Nähe des Treibstrahls angeordnet
sind, so werden die Emitter 8 dieser Quellen aus Werkstoff m mit großer Austrittsarbeit
wie Wolfram, Rhenium u.ä. hergesich stellt, wobei als bester Werkstoff für solche
Emitter Platin @eignet . Die Anwärmung der Emitter 8 der Thermoemissionsionenquellen
übernimmt die Bordelektroenergiequelle, die dabei eine Niederspannungsspeisequelle
for Gleich- bzw. Wechselstroms enthält . Um die Wirksamkeit der Thermoemissionsionenquellen
zu steigern, können deren Emitter 8 in einem aus einem Behälter 10 tretenden, halogenhaltigen
Gasstrahls, beispielseinem weise in Freonstrahl angeordnet werden.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht eine volle Beseitigung
des elektrostatischen Potentials des Flugkörpers durch Ausgleichung des im unipolaren
Begleit- oder Treibstrahl enthaltenen Stroms von geladenen Teilchen unabhängig vom
Vorzeichen der volumetrischen Ladung des Treibstrahls.
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Die Einrichtung arbeitet wie folgt.
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Beim Verlassen der Oberfläche des Fluskörpergehäuses B durch den
unipolar geladenen Begleit- oder Treibstrahl bewirkt das elektrische Feld der @
Volumenladung den Austritt @ s geladener Teilchen aus jenen Korona- oder Thermoemissionsquellen,
die
Teilchen mit dem entgegengesetzten Vorzeichen
Vergleich zu denen im Strahl erzeugen, gleichzeitig die Teilchen desselben Vorzeichens
wie die Teilchen im Strahl er-
zeugenden Ionenquellen gesperrt + So erzeugen zum Beispiel die Koronaionenquellen
(Fig. 1 und 2) die Teilchen, deren Vorzeichen mit dem Polaritätsvorzeichen des der
Koronaelektrode 2 zugeführten Potentials zusammenfällt. Bei einer postiven Volumenladung
des unipolar geladenen Begleit- undZoder Treibstrahls beispielsweise arbeiten die
Koronaionenquellen, deren Potential an den Koronaelektroden 2 negativ ist, und die
Thermoemissionsionenquellen (Fig. 3), die negativ geladens. Teilchen erzeugen. Dabei
sind die die positiv geladenen Teilchen erzeugenden Korona- und/oder Thermoemissionsionenquellen
durch die positive Volumenladung des Strahls sperrt.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei verbältnismäßig
einfachem Schaltbildaufbau die erfindungsgemäße Einrichtung es ermöglicht, das Flugkörperpotential
vollkommen beseitigen und demzufolge die am geladenen Flugzeug entstehenden Störungen
bei der Arbeit der Funkverbindungsanlagen und Elektronavigationssysteme vermeiden
sowie die Wahrscheinlichkeit des Auftreffens <> aufs Flugzeug <-von Blitzentladungen>beträchtlich
herabsetzen.
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Durch das Wirkungsprinzip der Einrichtung, das auf der Zusammenwirkung
der Volumenladung des Treibstrahls mit den von Korona- oder Thermoemis sions inenquellen
erzeugten geladenen
Teilchen beruht, tritt der praktisch trägheitsloss
des Stroms von geladenen Teilchen im Treibstrahl t.
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vom Vorzeichen von dessen Volumenladung auf, d.h. der Null@@ft des
Flugkörperpotentials wird unabhängig von dem Betriebs.
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stand des Strahltriebwerks vom Flugkörper aufrechterhalten Hier soll
eine hohe Wirtschaftlichkeit der erfindungsge@ maßen Einrichtung hervorgehoben werden,
da die durch ihre Elek :trospeisequellen verbrauchte Leistung einige Watt nicht
übersteigt.
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Durch Benutzung der erfindungsgemäßen Einrichtungen zur Herabsetzung
des elektrostatischen Potentials an den Flugkörpern, Flugzeugen mit überwiegend
im Flugzengheckteiì befestigten Strahltriebwerken wird es möglich, die Sicherheit
und Zuverlässigkeit von Flügen in kleinen Höhen bei jeden Wetterverhältnissen wesentlich
zu erhöhen.