JPS62154499A

JPS62154499A - 避雷装置

Info

Publication number: JPS62154499A
Application number: JP30113586A
Authority: JP
Inventors: ロウアン・オゥ・ブリック
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 1985-12-18
Filing date: 1986-12-16
Publication date: 1987-07-09
Also published as: EP0227122B1; DE3684572D1; EP0227122A2; EP0227122A3

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の背景〕この発明は、導電性表面または非導電性表面となってい
る外部構造物表面に対する避雷装置に関するものであり
、航空宇宙産業の乗物に対する避雷を与えることにおい
て特有の有用性を見つけようとするものである。航空宇
宙産業の乗物では、内部スパークを減少させ、かつ翼形
表面の構造上の損傷を最小限にする避Ｍ装置が必要とな
る。また、乗物の表面に対して雷撃が行なわれる機会を
減少する装置も必要である。

航空機のような乗物の外部表面は、優れた絶縁耐力特性
を有している塗料によって頻繁に被覆される。すなわち
、その塗料被覆は、雷撃による破壊に抵抗する能力を有
している。しかしなから、破壊が塗料被覆材の弱いとこ
ろで生じたとき、雷撃は、付着箇所として引用される箇
所にある航空機構造物の導電表面に電流を通じる。こう
して、すべての雷エネルギは、１ｒＩＪ所に集中するこ
とになる。このことは、深刻な外板表面の損傷、局部過
熱、外板破壊、および接合部または固定具のところで内
部スパークを生じさせる。

現在、塗膜表面に対する避雷を施すための方法がいくつ
も存在している。たとえば、外板破壊を防止するために
、導電性表面の厚さを大きくしたり、あるいは、既にあ
る塗膜表面の上に導電被覆を施したりするものがある。

これらの方法は、航空機に対して重量を付加し、またコ
ストを高くするという不利をもたらす。表面への落雷を
防止するために、高い絶縁耐力の障壁を設けているもの
もある。しかしなから、この方法は、重量およびコスト
を付加させるということに加えて、完全な絶縁耐力に対
して信頼性のあるものではない。採用されている他の方
法は、微細な導電粒子を持つ塗料の外部装飾層を施すこ
とである。しかしなから、この被覆は、導電表面に対し
て与えられる環境が厳しいものであるとき、機械的に充
分ではなく、また、普通の装飾色に適合する色彩を施す
ことができない。

それゆえに、この発明の目的は、導１！層を付与するこ
とによって導電性を帯びる導電性または非導電性表面に
対する避雷システムを提供することであり、内部スパー
クおよび表面に対する構造上の損傷を最小限にしようと
するものである。

また、この発明は、導電表面に対して過剰重量　　　−
を付加しない避雷システムを提供することをも目的とす
る。

さらに、この発明は、厳しい環境下においても機械的に
充分な性能を発揮し、かつ快適な外観を有する導電表面
用の避雷システムを提供することをも目的とする。

さらに、この発明は、導電表面に対して落雷が生ずる機
会を減する避雷システムを提供することをも目的とする
。

［発明の概要］以下に具体化されかつ広く記述されるように、この発明
の目的を達成するために、この発明に従った外部構造物
表面に対する避雷装置は、外部構造物表面に固着される
電気絶縁材料から、なる保護被覆材と、この被覆材内に
位置し、かつ被覆材の導電表面間の絶縁耐力を複数箇所
において局部的に減少させる手段と、を備える。

添付している図面は、この発明の好ましい実施例を図示
し、さらに、上述したこの発明の概略説明および以下に
記述される好ましい実施例の詳細な説明とともに、この
発明の詳細な説明するのに寄与する。

［好ましい実施例の説明］図面では、この発明の好ましい実施例に対して符号が付
されているが、各図において、同様な符号は同様な要素
を示すものである。

雷撃は、雲から地面に向かって、あるいは他の帯電中心
に向かって階段状に延びる経路を伴って始まる。階段状
に延びる経路が航空機に接近すると、高い電界が、航空
機の表面に生ずる。これらの電界は、航空機から階段状
に延びる経路に向かって伝搬する流れを生み出す。この
現象は、その流れの１つが、接近しつつある雷の階段状
の経路に接触するまで続けられる。このことは、階段状
の経路の分岐路の１つが地面または他の帯電中心に到達
するまで続く。階段状の経路が地面または帯電中心に到
達し、戻り電撃を形成した後、雷に伴った高電流が生ず
る。階段状の経路内の電荷が低いインピーダンスの地面
に流れ込み、電撃経路を確立するのに先立ち、地面内に
引き込まれる電荷を中和させるとき、戻り電撃が始まる
。

この発明は、航空機および他の航空宇宙産業の乗物のた
めの避雷装置に関するものであり、このＭＭ装置は、雷
の経路が導電表面の多数の箇所で接触することを促進す
ることによって、内部スパークを減少させ、かつ、翼形
表面に対する構造上の損傷を最小限にする。多数箇所に
おける接触は、単一箇所の接触に比較して、いずれか１
つの地点で消散するエネルギをかなり減少させることが
できる。このエネルギの減少は、約Ｅ　／　ｎ　２であ
る。

ここで、Ｅは、単一箇所の接触に対する雷経路内の全エ
ネルギに等しい。また、ｎは、多数箇所の接触に対する
接触箇所の数である。多数箇所の接触を促進することに
よって、また、雷撃の通過帯の対流時間を減少させる。

このことは、塗膜の絶縁耐力を局部的に弱（することに
よって、再接触を容易に生じさせることによって達成さ
れる。

第１図は、雷撃と飛行機とが相互作用している様子を示
している。まず、雷撃は、少なくとも１個の入口箇所と
１個の出口箇所とを有している。

通常、最初の接触箇所は、機首、翼、またはプロペラの
羽のような飛行機の先端部分である。雷撃は経路２を有
している。その経路２は、電荷を運んでいる間、空中に
ほぼ静止している。雷撃が、時間ｔｏの間、接触箇所６
で飛行機４に接触すると、飛行機４は、雷経路２の一部
となる。飛行機４の速度のために、および雷経路２が存
在している時間の長さにによって、飛行機４は、雷経路
２に対して移動し、そして、前方の雷経路２は、ｔ、か
らｔ、の時間、「通過雷撃帯」として知られる表面部分
の上を後退するように見える。この通過雷撃帯の意味は
、以下にある。すなわち、稲光の最初の入口地点および
出口地点に対するターゲットとならない乗物部分は、雷
撃が乗物の尾部にまで通過したとき、損傷を受けること
になろう。

通過雷撃によって所定の接触地点で生ずる損傷の大きさ
は、材料の種類、接触地点での対流時間、および接触し
ている間に流れる雷電流に依存する。

上述したように、導電表面に対する避雷を行なうために
、色々な方法が試みられている。そのうちの１つの方法
が第２図に示されている。外部装飾塗膜１０は、微細な
導電粒子を含んでおり、下塗り膜２７および導電表面２
０の上に置かれる。

この方法は、以下の不利を伴う。すなわち導電表面が厳
しい環境下に置かれたとき、良好な機械的性能を発揮し
ない。すなわち、微細導電粒子をかなり積載した被覆は
、被覆の固着特性および侵食特性を低下させ、また、許
容時間の間必要とされる保護品質を維持しない。さらに
、そのような被覆と普通の装飾被覆とを色彩的に適合さ
せることは困難である。

好ましい実施例を構成する避雷システムが、第３図に示
されており、そのシステムは、参照番号１５で総括的に
示されている。システム１５は、導電表面２０に固着さ
れた電気絶縁保護被覆材１７を含む。この発明は、上記
被覆材内に位置し、かつ、外部構造物表面と被覆材の外
部表面との間の絶縁耐力を複数箇所で局部的に減少させ
る手段を含む。ここに具体化しているように、絶縁耐力
を減少させるための手段は、電気絶縁保護被覆材１７の
厚さにまたがっている導電粒子２２を含む。

このことは、雷撃が１箇所というよりも複数箇所６で接
触することを可能にし、また、優れた外観、色彩の適合
性および保護品質を有している被覆材を与える。

経路２が導電表面２０に接近すると、強い電界３０が生
じる。この電界３０によって、粒子２２から接近しつつ
ある雷経路２に向かって伝わる多くの流れ２８が生じる
ようになる。粒子２２の大きさおよび形状は、以下のこ
とを容易に行なわせるように促進する。すなわち、多く
の流れ２８は、粒子のまわりの局所電場３０を強めるこ
とによって作られる。いくつかの適用例に対しては、平
らまたは球状の粒子よりも、先の尖った不規則な形状の
粒子２２がより望ましいことになろう。さらに、大径寸
法と小径寸法とを有する不規則な形状の粒子２２を採用
することが望ましく、また、その粒子２２に対しては、
大径寸法が第３図に示すように、表面２０に対してほぼ
垂直に整列するようにすることが望ましいであろう。こ
のことは、よく知られている静電塗装処理によって達成
され得る。成る場合は、粒子２２は、電気絶縁保護被覆
材１７内で、表面２０と平行な方向における粒子の寸法
よりも大きな距離をもって間隔をおいて配置される。最
も効果的には、粒子２２は、被覆材１７の厚みの１０分
の１よりも大きな最大寸法を有するものでなければなら
ない。

粒子２２が隣り合う粒子と電気的に接触する必要はない
。成る場合には制御された間隔が必要となるが、他の場
合には、ランダムな間隔もまた許容され得る。それは、
保護されるべき表面の導電率および位置に依存する。最
初に、粒子２２が導電表面２０に電気的に接続される必
要はないが、接近しつつある雷撃のような高い電界応力
を受けたときには、導電表面２０に電気的に接続しなけ
ればならない。そのような表面２０に対する電気的な接
続は、被覆材１７を破壊するのに必要とされる電界強度
よりもはるかに低い電界強度で生じるものであり、そし
てこうして、多くの接触を促進する。

粒子２２は、第４図に示すように、複数の層内に形され
てもよい。粒子２２の一方の層は、電気絶縁保護被覆材
１７内に埋め込まれ、また粒子２２の他の層は下塗り層
２７内に埋め込まれる。しかしなから、この形態におい
て、かなり多くの数の粒子２２が必要となる。粒子２２
の数を多くすることによって、２つの層にまたがって整
列する粒子の確率が充分大きなものとなり、粒子２２の
近傍における被覆材１７の外部表面から導電表面２０へ
の絶縁耐力は、確実に、表面２０と平行な方向における
隣り合う粒子２２間の絶縁耐力よりも小さくなる。

被覆材１７の絶縁耐力が減少することによって、雷経路
２が導電性表面２０に近接して位置している通過雷撃帯
内の接触地点における滞留時間も減少する。雷経路２は
他の下流場所で容易に再接触することができるので、い
ずれか１つの局所領域におけるエネルギ入力は減じられ
る。

第５図に示すように、この発明は、導電性黒鉛エポキシ
化合物または非導電性ガラス繊維化合物からなる表面３
０のような非金属表面の避雷に対して利用され得る。た
とえば、導電性金属膜、導電性下塗り膜、またはワイヤ
のような外部導電被覆材３７が、下塗り膜２７と表面３
０との間に介在され得る。このことは、流れ２８の形成
を容易にし、それによって、導電粒子２２に対する多数
箇所の接触をさらに促進する。

第６図は、高い電流を流すことのできる後数個の導電性
固定具４２を含む避雷システム４０を図示している。シ
ステム４０は、固定具４２を覆う導電表面２０に固着さ
れる電気絶縁保護被覆材１７を含む。導電性の突起部分
４４が各固定具４２上に形成される。その突起は、導電
性表面２０に対して直角な方向に延び、それによって、
各固定具４２の領域内にある被覆材１７の絶縁耐力を減
少させる。固定具４２の突起部４４は、こうして、他の
近接領域に比較して雷撃に対するより望ましい接触点を
形成する。固定具４２は、ねじ切り固定具であっちでよ
く、また標準構造の固定具であってもよい。多数接触を
促進することによっていずれか１個の固定具４２内を流
れる電流を最小限にするために、複数個の固定具４２が
設けられる。

この発明の避雷装置に対しては、多くの修正や変形が、
この発明の範囲から逸脱することなくなされ得るという
ことが、当業者にとって明らかである。したがって、こ
の発明は、添付の特許請求の範囲およびそれと均等物の
範囲内においてなされる修正や変形を包含するものとし
て理解されねばならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、雷撃が接触しかつ通過している航空機を示す
図である。第２図は、互い接触する導電粒子を持つ従来の導電性被
覆材を示す図である。第３図は、この発明の好ましい実施例に従って形成され
た導電粒子を持つ保護被覆材を示す図解図である。第４図は、この発明の第２の実施例に従って形成された
導電粒子を持つ保護被覆材を示す図解図である。第５図は、非金属表面に対する雷保護彼覆材を示す図解
図である。第６図は、導電性突起部分を有している固定具を覆って
いる保護被覆材を示す図である。図において、２は雷の経路、６は接触箇所、１７は電気
絶縁保護被覆材、２０は導電性表面、２２は導電粒子、
２７は下塗り層、２８は雷の流れ、３７は外部導電被覆
材、４２は固定具、４４は導電性突起部を示す。］（ＮＯｒ″）匡

Claims

【特許請求の範囲】

（１）外部構造物表面に対する避雷装置であって、前記外部構造物表面に固着される電気絶縁材料からなる
保護被覆材と、前記被覆材内に位置し、前記外部構造物表面と前記被覆
材の外部表面との間の絶縁耐力を、複数箇所で局部的に
減少させる手段と、を備える、避雷装置。
（２）外部構造物表面に対する避雷装置であって、前記外部構造物表面に固着される電気絶縁材料からなる
保護被覆材と、前記被覆材内に支持される複数個の導電粒子とを備え、前記粒子は、前記被覆材の厚さよりも大きな距離で前記
表面と平行な方向に間隔を隔てて配置されている、避雷
装置。
（３）前記粒子は、前記被覆材の厚さの１０分の１より
も大きな最大寸法を有している、特許請求の範囲第２項
に記載の避雷装置。
（４）前記粒子は、不規則な形状をしている、特許請求
の範囲第２項に記載の避雷装置。
（５）前記粒子は、高い電界応力下にあるとき、前記外
部構造物表面と電気的に接触する、特許請求の範囲第２
項に記載の避雷装置。
（６）前記複数個の導電粒子のうち、前記外部構造物表
面と平行な方向における隣り合うものの間の絶縁耐力は
、前記被覆材の外部表面から前記外部構造物表面までの
絶縁耐力よりも大きい、特許請求の範囲第２項に記載の
避雷装置。
（７）前記複数個の導電粒子のうち、前記外部構造物表
面と平行な方向における隣り合うものの間の間隔は、前
記外部構造物表面と平行な方向における前記粒子の寸法
よりも大きい、特許請求の範囲第２項に記載の避雷装置
。
（８）前記外部構造物表面に固着され、かつ前記電気絶
縁保護被覆材を支える下塗り層をさらに備える、特許請
求の範囲第２項に記載の避雷装置。
（９）前記外部構造物表面は非導電性であり、前記装置
は、さらに、前記下塗り層に支持される複数個の導電粒
子をさらに備え、前記粒子は、前記粒子の最大寸法より
も大きな距離をもって間隔を隔てて配置されている、特
許請求の範囲第８項に記載の避雷装置。
（１０）前記外部構造物表面と前記下塗り層との間に介
在する外部導電層をさらに備える、特許請求の範囲第８
項に記載の避雷装置。
（１１）前記複数個の導電粒子の各々は、大径寸法と小
径寸法とを有しており、前記大径寸法は、前記外部構造
物表面と垂直に整列する、特許請求の範囲第１０項に記
載の避雷装置。
（１２）導電性固定具を有している導電性表面に対する
避雷装置であって、前記表面に固着され、かつ前記固定具を覆う電気絶縁保
護被覆材と、前記固定具上に形成され、かつ前記表面と垂直な方向に
延びている導電部材と、を備え、前記被覆材の絶縁耐力は、前記固定具の領域において局
部的に減じられている、避雷装置。