SE431498B - Anordning for alstring av en elektriska laddningar berande gasstrale - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 79o2oä6-6 eller potentialavledare, eliminerar uppträdandet av urladd- ningar vid spetsar eller kanter som finnes på flygplanet i närheten av avledarna.

Funktionen hos dessa potentialavledare gynnas och för- stärkes av farkostens rörelse relativt den omgivande atmos- fären och är därför speciellt effektiva på snabbflygande plan. De är därför ej lika effektiva, då de anbringas på helikoptrar, som förflyttar sig med en väsentligt lägre hastighet och som även kan befinna sig väsentligt stationärt svävande i luften.

Utformningen av kroppen hos helikoptrar gör det också svårt att placera nämnda potentialavledare på en helikopter.

För helikoptrar avsedda att transportera hängande före- mål (s.k. flygande lyftkranar) eller att användas för rädd- ning av nödställda, har man också föreslagit att under heli- kopterns manövrar upprätta en materiell, elektriskt ledande förbindning mellan den väsentligen stationärt svävande heli- koptern och den underliggande marken. Om helikoptern har en elektrisk potential med ett förhöjt värde (som kan uppgå till ett hundratal kV) föreligger en avsevärd olycksrisk dels för personer på marken och dels med avseende på antändning av brännbart material, som överföres mellan markytan och heli- koptern.

Jordningen av helikoptrar medelst en ledande kabel ger dock endast en tillfällig hjälp och är i många fall omöjlig att genomföra.

Trots de forsknings- och utvecklingsarbeten som genom- förts i olika riktningar, har man hittills ej lyckats att för- se helikoptrar eller liknande flygfarkoster med effektiva potentialavledare, möjligtvis med undantag för speciella for- mer av helikoptrar (birotorer, motorer i bakdelen). Men för dessa former måste de spetsar som anordnas i strömningen från farkostens rotorer och/eller turbiner kunna anta en mycket hög potential, av storleksordningen 200 kV, vilket ofta är oacceptabelt med hänsyn till säkerheten och anordningens storlek och vikt. l0 20 25 30 35 7902056-6 Anordningar för alstring av joner, som slungas ut med stor hastighet genom ett rör, har ej gett de förväntade re- sultaten, eftersom bortledníngen av de elektriska laddning- arna visat sig vara otillräcklig. Utvecklingen av helikopt- rar, i synnerhet "allväders-helikoptrar", som skall kunna flyga utan sikt, har sålunda hindrats av den ovan beskrivna ackumuleringen av statisk elektricitet på helikoptrarna, vilken ger upphov till störningar i funktionen av de ombord på helikoptrarna anordnade navigations- och kommunikations- utrustningarna. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en anordning, som löser de ovan diskuterade problemen och svårigheterna, genom att den gör det möjligt att påverka den elektrostatiska potentialen hos en kropp med hjälp av en gas- stråle som år bärare av elektriska laddningar.

Det i första hand speciellt kännetecknande för anord- ningen enligt uppfinningen framgår av det bifogade patent- kravet l.

De elektriska laddningar som transporteras av gasstrålen alstras på ett i och för sig känt sätt av spetsen hos den metallnål som är ansluten till högspänning och anordnad vid halsen av ett elektriskt ledande munstycke, genom vilket en komprimerad gas strömmar, vilken gas innehåller en viss fuktighet. I Enligt ett annat kännetecken för uppfinningen, är mun- stycket förbundet med högspänningskällans "jordade" pol via en elektrisk förbindning innehållande en avkopplingsresistans med ett högt värde.

Enligt ännu ett annat kännetecken för uppfinningen slungas gasstrålen ut mot atmosfären genom ett rör, som är elektriskt ledande men har en hög elektrisk resistans och som är anordnat i kontakt med den främre änden av mun- stycket och som nära omslutes av ett huvud, som bildar den isolerande huven. På detta sätt strömmar den elektriskt lad- dade strålen på avstånd från munstycket.

Vid en tillämpning av uppfinningen monteras det isole- 10 15 20 25 30 35 7902056-6 rande ihåliga röret på den kropp, vars elektrostatiska poten- tial man önskar begränsa, exempelvis kroppen hos en flygfar- kost, varjämte högspänningskällans "jordade" pol förbindes med flygfarkostens mekaniska massa. På detta sätt blir anord- ningen i stånd att till atmosfären avleda de elektriska ladd- ningar som under flygning ansamlar sig på farkostens kropp.

Enligt en annan användning lämpar sig anordningen en- ligt uppfinningen för studium av de effekter som uppstår på en kropp genom ackumulering av elektriska laddningar, som markant höjer kroppens elektrostatiska potential. V Kroppen, exempelvis en helikopter på marken, utsättes lokalt för gasstrålar alstrade medelst en anordning medelst uppfinningen, varigenom det blir möjligt att studera acku- muleringen eller fortplantningen av de elektriska laddning- arna på kroppens yta och att prova ut anordningar och åtgär- der för minimering av deras inverkan.

Anordningen enligt uppfinningen kan sålunda med fördel vara så utformad, att det isolerande ihåliga röret är för- sett med organ, som gör det möjligt att rikta gasstrålen mot den yta vars elektrostatiska potential man önskar höja.

I det följande skall uppfinningen närmare beskrivas i anslutning till bifogad ritning, vilken såsom exempel schema- tiskt illustrerar en anordning enligt uppfinningen i axiellt snitt. Den såsom exempel visade anordningen är avsedd att användas som en elektrisk potentialavledare.

Från kroppen ll hos exempelvis en helikopter eller liknande, vars elektriska potential man önskar begränsa eller hålla på ett värde av väsentligen noll, skjuter ett ihåligt rör 12 av isolerande material ut. Rörets vid krop- pen ll fästa fotände 13 förbinder röret med en källa 10 för komprimerad gas, exempelvis luft, som innehåller en viss fuktighet.

Röret 12, som har en cirkulär tvärsektion, kan exem- pelvis ha en längd av storleksordningen 60 cm. Vid rörets 12 motsatta, yttre ände lä är en metallisk munstyckskropp 15 fäst, som omfattar en cylindrisk förkammare 16, som fortsätter i själva munstycket 17, vars invändiga konvexa 10 15 20 25 30 35 7902056-6 yta 18 bildar munstyckshalsen 19. I mitten av munstyckshalsen 19 och utmed munstyckets axel är den yttre änden eller spetsen 22 av en metallisk nål 21 placerad. Nålens andra ände 23 är förbunden med ena polen 2H hos en högspänningskälla 25, vars andra pol 26 är ansluten till kroppens 11 massa via en ledare 27.

Den yttre delen 29 av röret 12 och munstyckskroppen 15 är omslutna av den rörformade kroppen 31 hos en huv 32 av elektriskt isolerande material, exempelvis "plexiglas" eller metylmetakrylat. Delen 31 av huven 32 är cylindrisk och av- smalnar vid sin mot helikoptern vända ände för att vid sin öppning 33 ansluta sig till rörets 12 cylindriska utsida 34.

Delen 31 av huven 32 ansluter sig i den andra änden till ett massivt huvud 35 med en i huvudsak paraboloidisk form, som är försedd med en central kanal 36, som mynnar i den av delen 31 omslutna kammaren 37. Bottnen i denna kammare bildas av en ansats 38. Kanalens 36 diameter är större än diametern för munstyckets mynning 41, så att kanalen 35 kan härbärera ett rör H2, vars insida 43 har en diameter, som är exakt lika med diametern hos munstyckets mynning 41 och vars vägg- tjocklek är sådan, att rörets cylindriska utsida 44 tillsam- mans med kanalens 36 cylindriska insida 45 avgränsar ett ringformat mellanrum H6. Rörets H2 inre ändyta H7 är i kon- takt med den främre ändytan H8 hos munstyckskroppen 15. Röret H2 består av ett material, som ej är isolerande men som har en hög elektrisk resistans, som är av storleksordningen 1010 Q och som sålunda kan betraktas som halvledare i den föreliggan- de användningen.

Vid en anordning enlígt uppfinningen som givit goda re- sultat var rörets H2 innerdiameter av storleksordningen 3 mm, medan rörets längd var 50 mm.

Det ringformade mellanrummet H6 står i förbindelse med kammaren 37 via en spalt H9, som föreligger mellan avsatsen 38 och den yttre främre ändytan 49 hos munstyckskroppen 15. öppningar 52 är anordnade i rörets 12 vägg, så att rö- rets inre utrymme 53 står i förbindelse med kammaren 37.

Den yttre.änden av röret H2 har en avfasad ändyta 54, 10 15 20 25 30 35 7902556-6 som passar till insidan 55 hos den tunnväggiga spetsen 56 på huvudet 35.

Ett motstånd 61 är inkopplat mellan munstyckskroppen 15 och jord, varvid detta motstånd är helt eller delvis placerat inuti det ihåliga röret l2.

I höjd med halsen hos överljudmunstycket, i vars centrum spetsen 22 hos nålen 21 är belägen, vilken nål har en hög spänning, positiv eller negativ i beroende av tecknet på de laddningar som skall slungas ut, alstras laddade partiklar med liten rörlighet som följd av kondensation av den natur- liga fuktigheten i luften på de unipolära gasjoner som här- rör från den coronaurladdning som uppstår vid spetsen 22 av nålen 21.

Det har visat sig, att om munstycket 17 matas med tryck- luft på sådant sätt, att en överljudströmning erhålles i munstyckshalsen 19 och i kanalen 36, och man använder en högspänningskälla med en spänning av storleksordningen 10- tals kï, så kan urladdningsströmmen uppnå ett värde av 60- 70 uA för ett tryck av 5 bar i kammaren 53, vilket är ett resultat, som man hittills ej kunnat uppnå med en potential- avledare av denna typ.

Det förmodas, att detta resultat förorsakas inte bara av det förhållandet att gasstrålen strömmar ut i atmosfären på ett väsentligt avstånd från den kropp som skall skyddas men också och framförallt av det förhållandet att den yttre änden av det isolerande röret uppbär en isolerande huv.

Det isolerande ihåliga röret 12 eliminerar praktiskt taget alla recirkulation av laddningarna till farkostens ledande struktur. Den isolerande huven 32 förhindrar varje strömcirkulation mellan anordningens metalliska delar och omgivningen.

Den förhindrar likaledes coronaurladdningar på utsidan av munstyckskroppen.

Den elektriska förbindelsen mellan röret H2 och mun- styckskroppen 15 förhindrar, att laddningar ansamlar sig på insidan av röret, varför inga krypurladdningar kan upp- stå i det inre av röret H2. 10 15 20 7902056-6 Vidare råder det ett övertryck i det ringformade utrym- met H6, vilket förhindrar urladdningar i detta utrymme.

Avkopplingsmotståndet 61, vars resistans, av storleks- ordningen 5 - 10 Q, är beroende av motståndets längd, gör det möjligt att åstadkomma ett karakteristiskt förlopp I för den avgivna strömmen som funktion av spänningskällans spänning som är mindre abrupt och därmed fördelaktigt för en stabil funktion. Nämnda motstånd utgör dessutom ett effek- tivt skydd för högspänningsgeneratorn.

Man har kunnat öka högspänningen till ett värde av 30 kV.

Vid en utföringsform av uppfinningen är anordningen av- sedd för utslungning av elektriska laddningar. Anordningen är i detta fall bärbar. Nålen 21 är ansluten till en pol hos en högspänningskälla, medan avkopplingsmotståndet 61 är anslutet till spänningskällans andra pol.

Den från röret 42 utströmmande gasstrålen innehållande elektriska laddningar gör det möjligt att ansamla dessa ladd- ningar exempelvis på kroppen av en på marken stående helikop- ter och att studera denna laddningsackumulering och/eller laddningarnas fortplantning på kroppens yta för att bestäm- ma anordningar eller metoder för minimering av laddningarnas inverkan.

Claims (12)

7902056-6 2 Patentkrav

1. Anordning för alstring av en elektriska laddningar bä- rande gasstråle, i synnerhet för att påverka den elektriska potentialen hos en kropp, i synnerhet en flygfarkost, i syn- nerhet en helikopter, innefattande en metallisk nål (1), vilken är förbunden med elektrisk högspänningskälla (25) och vars spets (22) är placerad i halsen (19) av ett metal- liskt strålmunstycke (17) anordnat att matas från en tryck- luftskälla (10), samt organ för injektering av den i mun- stycket alstrade gasstrålen i den omgivande atmosfären, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda munstycke (19) är anordnat vid yttre änden av ett elektriskt isolerande i- håligt rör (12), och att gasstrålens utströmningsöppning omgives av ett massivt huvud (35) av ett elektriskt isole- rande material.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda huvud (35) utgör en del av en huv (32), som omsluter den närmast strålmunstycket (15) belägna delen (29) av nämnda elektriskt isolerande rör (12).

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att framför munstyckets (l7) mynning (41) är ett rör (H2) anordnat i kontakt med munstyckets främre ändyta (49), varvid detta rör är tillverkat av ett icke-isolerande mate- rial med hög elektrisk resistans och röret är placerat i nämnda huvud (35) pâ sådant sätt, att det leder den elek- triskt laddade gasstrålen genom huvudet (35) ut till den omgivande atmosfären. H.

4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e.t e c k n a d a v att ett ringformat mellanrum (36) föreligger mellan utsidan av nämnda rör (42) och innerväggen i den röret inne- hållande kanalen (Q5) i huvudet (35), varvid nämnda ring- formade mellanrum befinner sig under ett förhöjt tryck. 7902056-6 “i

5. Anordning enligt krav H, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda mellanrum (36) står i förbindelse med den för als- tringen av gasstrålen utnyttjade tryckluftkällan (10).

6. 5. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d a v att nämnda mellanrum (36) står i förbindelse med en kammare (37) i nämnda huvud (35), vilken kammare i sin tur står i förbindelse med det inre (53) av nämnda elektriskt isoleran- de rör (12), som leder tryckluften fram till strålmunstycket (17).

7. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d a v att det elektriskt isolerande röret (12) är försett med en öppning (52) i sin vägg i den av nämnda huv (32) omslutna delen, varjämte ett mellanrum (49) föreligger mellan den främ- re ändytan (48) hos munstycket och en inre ansats (38) hos nämnda huv (32), vilken ansats är belägen mellan nämnda kanal i huvudet (35) och nämnda kammare (37) i huven.

8. Anordning enligt något av kraven l-7, k ä n n e - t e c k n a d a v att den munstycket bildande metalliska kroppen (15) är förbunden med ett avkopplingsmotstånd (61).

9. Anordning enligt något av kraven l-8, k ä n n e - t e c k n a d a v att den är försedd med organ för att rik- ta den från huvudet utströmmande gasstrålen mot kroppen av en flygfarkost.

10. l0. Anordning enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d a v att avkopplingsmotståndet (61) är förbundet med hög- spänningskällans andra pol (26).

11. ll. Anordning enligt något av kraven l-8, k ä n n e ~ t e c k n a d a v att det isolerande ihåliga röret (12) är fast monterat på kroppen (ll) av en flygfarkost. 7902056-6 19

12. Anordning enligt krav ll, k ä n n e t e c k n a d a v att högspänningskällans (25) andra pol (26) är förbunden med flygfarkostens kropp (ll) och med avkopplingsmotstândets (61) andra ände.