Los relámpagos son un fenómeno natural común, con un promedio de alrededor de 8 millones de relámpagos que ocurren todos los días en la atmósfera de la Tierra. Entre ellos, la amplitud es tan alta como 200 kA, y la tasa de aumento de corriente puede alcanzar hasta aproximadamente 1000 kA por segundo. Los UAV que vuelan a gran altura son muy vulnerables a los rayos. Sin las medidas adecuadas de protección contra rayos, los UAV se volverán muy vulnerables en entornos de tormentas eléctricas, incapaces de realizar el trabajo normal o incluso chocarán fuera de control, lo que reducirá en gran medida los indicadores de combate. Por lo tanto, es de gran importancia estudiar la protección contra rayos y la interferencia de pulsos electromagnéticos contra rayos de los UAV.
1 El daño de los rayos a los drones
1.1 Efectos Directos
El efecto directo se refiere principalmente al daño físico a la estructura causado por un rayo que golpea directamente al UAV. El grado de daño se relaciona principalmente con factores como el tamaño de la corriente del rayo, la duración, la integral de acción y la cantidad de transferencia de carga, que incluyen principalmente los siguientes aspectos.
(1) Efectos mecánicos. Los vehículos aéreos no tripulados hacen un uso extensivo de materiales compuestos, como cúpulas, estructuras de fuselaje, alas, etc. El voltaje de los rayos es de miles de kilovoltios y el tiempo de acción es de solo unos pocos milisegundos. Por lo tanto, la fuerza de impacto generada es muy grande, lo que puede provocar la rotura, apertura y desgarro de estructuras como radomos y revestimientos de fuselaje.
(2) Efecto térmico. La conductividad eléctrica del material compuesto es muy baja. Cuando el dron es golpeado por un rayo, el material compuesto no puede conducir efectivamente la corriente del rayo, y la carga eléctrica se acumula en una gran cantidad cerca del punto de impacto del rayo y se convierte en energía térmica, lo que puede causar que el material compuesto se queme, se derrita y deformidad estructural. Esperar. El efecto térmico es una forma de daño típica de los rayos, que amenaza seriamente la seguridad de vuelo de los UAV.
(3) Efecto chispa. Los efectos de la cremación incluyen chispas térmicas y chispas eléctricas. El calor se refiere a la quema de materiales cuando se expulsan desechos del punto caliente, y la chispa se refiere a la ruptura del medio debido a la acción del voltaje. Dado que el rayo libera instantáneamente la energía, el valor máximo de la corriente del rayo es muy alto, y si la impedancia de cierto punto es grande, es fácil producir un efecto de chispa. Los efectos de chispa representan la mayor amenaza para el sistema de combustible y pueden hacer que los vapores de combustible se enciendan, lo que hace que el dron explote.
(4) Efecto de la fuerza electromagnética. Cuando la corriente fluye a través de conductores en la misma dirección o en direcciones diferentes, se crean fuerzas que se atraen o se repelen entre sí. La corriente del rayo es muy grande, por lo que la fuerza electromagnética generada es muy fuerte, lo que puede causar daños como rotura del cable, desgarro de la piel, doblado, etc., afectando la seguridad de vuelo del dron.
1.2 Efectos indirectos
Los efectos indirectos se refieren principalmente a la interferencia o daño de los rayos en los equipos electrónicos y eléctricos de los UAV, lo que genera peligros indirectos que pueden poner en peligro el funcionamiento normal de los UAV.
(1) Efecto electromagnético. Después de que se forma el canal del rayo, la impedancia de todo el canal es muy baja. La fuerte corriente que trae el rayo puede generar un fuerte pulso electromagnético. Después de que el pulso electromagnético ingrese al dron a través de varios canales de acoplamiento, se generará voltaje inducido y corriente inducida en el dispositivo. Debido a limitaciones de espacio, muchos dispositivos electrónicos están densamente distribuidos dentro del dron, y los pulsos electromagnéticos generados por los rayos causarán serias interferencias a estos dispositivos. Cuando el UAV está sujeto a interferencias electromagnéticas, puede provocar que el enlace de datos se bloquee, la comunicación no sea fluida, las instrucciones de la misión sean difíciles de ejecutar e incluso se salgan de control y se bloqueen.
(2) Efecto de inducción electrostática. Cuando cae el rayo, la superficie del dron puede inducir una carga inducida con la polaridad opuesta a la del líder descendente del rayo. Cuando el rayo desaparezca, la carga inducida en el caparazón se redistribuirá, lo que puede generar un voltaje más alto, lo que puede causar daños al equipo interno. interferencia.
2 recomendaciones de protección contra rayos para drones
El UAV tiene una estructura compleja, una alta integración del sistema y diferentes requisitos de protección contra rayos entre los diferentes sistemas, por lo que los métodos de protección también son bastante diferentes. Este documento sugiere que la unidad de diseño debe considerar las siguientes sugerencias al realizar la protección contra rayos UAV:
(1) Para el trabajo de equipos de protección contra rayos, la diferencia entre drones grandes y drones tripulados es pequeña, y se puede hacer referencia directamente a la experiencia de diseño de drones tripulados; los drones pequeños son significativamente diferentes de los drones tripulados en términos de estructura y tamaño, y se ven afectados por los efectos de los rayos. La diferencia también es muy grande, por lo que este documento sugiere que el trabajo de investigación básica sobre protección contra rayos debe llevarse a cabo especialmente para UAV pequeños para garantizar que varias medidas de protección sean razonables y confiables.
(2) Los vehículos aéreos no tripulados utilizan una gran cantidad de materiales compuestos, los materiales compuestos tienen baja conductividad y un rendimiento de blindaje deficiente, y el equipo electrónico interno es más susceptible a la interferencia de la inducción de rayos. Por lo tanto, al diseñar la protección contra rayos de UAV, se debe prestar atención a la protección de los efectos indirectos de los rayos. trabajar y aumentar el nivel de protección.
(3) Los UAV tienen requisitos de peso más estrictos. Para la consideración de la reducción de peso, se recomienda diseñar la protección contra rayos y otras funciones, como la calefacción y el deshielo, la compatibilidad electromagnética (EMC), el campo de radiación de alta intensidad (HIRF), el pulso electromagnético (EMP) deben considerarse al mismo tiempo. tiempo para mejorar el nivel técnico integral de UAV.
Los UAV se utilizarán cada vez más en los campos militar y civil en el futuro. Con la creciente integración del sistema, el impacto de los pulsos electromagnéticos de rayos en los UAV también está aumentando, por lo que es necesario tomar las medidas adecuadas de protección contra rayos. Al mismo tiempo, la protección contra rayos de los UAV es un proyecto complejo, que requiere que el departamento general elabore un plan general para la protección contra rayos de toda la aeronave en la etapa de aprobación del proyecto, y luego desglose las tareas paso a paso, formular protección planes y realizar las pruebas correspondientes.
