專利名稱：空中移動(dòng)物體主動(dòng)避雷的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及空中移動(dòng)物體，如導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星和飛機(jī)等飛行體升空穿云期間防避遭雷擊的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
飛行體，如導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星和飛機(jī)等升空時(shí)遭雷擊而毀損的事故國(guó)內(nèi)外多次見過報(bào)導(dǎo)。雷擊危險(xiǎn)性使得飛行體做不到全天候安全發(fā)射升空和飛行。因此國(guó)內(nèi)外重要火箭和導(dǎo)彈發(fā)射場(chǎng)，包括衛(wèi)星發(fā)射場(chǎng)，都裝備有雷擊危險(xiǎn)性監(jiān)測(cè)予警系統(tǒng)，用來幫助指揮員選定安全發(fā)射的時(shí)間窗口。盡管如此，也不能完全確保發(fā)射安全。而且戰(zhàn)時(shí)的導(dǎo)彈發(fā)射容不得選擇時(shí)間窗口。因此飛行體避雷一直是全天候安全發(fā)射升空和飛行要求所提出的最理想目標(biāo)。例如，文獻(xiàn)“宋詳，莊洪春.航天飛機(jī)發(fā)射操作天氣準(zhǔn)則及天氣測(cè)量?jī)x器設(shè)備.載人航天.1998. (4) :43 46”中比較詳細(xì)地介紹了國(guó)內(nèi)外衛(wèi)星發(fā)射的雷擊危險(xiǎn)性監(jiān)測(cè)予警系統(tǒng)，目前尚未見有任何技術(shù)可以使飛行體穿云期間保障不受云電荷雷擊。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的避雷技術(shù)，即避雷針技術(shù)的原理是引雷入地，飛行體無法接地，故至今為止，飛行體上從未用過任何避雷技術(shù)。唯一的辦法是被動(dòng)的躲藏。飛機(jī)場(chǎng)上空有雷暴云時(shí)不起飛和降落。天空有云不發(fā)導(dǎo)彈。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是解決飛行體，如導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星和飛機(jī)等升空穿云期間的防避雷擊問題的方法和裝置。雷擊是大氣中的電擊穿現(xiàn)象。電源就是云中電荷。云地閃就是云中電荷向著地面物體上的感應(yīng)電荷擊穿放電。電擊穿總是在異號(hào)電荷之間才能發(fā)生，而且只有當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)值高于大氣擊穿場(chǎng)值時(shí)才能發(fā)生。從電場(chǎng)特性可知，電力線總是從正電荷出發(fā)而終止在負(fù)電荷上。電力線最密的地方總是在電荷處，那里也就是電場(chǎng)強(qiáng)度最高的地方，因此擊穿總是在存在電荷處開始。雷擊飛行體的現(xiàn)象就是云中電荷向飛行體表面感應(yīng)電荷的擊穿放電。假如飛行體導(dǎo)電外殼不存在感應(yīng)電荷，則電力線就不會(huì)匯聚到飛行體上，云中電荷就不會(huì)向著飛行體放電擊穿。換句話說，雷就不會(huì)擊到飛行體上。本專利是通過使飛行體表面感應(yīng)電荷失效或消失，使飛行體表面大氣電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)不到擊穿大氣的值，步驟1 使感應(yīng)電荷失效的方法是在飛行體表面上復(fù)蓋一層厚度不小于5. 5mm，濃度不小于IX IO15HT3的大氣等離子體氣層，把感應(yīng)電荷及時(shí)散發(fā)到空氣中，使飛行體不存在高電場(chǎng)強(qiáng)度；但一般來說，若只用這一種方法，有時(shí)在工程上實(shí)現(xiàn)困難，不現(xiàn)實(shí)； 可再增加步驟2 使感應(yīng)電荷消失的方法，用一單脈沖高速電流放大器的輸出來對(duì)消飛行體感應(yīng)電荷。這兩種方法一般是同時(shí)使用在同一對(duì)象上。對(duì)于有些保護(hù)對(duì)象，也可以只用前一種方法。但一般來說，若只用前一種方法，有時(shí)在工程上實(shí)現(xiàn)困難，不現(xiàn)實(shí)；若只用后一種方法，電流放大器的傳感器部分的避雷不能解決，具體實(shí)施時(shí)，一般是把一個(gè)保護(hù)對(duì)象分成兩部分，其中部分1用前一種方法，部分2用后一種方法。同時(shí)部分1又是后一種方法的傳感器。以下分別闡述使被保護(hù)的飛行體表面感應(yīng)電荷失效和消失的方法首先應(yīng)考慮高導(dǎo)電率的等離子體氣層避雷作用的馳豫時(shí)間。上述分析可知，避雷作用的原理是氣層中的電場(chǎng)強(qiáng)度減弱到不能達(dá)到擊穿空氣的值，若外電場(chǎng)突然加到等離子氣層上，由于氣層整體上是中性的，即正、負(fù)離子密度相等，宏觀上無空間電荷存在，故氣層內(nèi)的電場(chǎng)也突然增大到與外電場(chǎng)相等。隨后，由于正、負(fù)帶電粒子沿不同方向運(yùn)動(dòng)而極化， 造成空間電荷，使氣層內(nèi)的電場(chǎng)隨時(shí)間而變小。這種變小有個(gè)馳豫時(shí)間τ。由電學(xué)理論可知
權(quán)利要求
1.空中移動(dòng)物體，如導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星和飛機(jī)等飛行器在發(fā)射升空及飛行中避免遭雷擊的方法，其特征是在飛行體表面上復(fù)蓋一層厚度為d = 5. 5mm,濃度為 =1 X IO15nT3的大氣等離子體氣層，把感應(yīng)電荷及時(shí)散發(fā)到空氣中，使飛行體表面感應(yīng)電荷失效，不能造成高電場(chǎng)強(qiáng)度，或是用一單脈沖高速電流放大器的輸出來對(duì)消飛行體表面感應(yīng)電荷，使飛行體表面感應(yīng)電荷消失，從而實(shí)現(xiàn)使飛行體避免遭雷擊的目的。使感應(yīng)電荷失效和使感應(yīng)電荷消失這兩種方法一般是同時(shí)使用在同一對(duì)象上。對(duì)于有些保護(hù)對(duì)象，也可以只用前一種方法。但一般來說，若只用前一種方法，有時(shí)在工程上實(shí)現(xiàn)困難，不現(xiàn)實(shí)；若只用后一種方法， 電流放大器的傳感器部分的避雷不能解決。具體實(shí)施時(shí)，一般是把一個(gè)保護(hù)對(duì)象分成兩部分，其中部分1用前一種方法，部分2用后一種方法。同時(shí)部分1又是后一種方法的傳感器。
2.權(quán)利要求1所述在飛行體表面上復(fù)蓋一層大氣等離子體的飛行體避雷方法，其特征是，要利用等離子體包覆在飛行體表面來起到有效避雷作用，技術(shù)要求有兩條，即①避雷氣層馳豫時(shí)間要跟得上飛行體經(jīng)歷的電場(chǎng)強(qiáng)度變化速率；②氣層產(chǎn)生的屏蔽效果要足夠克服飛行體經(jīng)歷的最大電場(chǎng)強(qiáng)度。工程上可行又能滿足上述要求的技術(shù)指標(biāo)是，避雷氣層的帶電粒子濃度為1015m_3量級(jí)以上，氣層厚度為5mm量級(jí)以上。
3.權(quán)利要求1所述使飛行體表面感應(yīng)電荷消失的飛行體避雷方法，其特征是，用脈沖電流放大器產(chǎn)生出極性相反、強(qiáng)度足夠的電荷，來及時(shí)地中和掉飛行體表面的感應(yīng)電荷。為了達(dá)到這一目的，可以把飛行體表面劃分為兩部分(部分1和部分2)，這兩部分相互絕緣。 與部分1表面感應(yīng)電荷相反極性的電荷，作為該電流放大器的輸入信號(hào)，經(jīng)放大后輸出給部分2表面，用來中和掉部分2表面的感應(yīng)電荷，從而使部分2表面避免遭雷擊。部分1表面的避雷仍可用前述覆蓋大氣等離子體氣層使感應(yīng)電荷失效的方法來實(shí)現(xiàn)。一般選部分1 為飛行體特征部位的較小面積，對(duì)放大器來說，部分1表面實(shí)際上起了傳感器的作用，達(dá)到保證放大器的輸出極性、幅度和波形正好足以對(duì)消掉部分2表面的感應(yīng)電荷的目的。
4.權(quán)利要求2所述的利用大氣等離子體的飛行體避雷裝置，其特征是等離子體發(fā)生器具有電源7、電離機(jī)構(gòu)8、噴氣裝置9及傳輸系統(tǒng)10。電源為電離機(jī)構(gòu)提供電力，產(chǎn)生足夠濃度的大氣等離子體，噴氣裝置把大氣等離子體吹離出口，在飛行體周圍形成足夠厚度的等離子體氣層，起到防雷避雷作用。等離子氣體的傳輸系統(tǒng)包括在適當(dāng)位置上的出口，還可用檔板，反射板，偏折板，吹風(fēng)機(jī)構(gòu)等利用飛行體在飛行過程中表面氣動(dòng)力的作用，使大氣等離子體覆蓋到飛行體表面。
5.權(quán)利要求2所述的利用大氣等離子體的飛行體避雷裝置，其特征是具有測(cè)量火箭自身電位的儀器，根據(jù)監(jiān)測(cè)值，自控器自動(dòng)調(diào)整電離機(jī)構(gòu)產(chǎn)生正、負(fù)帶電粒子密度，抵消火箭自身電位，提高火箭抗雷擊的安全性。
6.權(quán)利要求2所述的利用大氣等離子體的飛行體避雷裝置，其特征是用放射源產(chǎn)生大氣等離子體。放射源直接涂敷在飛行體表面的適當(dāng)位置。
7.權(quán)利要求2所述的利用大氣等離子體的飛行體避雷裝置，其特征是用電容耦合射頻高壓大氣輝光等離子體發(fā)生器。
8.權(quán)利要求2所述的利用大氣等離子體的飛行體避雷裝置，其特征是用電感耦合射頻高壓大氣輝光等離子體發(fā)生器。
9.權(quán)利要求2所述的利用大氣等離子體的飛行體避雷裝置，其特征是用沿面放電射頻高壓等離子體發(fā)生器。
10.權(quán)利要求3所述的用脈沖電流放大輸出中和感應(yīng)電荷的飛行體避雷裝置，其特征在于用探針或探測(cè)面等飛行體附屬物的表面作為部分1表面，同時(shí)作為脈沖電流放大器的傳感器，供給輸入信號(hào)，該脈沖電流放大器輸出給飛行體本體表面，對(duì)消那里的感應(yīng)電荷。
全文摘要
本發(fā)明涉及空中移動(dòng)物體，如導(dǎo)彈、火箭、衛(wèi)星和飛機(jī)等飛行體升空穿云期間防避遭雷擊的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的避雷方法在飛行體表面覆蓋上一層高電導(dǎo)率的等離子體氣層，使得飛行體表面的感應(yīng)電荷能及時(shí)地散發(fā)到空間大氣中，或利用脈沖電流放大器產(chǎn)生極性相反和幅度足夠的電荷對(duì)消飛行體表面的感應(yīng)電荷，使雷電在飛行體表面產(chǎn)生的感應(yīng)電荷失效或消失，這樣，飛行體表面的大氣電場(chǎng)強(qiáng)度就達(dá)不到擊穿大氣的值，從而避免了云電荷向飛行體發(fā)生電擊穿的可能。
文檔編號(hào)H02H9/04GK102222895SQ201010149338
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2010年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者莊洪春 申請(qǐng)人:莊洪春