برخورد صاعقه با هواپیما 787

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami

محل اقامت: City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1149

سپاس: 1416

جنسیت:

تماس:

برخورد صاعقه با هواپیما 787

پست توسط rohamjpl »

توجه قفس فارادی زیرا قفس محصور جریان را در خارج از فضای بسته هدایت می کند و هیچ کدام از داخل آن عبور نمی کند. قفس فارادی را می توان به عنوان تقریبی از یک هادی توخالی ایده آل در نظر گرفت. اگر میدان الکتریکی در خارج از قفس وجود داشته باشد، نیرویی بر بارهای روی سطح رسانا ایجاد می‌کند و این باعث می‌شود که بار سطحی بر اساس آن دوباره توزیع شود تا اثر میدان خارجی از بین برود. میدان‌های الکترومغناطیسی خارجی یا داخلی اعمال شده بر حامل‌های بار (معمولاً الکترون‌ها) در هادی نیرو ایجاد می‌کنند. بارها بر این اساس دوباره توزیع می شوند (یعنی جریان های الکتریکی تولید می شوند). هنگامی که بارها مرتب می شوند تا میدان اعمال شده در داخل را لغو کنند، جریان ها متوقف می شوند.
. هنگامی که یک میدان الکتریکی خارجی (فلش ها) اعمال می شود، الکترون ها (توپ های کوچک) در فلز به سمت چپ قفس حرکت می کنند و به آن بار منفی می دهند، در حالی که بار نامتعادل باقی مانده هسته ها به سمت راست یک بار مثبت می دهد. . این بارهای القایی یک میدان الکتریکی مخالف ایجاد می کند که میدان الکتریکی خارجی را در سراسر جعبه خنثی می کند.
یک فیلد کاربردی داخلی را در نظر بگیرید، زیرا مانند یک میدان خارجی عمل می کند، اما ممکن است به طور مستقیم دنبال شود.
قفس را به عنوان یک نسخه واقعی از پوسته رسانا در نظر بگیرید که در ابتدا در مورد الکترومغناطیس مطالعه می کنید. میدان‌های الکتریکی خارجی (یا داخلی) به دلیل دافعه متقابل، الکترون‌ها را دوباره توزیع می‌کنند (الکترون‌ها تا جایی که سطح و چگالی بار اجازه می‌دهد از یکدیگر دور می‌شوند. این باعث جریان موقت جریان می‌شود که وقتی الکترون‌ها از حرکت باز می‌مانند متوقف می‌شود. .
حالا یک شارژ با خود به داخل قفس غیر زمینی می آورید، این یک میدان الکتریکی در سمت داخلی قفس ایجاد می کند، زیرا برای خنثی کردن میدان داخل قفس عمل می کند. اثر مستقیم این بازآرایی الکترون سمت داخلی، ایجاد باری در قسمت بیرونی قفس است که از نظر قدر (و با همان قطبیت) با باری که وارد کرده‌اید است.
به عبارت دیگر، اگر جسمی با بار مثبت وارد کنید، تمام الکترون های آزاد قفس را به سطح داخلی قفس جذب می کند و یک بار مثبت خالص در سطح بیرونی باقی می گذارد. حالا فرقی نمی‌کند که بار را در کجای پوسته قرار دهید، قفس همان میدان الکتریکی DC را ایجاد می‌کند که اگر به سادگی تحت تأثیر بار قرار می‌گیرد، ایجاد می‌کند. بارهای درونی و بیرونی یکدیگر را خنثی می کنند.
اکنون قفس را زمین می‌کنید، و مسیری را برای شارژ اضافی برای خروج از قسمت بیرونی پوسته فراهم می‌کنید، بنابراین قسمت داخلی پوسته، باری را که وارد کرده‌اید خنثی می‌کند.
نکته توجه کنید
خب این قانون گاوس است. در داخل هادی توخالی بار وجود ندارد، بنابراین بار محصور صفر است، بنابراین میدان الکتریکی در همه جا صفر است. اکنون به طور مستقیم تر، بی اهمیت ترین حالت مرکز یک کره توخالی را با بار "یکنواخت" روی سطح در نظر بگیرید. برای هر بار، یک بار مساوی مخالف قطر وجود دارد، و بنابراین در مرکز، میدان های الکتریکی (بردارها) برابر و مخالف هستند، بنابراین آنها لغو می شوند. اکنون، هر نقطه ای را در نظر بگیرید، خارج از مرکز. نمی توان بار نقطه مقابل را اعمال کرد، بلکه باید سطوح متضاد، dA را در نظر گرفت.قانون گاوس به زبان ساده بیان می کند که: شار الکتریکی در هر سطح بسته متناسب با بار الکتریکی محصور است. ... قانون گاوس را می توان برای نشان دادن اینکه هیچ میدان الکتریکی در داخل قفس فارادی بدون بار الکتریکی وجود ندارد استفاده کرد.
، که دارای بارهای $σ_1dA_1 $ وσ_2dA_2$ $ است. حالا فکر کنید که دو مخروط با رئوس در تماس (و دارای زوایای جامد یکسان) و محورهای خطی (موازی) با ارتفاعات r1 و r2 باشند. E از یکی فقط $\dfrac{σ_1dA_1}{r_1^2} $ است و دیگری $\dfrac{σ_2dA_2}{r_1^2} $ است، اما بدانید که$dA_i$ با $r_i^2dΩ_i $ متناسب است، جایی که $ dΩ$زاویه جامدی است که توسط مخروط ها پوشانده شده و توسط $dA_i$ تحت فشار قرار می گیرد.
پس $E_i $متناسب با$\dfrac{1}{r_i^2} $ است و$dA_i$ متناسب با $r_i^2 $ است و عبارت cancel که بارهای مساوی$σdΩ $ را در مقابل یکدیگر باقی می گذارد و بنابراین میدان های الکتریکی خنثی می شوند، یعنی $\vec{E}=0 $.
علل سقوط نکردن هواپیما آن است که همانند کابلی بزرگ جریان برق را از خود عبور داده و باعث می شود که خود آسیبی نبیند اما در این بین حتما باید در برابر حرارت و گرما وارد شده و جرقه های احتمالی ایمن سازی لازم صورت گیردسیستم صاعقه گیر هواپیما توسط فتیله ایستا تلاش در دور کردن آن ها می کند. اما فتیله ایستا به یک قطعه آهنی می‌گویند که به بدنه هواپیما توسط یک یا دو میخ یا سوزن به ته آن به طور کاملا الکتریکی اتصال دارد. که آن محل توسط یک پوشش فایبرگلاسی پوشیده شده که برقگیر است و از خود هواپیما جداست. در واقع میخ ها بخاطر اینکه در اطراف آن بار الکتریکی را جمع کنند به بدنه هواپیما وصل شده اند.در طول پرواز، ذرات باردار مثبت و منفی به نام یون‌ها می‌توانند در قسمت‌هایی از سطح هواپیما، به‌ویژه روی ویژگی‌های نوک‌دار مانند دماغه، باله‌های دم و نوک بال‌ها تجمع کنند. اگر اختلاف زیادی در بار یا پلاریزاسیون در هواپیما قبل از پرواز به منطقه باردار جو ایجاد شود، یون‌ها به احتمال زیاد در طول هواپیما جریان می‌یابند و یک مدار الکتریکی را با ابرها کامل می‌کنند و جرقه‌ای ایجاد می‌کنند.
فیبر آبکاری شده با افزایش رسانایی به فیبر کربن، که مقاومت کمی دارد، محافظت در برابر صاعقه را فراهم می کند. این به رعد و برق یک مسیر رسانا می دهد تا دنبال شود. پوشش نیکل در هنگام برخورد رعد و برق تبخیر می شود، زیرا انرژی برای چنین پوشش نازکی قابل توجه است.در حالی که مواد کامپوزیتی سبک تر از آلومینیوم هستند – که هواپیماها از آن تاریخ ساخته شده اند – رسانایی کمتری نسبت به فلز دارند و بیشتر در معرض آسیب صاعقه هستند. هر چه ماده ای کمتر رسانا باشد، ضربه انرژی بیشتری به ساختار آن منتقل می کند.بر خلاف سایر انواع هواپیما، بوئینگ 787 حاوی مواد کامپوزیتی بیشتری مانند الیاف کربن است که رسانایی کمتری نسبت به آلومینیوم دارند. برای ایجاد یک مسیر رسانا برای خروج از برخورد صاعقه از هواپیما، یک توری سبک از فویل در لایه سطحی پوسته بیرونی هواپیما تعبیه شده است.
آیا هواپیماهای فیبر کربنی/کامپوزیت بیشتر در معرض خطر صاعقه هستند؟ اصل این است که شما یک کانال الکتریکی از هر دو نقطه پایانی در هنگام برخورد صاعقه دریافت می کنید) که از زمین به ابر یا بالعکس می رود تا تشکیل شود - و با سرعت بسیار زیاد. فاصله نزدیکتر به هر دو، افزایش احتمال حمله با هواپیما در وسط آن. این امر به ویژه در مورد هواپیماهایی با پوست فلزی یا رسانای دیگری مانند فیبر کربن صادق است.
من فکر می کنم که پاسخ به توانایی نسبی فیبر کربن برای هدایت الکتریسیته مشکل است و شاید خیلی ساده شده باشد. کامپوزیت ها آن دسته از مواد شگفت انگیزی هستند که می توانند تقریباً به هر شکلی که می خواهید فرموله شوند تا هر خاصیت را که می خواهید به شما بدهد. به عنوان مثال، نمونه ای از مواد فیبر کربنی از بوم دم هواپیمای مدل من در مقایسه با نمونه ای از مواد فیبر کربنی در لبه جلویی شاتل فضایی، رفتاری باورنکردنی متفاوت خواهد داشت. هر کدام به روش های مختلف بافته شده اند، الیاف در جهت های مختلف هستند، افزودنی های مختلفی در آن ریخته شده است، شاید حتی الیاف اضافی یا متفاوتی برای به دست آوردن خواص ساختاری یا الکتریکی مطلوب، مقاومت در برابر شعله یا مقاومت در برابر خوردگی به آن اضافه شده است. از این رو، گفتن اینکه آیا بدنه هواپیما از جنس فیبر کربن رسانایی بیشتری نسبت به آلومینیوم دارد یا نه، واقعاً یک سؤال ساده نیست. با این حال، نکته مهم این است که الکتریسیته را هدایت می کند و این می تواند مشکل ساز باشد.
از این رو، اقدامات حفاظت از صاعقه (LSP) اهمیت دارد. اگر سیستم LSP نداشته باشید، پوست شما به مسیری تبدیل می‌شود که الکتریسیته می‌تواند در آن حرکت کند و آسیب‌هایی از رنگ سوخته گرفته تا مواد پوست سوخته گرفته تا سوراخ‌های سوخته در بدنه هواپیما تا اعضای کامپوزیت لایه‌برداری شده ایجاد می‌کند. کاری که LSP انجام می دهد این است که یک مسیر جایگزین و با مقاومت کم برای رعد و برق ایجاد می کند تا بین نقاط ورود و خروج دنبال کند تا بتواند آسیب شما را در کجا قرار دهد و آن را کاهش دهد.
یک بدنه کامپوزیت چقدر خوب با رعد و برق مقابله می کند
به عنوان مثال، 787 از دو روش اصلی برای دستیابی به حفاظت در برابر صاعقه استفاده می کند.
بدنه دارای مش مسی است که در آن "پخته" شده است.
در برخی از موارد افراطی، فویل های فلزی برای محافظت در برابر برخورد صاعقه وجود دارد.
چیدمان کامپوزیت از یک فویل فلزی منبسط شده (EMF) در ساختار خود استفاده می کند تا محافظت در برابر برخورد صاعقه (LSP) ایجاد کند. EMF معمولاً در بالای لایه CFRP قرار می گیرد، همانطور که در زیر نشان داده شده است. EMF معمولاً یک فویل فلزی نازک و سبک است که در لایه بیرونی CFRP یا در برخی موارد در لایه سطحی تعبیه شده است.
LSP EMF
چیدمان ساختار کامپوزیتی که در سمت چپ نشان داده شده است شامل یک لایه فویل فلزی منبسط شده است که در سمت راست نشان داده شده است. تصویر
787 همچنین از فویل های فلزی در برخی از انتها (بال ها، ناسل ها و غیره) استفاده می کند. از بررسی 787 سیستم:
سطوح پوست مخزن سوخت بال - محافظت از اثرات الکترومغناطیسی. اتصال دهنده‌های دارای رویه دی الکتریک (درزگیر به سطح خارجی پوسته مخزن سوخت) در ترکیب با فویل مسی با تغییر مسیر و توزیع جریان در برابر منابع اشتعال خارجی مانند رعد و برق و الکترواستاتیک روی سطح پوست مخزن بال محافظت می‌کنند.
مش فلزی در حال حاضر روش معمولی در عمل است و در جاهای دیگر مانند پره های روتور هلیکوپتر و بدنه نیز استفاده می شود. با این حال، کار برای استفاده از روش های دیگر مانند کامپوزیت های رسانا، لایه های سطحی رسانا و غیره ادامه دارد.
این نواحی با هوای خونی (یا برای 787، عناصر الکتریکی) گرم می شوند تا ذوب شوند یا از تشکیل یخ جلوگیری کنند. فلزات در دماهای بالا بسیار بهتر از کامپوزیت ها عمل می کنند، که تمایل به ذوب شدن یا از دست دادن استحکام دارند. فلزات همچنین می توانند گرمای ضد یخ را بهتر از کامپوزیت ها هدایت کنند.
عامل دیگر می تواند تولید باشد. این سطوح دارای انحنای زیادی هستند. پانل های کامپوزیت اغلب با هسته لانه زنبوری تقویت می شوند که بهترین کار روی سطوح نسبتا صاف است. البته کامپوزیت ها را می توان به این شکل ها ساخت، اما شکل گزینه های مواد و پیکربندی را محدود می کند. همچنین کار با فلز یا تعمیر آن نسبت به کامپوزیت ها آسان تر است.
تا آنجایی که آلومینیوم را نسبت به سایر فلزات انتخاب می کنیم، به دلیل استحکام بسیار سبک و ارزان است، قابلیت دمای مناسبی برای ضد یخ دارد و در صورت استفاده مناسب در برابر خوردگی یا خستگی نسبتاً مقاوم است.
دماغه ضد یخ ندارد و باید به عنوان پوششی برای رادار هواشناسی عمل کند. کامپوزیت ها را می توان برای رادار نسبتاً شفاف ساخت، اما فلز تمایل دارد امواج را مسدود کند. تصویر
دلیل دوم برخورد صاعقه است. لبه‌های جلویی بال‌ها نقاط اتصال معمول برای صاعقه هستند، بنابراین به شبکه برگشت صاعقه بدنه هواپیما متصل می‌شوند. ساخت آنها از فلزات بسیار رسانا می تواند آسیب فوری ناشی از اتصال صاعقه را کاهش دهد..I hope I help you understand the question. Roham Hesami smile072 smile261 smile260 رهام حسامی ترم پنجم مهندسی هوافضا
تصویر

ارسال پست