Молниезащита летательных аппаратов

На кафедре проводится работа в области молниезащиты летательных аппаратов по следующим направлениям:

• Исследование проблемы молниезащиты носовых обтекателей самолетов.

По статистике более 33 процентов ударов молнии в самолет приходится как раз в носовую часть самолета, где находится носовой диэлектрический обтекатель, основным назначением которого является защита антенных устройств радиолокационных станций от воздействия окружающей среды в условиях полета. Помимо этого, носовой обтекатель является важным аэродинамическим элементом самолета. Материалы, используемые для изготовления носовых обтекателей самолета, должны обладать низкой относительной диэлектрической проницаемостью (материал обтекателя должен быть радиопрозрачным, для того чтобы не изменять существенным образом амплитуду и фазу проходящей сквозь него электромагнитной волны) и высокой механической прочностью, но, к сожалению, низкая относительная диэлектрическая проницаемость и высокие прочностные характеристики, часто являются взаимоисключающие свойствами.

Если при воздействии грозовых облаков и/или попадании молнии в обтекатель самолета произойдет его электрический пробой, и он разрушится, то это может привести к катастрофическим последствиям. Во-первых, разрушение диэлектрической оболочки обтекателя самолета встречными газодинамическими потоками воздуха после электрического пробоя ведет к существенному ухудшению аэродинамических свойств самолета. Во-вторых, после разрушения обтекателя и во многих случаях, когда носовой обтекатель выдержал удар молнии и не повредился, система радиолокации и навигации, находящаяся под обтекателем самолета, может выйти из строя полностью или частично и не сможет нормально функционировать.

Поэтому исследование механизмов воздействия молнии и грозовых облаков на носовые радиопрозрачные обтекатели самолетов и установленное внутри них радионавигационное оборудование является важной и актуальной задачей

• Компьютерное моделирование электрических полей воздействующих на носовые обтекатели самолетов при помощи специально разработанного ПО «RadomeJetField».

Программа RadomeJetField, разработанная на кафедре ТЭВН, предназначена для расчета электрического поля от заряженного аэрозольного облака, создаваемого на экспериментальном комплексе кафедры. Она позволяет выполнить расчеты (определить потенциал электрического поля, абсолютное значение напряженности, составляющие напряженности электрического поля) в любой точке открытого пространства или аэрозольной камеры с учетом диэлектрического обтекателя, на поверхностях которого могут накапливаться заряды разного знака и представить результаты расчета в виде графиков.

• Испытания носовых обтекателей самолетов в условиях, приближенных к реальной грозовой ситуации , с помощью экспериментально-измерительного комплекса «ГРОЗА»

Применение установки «ГРОЗА» открывает новые возможности и расширяет круг решаемых задач по определению молниепоражаемости и молниезащищенности наземных объектов и летательных аппаратов. В отличие от традиционно применяемых для этих целей генераторов импульсных напряжений, проведение подобных испытаний с использованием заряженных аэрозольных облаков с потенциалами в несколько мегавольт позволяет создать условия, максимально приближенные к условиям поражения объектов естественной молнией. С увеличением масштаба создаваемых заряженных облаков появляется возможность проведения натурных испытаний действующих объектов в полевых условиях, что практически невозможно при использовании генераторов импульсных напряжений. При анализе проблем молниезащиты различных объектов использование заряженных аэрозольных облаков позволяет решить следующие задачи:

1. проанализировать условия возникновение восходящего или встречного лидера с объектов, находящихся в воздухе и на поверхности земли;
2. определить места и вероятность поражения объектов молнией и очертить их зоны защиты;
3. исследовать процессы ориентации каналов молнии на заземленные и изолированные объекты;
4. исследовать роль объемных зарядов, формируемых при коронном разряде с объектов;
5. исследовать взаимное влияние летательных аппаратов, рельефа местности и расположенных на ней объектов и слоистых, кучевых и грозовых облаков;
6. проанализировать влияние формы молниеотвода или объекта удара на места поражения молнией и оценить общую степень его молниезащищенности.

Испытания элементов летательных аппаратов с помощью генератора импульсных напряжений.

Темников А.Г., Черненский Л.Л., Орлов А.В., Герастенок Т.К., Антоненко С.С. Устройство для молниезащиты носового обтекателя самолета и находящейся под ним антенны. Патент на изобретение РФ № 2466912 С1 от 20.11.2012.

Разработка научно-технических и научно-технологических решений по совершенствованию молниезащиты объектов нефте- и газодобычи в шельфовой зоне

Физическое моделирование различных форм разряда (от диффузного до главного) из искусственных облаков заряженного водного аэрозоля с целью исследования их излучения в радиочастотном диапазоне и диапазоне гамма-излучения. Исследование возможностей переноса полученных результатов на реальную грозовую ситуацию (линейные нисходящие и облачные молнии, "sprites, elves, blue jets, superbolts") и определения параметров этих форм грозовых разрядов на основе дистанционных измерений в радиочастотном и гамма- диапазонах

Определение стойкости электронных устройств, средств связи, навигации, сигнализации, приборов и систем, содержащих электронные компоненты, к прямому или косвенному воздействию грозовых облаков и разрядов молнии с использованием искусственных облаков заряженного водного аэрозоля и генераторов импульсных напряжений и токов

Создание экспериментальных комплексов с использованием искусственных заряженных аэрозольных облаков для физического моделирования процессов поражения молнией промышленных и гражданских объектов, зданий и сооружений на масштабных макетах и реальных объектах с целью совершенствования их молниезащиты и электромагнитной совместимости

Разработка электростатических методов локализации, подавления и ускоренного осаждения экологически вредных аэрозольных выбросов в атмосферу при аварийных ситуациях, природных (например, при вулканических извержениях) и техногенных катастрофах с применением сильно заряженных аэрозольных потоков

Совершенствование молниезащиты воздушных линий электропередачи, проходящих в районах с высоким удельным сопротивлением грунта. Разработка экспериментального комплекса для исследования искровых процессов при растекании токов молнии с заземлителя

Разработка экспериментального комплекса для испытаний ОПН в соответствии с требованиями НТД, исследования характеристик ОПН. Совершенствование молниезащиты ЛЭП с помощью подвесных ОПН

1. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и промышленных коммуникаций: СО – 153 – 34.21.122-2003. М.: МЭИ, 2004.
2. Национальный стандарт Российской Федерации «Защита от молнии». Часть 1: Общие положения. Москва, 2008.
3. Инструкция по проектированию и устройству молниезащиты на наземных газоотсасывающих вентиляторных установках на угольных шахтах Кузбасса. ООО «Научно – производственное предприятие «Шахтпожсервис». Кемерово, 2006.
4. Инструкция по устройству молниезащиты зданий, сооружений и коммуникаций ОАО «Газпром». СТО Газпром. Москва, 2007.
5. Руководство по обеспечению ЭМС вторичного оборудования и систем связи электросетевых объектов. СТО 56947007-29.240.043-2010. ОАО «ФСК ЕЭС», 2010.
6. Методические указания по обеспечению ЭМС на объектах электросетевого хозяйства. СТО 56947007-29.240.044-2010. ОАО «ФСК ЕЭС», 2010.
7. Методические указания по определению электромагнитных обстановки и совместимости на электрических станциях и подстанциях. СО 34.35.311-2004. ОАО РАО "ЕЭС России", 2004.
8. Методические указания по проверке состояния заземляющих устройств электроустановок. РД 153-34.0-20.525-00. ОАО РАО "ЕЭС России", 2000.
9. Требования к заземляющим устройствам объектов электросетевого хозяйства ОАО «МОЭСК». 2009.

1. А.Ф. Дьяков, И.П. Кужекин, Б.К. Максимов, А.Г. Темников. Электромагнитная совместимость и молниезащита в электроэнергетике. Учебник для вузов. – М: Издательский дом МЭИ, 2009. – 455 с.
2. Кужекин И.П., Ларионов В.П., Прохоров Е.Н. Молния и молниезащита. М.: Знак, 2004.
3. Дьяков А.Ф., Максимов Б.К., Борисов Р.К., Кужекин И.П., Жуков А.В. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике и электротехнике. М.: Энергоатомиздат, 2003.
4. Глава «Формирование поверхностных разрядов в носовых диэлектрических обтекателях самолетов при воздействии грозовых облаков и молнии» в учебном пособии М.В. Соколовой, С.А. Кривова, А.Г. Темникова «Поверхностный электрический разряд в электротехнологических устройствах и в изоляционных конструкциях», Издательский дом МЭИ, 2011.
5. Бортник И.М., Белогловский А.А., Верещагин И.П., Вершинин Ю.Н., Калинин А.В., Кучинский Г.С., Ларионов В.П., Монастырский А.Е., Орлов А.В., Пинталь Ю.С., Сергеев Ю.Г., Соколова М.В., Темников А.Г. Электрофизические основы техники высоких напряжений. Учебник для вузов. – М: Издательский дом МЭИ, 2010. – 704 с.

1. Соколова М.В., Верещагин И.П., Темников А.Г., Орлов А.В., Синкевич О.А., Глазков В.В., Герасимов Д.Н., Аполлонов В.В., Кононов И.Г., Фирсов К.Н., Василяк Л.М., Поляков Д.Н. Экспериментальное моделирование системы лазерной молниезащиты на установке с искусственным облаком заряженного водного аэрозоля. Квантовая электроника, 2002, т. 32, № 6, с. 523-527.
2. Василяк Л.М., Верещагин И.П., Глазков В.В., Кононов И.Г., Орлов А.В., Поляков Д.Н., Синкевич О.А., Соколова М.В., Темников А.Г., Фирсов К.Н. Исследование электрических разрядов вблизи искусственного заряженного аэрозольного облака и их взаимодействие с лазерной искрой. Теплофизика высоких температур, 2003, т. 41, № 2, с. 200-210.
3. Темников А.Г., Орлов А.В., Верещагин И.П. Экспериментальное исследование параметров стебля импульсной короны и его перехода в первый участок лидера с использованием облака заряженного аэрозоля. "Новое в российской электроэнергетике", № 8, 2003.
4. Верещагин И.П., Кошелев М.А., Орлов А.В., Темников А.Г. К обоснованию создания автоматизированной системы определения места удара и параметров молнии для нужд электроэнергетики. "Новое в российской электроэнергетике", № 6, 2004, с. 6-14.
5. Верещагин И.П., Кошелев М.А., Орлов А.В., Темников А.Г. Анализ опыта работы автоматизированных систем определения мест удара молнии. "Новое в российской электроэнергетике", № 4, 2004.
6. Кужекин И.П., Козлов Д.А., Хрибар Ж. Испытания объектов на устойчивость к воздействию токов молнии. Журнал «Технологии электромагнитной совместимости», №2 (9), 2004 г.
7. Темников А.Г., Орлов А.В., Болотов В.Н., Ткач Ю.В. Экспериментальное исследование характеристик разряда между искусственным облаком заряженного водного аэрозоля и землей. Часть I. Оптические и токовые характеристики. Вестник МЭИ, N 1, 2005, с. 44-49.
8. Темников А.Г., Орлов А.В., Болотов В.Н., Ткач Ю.В. Исследование характеристик искрового разряда между искусственным облаком заряженного водного аэрозоля и землей. Журнал технической физики, 2005, т. 75, вып. 7, с. 52-59.
9. Темников А.Г., Орлов А.В., Болотов В.Н., Ткач Ю.В. Экспериментальное исследование характеристик разряда между искусственным облаком заряженного водного аэрозоля и землей. Часть II. Спектральные характеристики.  Вестник МЭИ, N 3, 2005, с. 74-80.
10. A.G. Temnikov, A.V. Orlov, V.N. Bolotov, Yu.V. Tkach. Studies of the parameters of a spark discharge between an artificial charged water-aerosol cloud and the ground. Technical Physics, Vol. 50, No. 7, 2005, pp. 868-875.
11. А.Г. Темников. К вопросу моделирования отрицательного лидера в воздухе. Электротехника, № 10, 2005, с. 46-55.
12. А.Г. Темников, А.В. Орлов. Экспериментальное исследование характеристик стебля стримерной короны с использованием искусственного облака заряженного водного аэрозоля. Электричество, № 12, 2005, с. 14-21.
13. Орлов А.В., Темников А.Г. Анализ аварийности линий электропередачи напряжением 10-1150 кВ в ЕЭС России. Вестник МЭИ, N 3, 2006, с. 47-58.
14. Темников А.Г., Орлов А.В., Черненский Л.Л., Калугина И.Е., Писарев В.П., Покусаева Т.А., Бобырь О.В. Исследование динамики формирования главного разряда из искусственных облаков заряженного водного аэрозоля как аналога природной молнии. Вестник МЭИ, N 6, 2006, с. 134-139.
15. Темников А.Г., Орлов А.В., Черненский Л.Л., Писарев В.П. Исследование влияния модельных гидрометеоров на развитие разряда из искусственного облака заряженного водного аэрозоля. Письма в ЖТФ, 2007, т. 33, вып. 10, с. 75-82.
16. A.G. Temnikov, V.B. Lebedev, G.G. Feldman, L.L. Chernensky, A.V. Orlov, V.P. Pisarev. Application of image converter camera for investigation of discharges from an artificial cloud of charged water aerosol. Proceedings of SPIE, vol. 6279, 62790H, January 2007.
17. М.Г. Андреев, Э.М. Базелян, М.У. Булатов, И.П. Кужекин, Л.М. Макальский, Д.И. Сухаревский, В.С. Сысоев.  Экспериментальное исследование зависимости скорости положительного лидера от тока в начальной и сквозной фазах лидерного процесса. Физика плазмы, 2008, том. 34,  7, с. 1-7.
18. Р.К. Борисов. Система обеспечения ЭМС вторичного оборудования на энергообъектах. Энергоэксперт. № 5, 2008, с.8-13.
19. Калугина И.Е. Развитие вероятностной методики расчета молниезащиты линий СВН и УВН. Вестник МЭИ. - 2008. - N 1. - С. 79-83.
20. Темников А.Г., Орлов А.В., Черненский Л.Л., Болотов В.Н., Писарев В.П. Влияние модельных гидрометеоров на характеристики финальной стадии разряда из искусственного облака заряженного водного аэрозоля. Журнал технической физики, 2009, том 79, вып. 10, с. 36-44.
21. Temnikov A.G., Orlov A.V., Chernenskii L.L., Bolotov V.N., Pisarev V.P. Influence of model hydrometeors on the final stage of a discharge from an artificial charged water aerosol cloud. Technical Physics, 2009, No. 10, pp. 1437-1445.
22. И.П. Кужекин, Д.А. Козлов, В.С. Сысоев, А.Г. Гончар, В.В. Приз. Защита от молний и обеспечение электромагнитной совместимости на стартовых комплексах космического назначения. Журнал «Вестник МЭИ» №5, 2009.
23. Темников А.Г., Черненский Л.Л., Орлов А.В., Полякова О.В. Экспериментальное изучение воздействия искусственных заряженных аэрозольных облаков на модели носовых обтекателей самолетов. Письма в ЖТФ, 2010, т. 36, вып. 18, с. 40-47.
24. Temnikov A.G., Chernensky L.L., Orlov A.V., Polyakova O.V. Experimental study of the effect of artificial charged aqueous aerosol cloud on model aircraft radome. Technical Physics Letters, 2010, Vol. 36, No. 9, pp. 848–851.
25. Анненков В.З. Расчет импульсного сопротивления железобетонного подножника опоры ВЛ. Электричество. № 4, 2010, с. 16-21. 26. В.З. Анненков. 
26. Анненков В.З. Импульсное сопротивление заземлителей при повторных разрядах молнии. Электричество. № 5, 2010, с. 14-18.
27. Темников А.Г., Гилязов М.З., Матвеев Д.А., Воронкова А.Ю., Черненский Л.Л.,  Орлов А.В. Исследование спектра электромагнитных помех на антенне под носовым обтекателем самолетов на моделях с использованием искусственных заряженных аэрозольных облаков. Письма в ЖТФ, т. 37, вып. 18, 2011, с. 7-16.
28. Темников А.Г., Черненский Л.Л.,  Орлов А.В., Антоненко С.С. Экспериментальное исследование пробоя диэлектрической оболочки носовых обтекателей самолетов на моделях с использованием искусственных заряженных аэрозольных облаков. Письма в ЖТФ, т. 37, вып. 19, с. 37-44.
29. Темников А.Г., Черненский Л.Л.,  Орлов А.В., Антоненко С.С. Формирование разрядов в моделях носовых обтекателей самолетов при воздействии искусственных заряженных аэрозольных облаков. Вестник МЭИ, № 4, 2011, с. 35-41.
30. A.G. Temnikov, L.L. Chernenskii, A.V. Orlov, S.S. Antonenko. Breakdown of model aircraft radome dielectric shell in artificial charged aerosol clouds. Technical Physics Letters, 2011, Vol. 37, No. 10, pp. 907-910.
31. A.G. Temnikov, M.Z. Gilyazov, D.A. Matveev, A.Yu. Voronkova, L.L. Chernenskii, A.V. Orlov. Studying electromagnetic interference spectrum in antenna under aircraft radome using models with artificial charged aerosol clouds. Technical Physics Letters, 2011, Vol. 37, No. 9, pp. 845-848.

1. International Conference on Lightning Protection.
2. International Conference on Atmospheric Electricity.
3. International Conference on Lightning and Static Electricity.
4. International Symposium on High Voltage Engineering.
5. International Conference on Gas Discharges and Their Applications.
6. International Symposium on High Pressure Low Temperature Plasma Chemistry HAKONE.
7. International Congress on High-Speed Photography and Photonics.
8. Российская конференция по атмосферному электричеству.
9. Российская конференция по молниезащите.
10. Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии.
11. Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика».
12. Российская конференция по физике газового разряда.