[发明专利]固体火箭自脱落式雷电防护导流条

说明书

本发明涉及一种固体火箭自脱落式雷电防护导流条，包括导流条主体、过渡结构、搭接结构、喷涂层；所述导流条主体、过渡结构、搭接结构厚度相同、粘接在固体火箭头罩防热层上，且粘结面与所述防热层共型；至少四条导流条主体沿头罩周向均匀布置，每条导流条主体一端与头罩顶点之间留有距离，另一端依次布置过渡结构和搭接结构；导流条主体与过渡结构之间，过渡结构与搭接结构之间留有间隙，间隙内通过防静电涂料填缝；所述搭接结构端面与壳体基体的对接面之间通过喷涂层连接。

技术领域

本发明属于宇航系统中的航天运输器中的电磁兼容领域。

背景技术

固体火箭由于箭体长度长、尾焰具有一定电导率、且飞行速度快,存在诱发雷电的物理机制。固体火箭要具备全天候发射能力，就需要能够具备雷电直接放电的防护能力。

固体火箭壳体一般采用铝/碳纤维复材，为导电材料。为防止飞行过程中，气动加热对运载火箭壳体的影响，火箭壳体外还覆有较厚的特种防热涂层，目前使用的涂层均为非导电材料。雷电击中运载火箭后，可在箭体表面产生高至200kA的电流。电流产生的加热效应将严重破坏防热涂层不。一旦防热层被雷电击穿，所形成的分米级孔洞将导致航天器壳体在后续的飞行过程中被气动加热融穿破坏，最终导致火箭爆炸，发射失败。

为了避免雷电电弧对航天器运载火箭结构的烧蚀，安装导流条(即连续或断续的金属条)是一种重要的防护方法，即通过导流条使雷电放电先导形成于导流条而非壳体本身。在运载火箭的端头与前段，相对于在表面形成金属层的防护方法(例如热压金属网或金属喷涂)，导流条有其优势，因为：第一、导流条截面厚，耐气动加热能力强，有利于防止在穿过对流层之前即被烧蚀；第二、大部分航天器在运载火箭有竖直飞行段，导致雷电可能在此段长时间附着于飞行器火箭头部，导流条的厚截面使其更易承受可高达200库仑的总转移电荷；第三、在直径一两米的整体圆柱壳段的防热材料表面热压金属网或金属火焰喷涂的工艺难度大，导流条相对容易安装。

但是，以往飞机雷达罩上所安装的导流条无法应用于固体火箭，这主要由于以下原因：(1)放电过程不同：固体火箭的头部往往是有防热层的铝或碳纤维壳体，即导体-绝缘体双层结构，而非飞机雷达罩单纯的绝缘体，因此电弧产生过程不同；(2)固定方式不同：固体火箭为了满足防热需求，导流条只能粘接在防热层上而无法铆接在壳体上；(3)热环境条件不同：固体火箭头部热流和气动剪切力大，导流条需要在火箭达到雷电主要发生高度前不脱落；而随着总热流进一步增大到粘接剂脱粘，导流条应当有效脱落而不至成为影响气动特性的异常凸起物；(4)雷电环境不同：固体火箭由于存在竖起飞行段，火箭头部是雷电的长时间附着点，单位电阻所产生的雷电能量强，而飞机只有水平飞行，由于扫掠通道效应，雷电在机头仅短时停留，能量相对较小。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种固体火箭自脱落式雷电防护导流条。

本发明解决技术的方案是：固体火箭自脱落式雷电防护导流条，包括导流条主体、过渡结构、搭接结构、喷涂层；所述导流条主体、过渡结构、搭接结构厚度相同、粘接在固体火箭头罩防热层上，且粘结面与所述防热层共型；

至少四条导流条主体沿头罩周向均匀布置，每条导流条主体一端与头罩顶点之间留有距离，另一端依次布置过渡结构和搭接结构；导流条主体与过渡结构之间，过渡结构与搭接结构之间留有间隙，间隙内通过防静电涂料填缝；所述搭接结构端面与壳体基体的对接面之间通过喷涂层连接。

进一步的，每个导流条主体与固体火箭头罩轴向垂直的截面面积按照下述关系进行选取：

式中，S为截面积；A为雷电脉冲的总作用时间积分；ρ为导流条主体材料密度，c为导流条主体材料比热容，σ为导流条主体材料电导率，ΔT为粘接时所用粘接剂所允许的温升，k为安全系数。

进一步的，导流条主体一端与固体火箭头罩顶点之间的距离以及导流条主体之间的距离均满足如下关系式：