التفريغ الكهربائي في الطائرات

إذا كنت في طائرة وسمعت فجأة دويًا عاليًا أو رأيت وميضًا خارج النافذة، فربما تكون الطائرة قد أصابتها البرق للتو، وعندما يحدث هذا فمن المفترض أن يهبط الطيارون في أسرع وقت ممكن حتى يمكن فحص المركبة بحثًا عن أي تلف محتمل لجلدها أو هيكلها أو إلكترونياتها، حيث يعد هذا البروتوكول أمرًا بالغ الأهمية للسلامة، ولكنه قد يؤدي إلى تأخير وإلغاء الرحلات وهذا الشيء مكلف، لذلك من المهم والضروري تجهيز الطائرات بأنظمة خاصة لتفريغ الشحنات الكهربائية لتمنع دخول هذه الشحنات إلى الطائرة.

ما هي الشحنات الموجودة على الطائرة

أثناء الطيران يمكن أن تتراكم جزيئات موجبة وسالبة الشحنة تسمى الأيونات على أجزاء من سطح الطائرة، خاصة على الأماكن المدببة مثل الأنف وزعانف الذيل وأطراف الجناح، وإذا حصل اختلاف كبير في الشحنة أو الاستقطاب قبل أن تطير الطائرة إلى منطقة مشحونة من الغلاف الجوي، فمن المرجح أن تتدفق الأيونات على طول الطائرة وتكمل دائرة كهربائية مع السحب، مما يؤدي إلى تفريغ قوي للشحنات يؤدي للبرق، وتم الكشف عن حل محتمل لتراكم الأيونات: وذلك بإضافة شحنة سالبة إلى الطائرة.

تأثير الشحنات الكهربائية على الطائرة

سوف تتراكم الشحنات الكهربائية في الطائرات التي تطير في السحب أو عند هطول الأمطار بسبب الاحتكاك مع السائل أو الجسيمات الصلبة الأخرى في الغلاف الجوي، وتسبب هذه الشحنات تشويشًا في الاتصالات اللاسلكية والملاحة، لذلك هناك حاجة إلى التخلص من ذلك، لأنه يمكن أن يهدد التداخل اللاسلكي سلامة الطائرات.

حيث يتداخل مع اتصالات الطائرات ومعدات الملاحة، ويعد كل مكون من مكونات الطائرة تقريبًا مصدرًا محتملاً للتداخل اللاسلكي، حيث يؤدي التداخل اللاسلكي إلى تدهور أداء وموثوقية مكونات الراديو والمكونات الإلكترونية، ويساعد (Aircraft Static Discharger) على تقليل هذا التداخل في أنظمة الاتصالات والملاحة.

ما هو التداخل الراديوي

التداخل الراديوي عبارة عن اضطراب في طيف الترددات الراديوية الذي ينتج عن مصدر خارجي يقوم بالتأثير على الدوائر الكهربائية عن طريق الحث الكهرومغناطيسي، حيث يقود هذا الاضطراب إلى تراجع أداء الدائرة أو حتى تعطيلها عن العمل.

أنواع التفريغ الاستاتيكي

يحدث تداخل الراديو بشكل شائع بسبب ثلاثة أنواع من التفريغ الساكن:

التفريغ الهالي Corona

يكون التفريغ الهالي مضيئًا ويمكن سماعه، ينتج عنه تفريغ كهربائي يسبب تأين الهواء في وجود مجال كهربائي قوي، ويُعرف أيضًا تفريغ الهالة على الرادوم، والجنيحات والزجاج الأمامي والمراوح على سبيل المثال، باسم نار سانت إلمو، وعندما تصل شحنة الطائرة إلى 100000 إلى 200000 فولت تتركز المجالات الكهربائية على أطرافها، مثل أطراف الجناح وأسطح الذيل وما إلى ذلك، كما يتأين الهواء عند النقاط الأكثر حدة على هذه الأسطح ويخرج التيار في الهواء المحيط، مما يؤدي إلى تداخل لاسلكي يتسبب في حدوث ضوضاء في جهاز الاستقبال اللاسلكي.

التفريغ المتدفق

التفريغ المتدفق هو تفريغ كهربائي قد ينطلق من الطائرة، بما في ذلك الأسطح العازلة للكهرباء مثل الرادوم المركب والجنيحات المركبة، وكذلك الزجاج والسيراميك، وقد يتدفق التفريغ عدة بوصات من مادة مركبة إلى هيكل طائرة معدني أو في الهواء، أو يمكن أن تتراكم الشحنة على سطح مطلي قبل أن تتدفق إلى برغي قريب غير مطلي أو رأس برشام، كما يمكن تقليل التدفق من خلال طلاء المناطق غير الموصلة بطلاء عالي المقاومة يسمح بنقل الشحنة إلى هيكل الطائرة.

التفريغ القوسي

يمكن أن يخلق الانحناء توهجًا مضيئًا لامعًا ويكون مشابهًا لشكل التدفق، ولكنه يقتصر عادةً على نقطة القفز للإشارة إلى مسافات بوصة أو أقل وغالبًا ما يكون بالكاد مرئيًا، ولكن عندما يمكن ملاحظته يكون له مظهر خط منحني، ويكون هذا التفريغ دائمًا نتيجة لعزل جزء من الطائرة كهربائيًا عن الهيكل الرئيسي، بحيث أنه عندما تتراكم شحنة على الجزء المعزول، فإنها تنحرف إلى الهيكل الرئيسي.

عادةً ما يحدث الانحناء بسبب فشل بعض الأجهزة المثبتة في تقليل الضوضاء الساكنة لهطول الأمطار، مثل أحزمة الربط المكسورة عند نقاط مفصلات سطح التحكم وأبواب التروس ولوحات الوصول وحمولة جسم الطائرة وأبواب المدخل، وتتسبب أحزمة محول البرق الرادوم المتشققة وقواعد التفريغ الاستاتيكية في حدوث قوس.

كيف يتم تقليل تداخل الراديو

يتم تقليل تداخل الراديو من خلال منع التفريغ غير المنضبط للكهرباء الساكنة من الطائرة إلى الهواء المحيط، حيث يتم مزج الشحنة في الكتلة الهوائية حول الطائرة بمعدل متحكم فيه باستخدام جهاز تفريغ، ويعد قمع المجالات الكهرومغناطيسية غير المرغوب فيها والتداخل الكهروستاتيكي أمرًا ضروريًا في جميع الطائرات، وفي الاتصالات اللاسلكية يمكن ملاحظة ذلك على أنه ضوضاء غير مرغوب فيها، أما في المكونات الأخرى، هذا يشكل تهديدًا للتشغيل السليم.

كما أن العديد من مكونات الطائرة هي مصادر محتملة للتداخل الكهربائي الذي يمكن أن يؤدي إلى تدهور أداء وموثوقية مكونات إلكترونيات الطيران، ولمنع تراكم الشحنات الكهربائية، يجب أيضًا ربط جميع المكونات الكهربائية بهيكل الطائرة والأرض.

ترابط الأجزاء المعدنية للطائرة

يوفر الترابط التوصيل الكهربائي الضروري بين الأجزاء المعدنية للطائرة، كما لن يزيل الترابط الشحنة الساكنة ولكنه سيعادل الإمكانات بين الأجزاء المرتبطة، بحيث لا تحدث شرارة بينهما وتقوم الفتائل الساكنة بتفريغ الكهرباء الساكنة.

تصبح الطائرات مشحونة بشدة بالكهرباء الساكنة أثناء الطيران، وإذا تم ربط الأجزاء المعدنية بالطائرة بشكل غير صحيح، فسيكون هناك فرق في الشحنة (الجهد)، وفي حالة وجود إمكانات جهد مختلفة، يمكن أن يحدث الانحناء بينهما بسبب الاهتزاز أو التحكم في حركة السطح، مما يتسبب في حدوث ضوضاء (طقطقة) في مستقبِل الراديو، والوصلات العبور والخيوط والمشابك هي الطرق العادية لمعادلة  الجهد في جميع أنحاء هيكل الطائرة.

يساعد الترابط أيضًا على توفير مسار إرجاع منخفض المقاومة للأنظمة الكهربائية أحادية السلك، حيث يتم ربط جميع معدات إلكترونيات الطيران بهيكل الطائرة لتوفير مسار مقاومة منخفض لكل من الجهد الساكن والفولتية المستحثة ليتم تفريغها على الأرض، وبالتالي تقليل التداخل اللاسلكي.

الأمور التي يجب مراعاتها في وصلات الترابط

• يجب التأكد من أن وصلات العبور يجب أن تكون قصيرة قدر الإمكان.

• يجب التأكد من إزالة التشطيبات في منطقة التلامس الخاصة بجهاز الربط بحيث يوجد تلامس من المعدن إلى المعدن.

• يجب ألا تتجاوز المقاومة 003 أوم.

• عندما يتم استخدام الوصلات فقط لتقليل ضوضاء التردد اللاسلكي وليس لأغراض الحمل الحالية ، فإن مقاومة 0.01 أوم تكون مرضية.

أجهزة التفريغ الثابتة على متن الطائرات

يتم تركيب أجهزة التفريغ أو الفتائل الثابتة على متن الطائرات لتقليل تداخل جهاز استقبال الراديو، يحدث هذا التداخل بسبب التفريغ المنبعث من الطائرة نتيجة هطول الأمطار الاستاتيكية، وعادة ما يتم تركيب أجهزة التفريغ الثابتة على الحواف الخلفية لأسطح التحكم وأطراف الجناح والمثبت الرأسي، كما يجب ألا يتجاوز قياس المقاومة من التركيب إلى هيكل الطائرة 0.1 أوم، ويجب فحص حالة جميع أجهزة التفريغ الاستاتيكية وفقًا لتعليمات الشركة المصنعة.

أثناء الرحلة، يتم شحن الطائرة بالكهرباء الساكنة، وإذا لم يتم التحكم في تفريغ الكهرباء الساكنة، فإنه يتسبب في حدوث تداخل في أنظمة الاتصالات والملاحة ولتقليل تأثير هذا التداخل يتم تثبيت مفرغات ثابتة، حيث يحتوي كل مفرغ على طرف من ألياف الكربون في نهاية القضيب الرفيع والقضيب مصنوع من مادة مقاومة (موصلة) ويلتصق بقاعدة معدنية تتصل القاعدة بسطح الطائرة وتربطها.

وفي نهاية ذلك فإن الغرض من أجهزة التفريغ الاستاتيكية هو القيام بتقليل مستوى الجهد اللازم لبدء تفريغ الهالة، وجعل المناطق ذات شدة مجال منخفضة للغاية للترددات الراديوية، وبالتالي تتسبب في حدوث التفريغ في هذه المناطق وتفريغ شحنة الكهرباء الساكنة.