Опасность прямого удара молнии

Четвёртая часть статьи "Молниезащита самолётов"

Представляя изящную конструкцию фюзеляжа современного самолёта с тонкой дюралевой или титановой обшивкой, в первую очередь задумываются о термическом воздействии мощных разрядов молнии. На деле реальная их опасность не так уж велика. На рис. 7 фотография стального наконечника флагштока с Останкинской телебашни со следами многочисленных ударов молнии. Размер изображения близок к истинному.

рис. 7. Фотография стального наконечника со следами оплавлений от контакта с молниями

Габариты каверн не слишком впечатляют. Их глубина близка к 1 мм, диаметр не больше 10 мм. С алюминиевой поверхностью принципиально большего молния тоже не сделает. Причина в том, что почти вся энергия молниевой вспышки рассеяна по её каналу длиной в несколько километров. В металл поступает совсем малая доля, что выделяется в тонком приэлектродном слое с напряжением 10 – 12 В. Умножьте эту величину на заряд молниевой вспышки (максимум 300 Кл), получится энергия, потраченная на нагрев и плавление обшивки, примерно ∆W_e = 3000 Дж. При удельной теплоемкости алюминия для рассматриваемого диапазона температуры c_Al ≈ 800 Дж/(кг, град), температуре плавления T_Al ≈ 660oC и удельной теплоте плавления λ _Al ≈ 3,9×10⁵ Дж/кг масса расплавленного материала оболочки, оцениваемая как

(5)

составит чуть больше 3 г. В реальных условиях даже меньше. Дело в том, что в полете точка контакта канала молнии смещается по металлу оболочки, делая характерные скачки с шагом порядка сантиметров. Эффект тем заметнее, чем больше скорость полёта. В итоге энергия выделяется не в одном, а в нескольких местах, а потому очаги проплавлений уменьшаются в размерах.

В части механических воздействий молнии наибольшую опасность представляет контакт её канала с диэлектрической обшивкой носового обтекателя, укрывающего курсовой локатор и другие антенные системы, а также с остеклением кабины пилотов. Если не принять специальных мер, здесь возможен электрический пробой диэлектрика. Заменить его металлом нельзя по условию радиопрозрачности (необходима для локатора) и прозрачности оптической (нужна пилотам). Приходится размещать на обтекателе тонкие металлические шины-молниеприёмники, связанные с обшивкой фюзеляжа. Но даже они заметно мешают обзору локатора. Чтобы уменьшить затенение, шины формируют из небольших несвязанных друг с другом металлических фрагментов. При развитии лидера от этих шин изоляционные промежутки перекрываются плазменными каналами и работают как единый молниеприёмный проводник, отводя ток молнии к фюзеляжу.

Наконец, необходимо напомнить об ударной волне из канала молнии. Его температура поднимается до 30 000^о примерно за 10 мкс. По сути процесс носит характер взрыва. Наземному наблюдателю громовые раскаты не более чем волнительны. Но сверхзвуковая волна, проникнувшая в воздухозаборник двигателя, может привести к фатальным последствиям. Выметая продукты горения, она останавливает турбину. На этот счет есть даже специальный термин – помпаж двигателя. Пассажирским самолётам он, к счастью, не грозит, потому что молния не может пробраться к пилонам крыльев, где сейчас монтируются двигатели.

Э. М. Базелян, д.т.н., профессор
Энергетический институт имени Г.М. Кржижановского, г. Москва

Читайте далее "5. Заряд электризации самолёта"

Смотрите также:

Смотрите также: