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.

Фотография стального наконечника со следами оплавлений от контакта с молниями

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 ∆We = 3000 Дж. При удельной теплоемкости алюминия для рассматриваемого диапазона температуры cAl ≈ 800 Дж/(кг, град), температуре плавления TAl ≈ 660oC и удельной теплоте плавления λ Al ≈ 3,9×105 Дж/кг масса расплавленного материала оболочки, оцениваемая как

формула

(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 000о 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: