Регистратор грозовой опасности

Третья часть статьи "Молниезащита самолётов"

Расчётные данные, подобные тем, что представлены на рис. 5, можно получить для каждого конкретного летательного аппарата, учитывая его форму и размеры. А если так, то почему бы не попытаться создать бортовой прибор для контроля электрического поля по трассе полета? Особых проблем с измерениями не существует. В современном исполнении флюксметры (так называют регистраторы электрического поля) способны измерять электрическую напряженность от единиц вольт на метр. Проблема не в измерениях, а в трактовке полученных результатов. Здесь время рассмотреть самую простейшую ситуацию. Пусть авиалайнер летит строго к центру пока ещё далеко расположенной грозовой ячейки. Ее заряд Q неизвестен, равно как и удаление от самолёта R. Воспользуемся результатами двух измерений электрического поля E₁ и E₂, которые сделаны с интервалом времени, за который датчик измерительной системы приблизился к заряженному центру на расстояние Δr. При известном значении Δr этого достаточно, чтобы определить и заряд грозовой ячейки, и его удаление от самолёта. Действительно, совместное решение уравнений, записанных по закону Кулона

(2)

даёт

(3)

Принципиально важны оба значения. Знание заряда позволяет оценить скорость роста электрического поля по мере приближения к нему, а текущее расстояние до заряда необходимо для своевременного начала разворота, если опасность существует и надо обойти грозовой центр. Для современных крупногабаритных авиалайнеров с большой инерционностью речь может идти об упреждении в десяток километров. При произвольной ориентации самолета относительно заряженного центра потребуется, как минимум, 3 датчика поля, регистрирующих продольную, поперечную и вертикальную составляющие вектора E. Объем вычислений от этого увеличится, но особо принципиальных трудностей не возникнет. Жаль только, что одиночный заряженный центр – абсолютно нереальная ситуация для грозовой облачности. Даже в самой простейшей обстановке облако представляет собой дипольный заряд. Ближе к земле, с центром на высоте 3-4 км, размещается отрицательно заряженная область, а на 2-3 км выше положительная. В случае приблизительно равных зарядов образуется заряженный диполь с зарядом Q и плечом d = 2-3 км (рис. 6).

рис. 6. Поле заряженного диполя на большом удалении от его зарядов

Элементарные построения на рис. 6 показывают оценку его поля EΣ на большом удалении R. Теперь вектор EΣ направлен перпендикулярно направлению полёта самолёта, а его величина меняется обратно пропорциональна кубу расстояния до заряженных центров:

Регистрация столь быстро убывающего поля требует повышенной чувствительности датчиков. К тому же за счёт параметра d увеличивается число неизвестных, а следовательно, и число измерений, которые надо обработать для их определения. Остается добавить к представленной картине какой-то хотя бы ещё один облачный заряд, чтобы ещё сильнее усложнить задачу. Пусть он будет, например, отрицательный и разместится непосредственно над самолетом, полностью исказив не только величину, но даже направление вектора E_Σ. Задача становится неразрешимой, потому что в реальности число заряженных центров в облачности никому неизвестно. Вот почему полноценных бортовых средств предупреждения о грозовой опасности в авиации до сих пор нет, а контроль обстановки по засветкам на бортовом локаторе далеко не всегда эффективен. Полностью избежать прямых столкновений с молнией пока не удается.

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

Читайте далее "4. Опасность прямого удара молнии"

Смотрите также:

Смотрите также: