Старт молний от авиалайнеров

Вторая часть статьи "Молниезащита самолётов"

Для специалистов это не стало неожиданностью, потому что нечто подобное многократно наблюдалось и для наземных высотных сооружений. Было установлено, что с увеличением высоты объекта свыше 200 м число ударов нисходящих молний в него (они стартуют от грозового облака) практически не увеличивается. Зато возрастает число восходящих молний, которые зарождаются у вершины сооружения и устремляются вверх, к грозовому облаку. Например, для Останкинской телебашни в Москве их доля достигает примерно 90%, - 25-27 ударов ежегодно (рис. 3).

Механизм рождения восходящих молний понятен специалистам и проанализирован количественно. Во время грозы электрическое поле у невозмущенной поверхности земли может вырасти до 20 - 40 кВ/м. Вдоль башни высотой ~ 500 м набирается 10 – 20 МВ. Внутри хорошо проводящего тела поле существовать не может. Весь наведённый заряд вытесняется на поверхность к вершине, создавая там исключительно сильное электрическое поле, достаточное для рождения и развития канала молнии.

рис. 3. Статическая фотография восходящей молнии в Останкинскую телебашню

Размеры современного авиалайнера на порядок меньше, зато он приближен к грозовому облаку, где электрическое поле по прямым измерениям может подниматься до 400 – 500 кВ/м, на порядок больше, чем у земли. К тому же наземные сооружения неподвижны. В электрическом поле грозового облака над ними создается облако объемного заряда короны. Оно экранирует вершину объекта, задерживая старт ионизационных процессов. Перед самолётом объёмный заряд не накапливается. Скорость дрейфа ионов в коронном разряде заметно отстает от скорости полёта самолёта. Действительно, для нормальных условий при типичной подвижности даже самых энергичных ионов μ_i ≈ 1,5×10^-4 м²(В с)^-1 скорость их дрейфа может подняться, скажем, до v_i = 100 м/с в электрическом поле

(1)

Такое может быть только по близости от заряженной ячейки грозового облака, куда авиалайнеру по правилам полета категорически запрещено приближаться. Поэтому экранирующего облака коронных ионов у него не будет, а значит ничто не помешает старту лидера восходящей молнии.

Здесь снова пойдёт речь о биполярном процессе. При старте положительного лидера от носовой части фюзеляжа и его развитии в направлении отрицательной заряженной ячейки грозового облака возникнет ещё и отрицательный лидер от хвостового оперения, который направится к поверхности земли либо к другой грозовой ячейке с положительным зарядом. Аналогичная ситуация возможна и для концов крыла. Коллаж на рис. 4 иллюстрирует описанную ситуацию.

Процесс физически хорошо понятен и количественно смоделирован для летательных аппаратов различных габаритов на различной высоте полёта. Расчётные данные на рис. 5 позволяют оценить пороговую напряженность электрического поля в атмосфере, достаточную для возбуждения разряда молнии от объекта заданной длины в воздухе нормальной плотности. Как можно видеть, полученные результаты зависят от эквивалентного радиуса кривизны мест старта газоразрядных процессов r0. Это закономерно, поскольку электрическое поле там обязательно должно быть достаточным для ионизации воздуха.

рис. 5. Зависимость порогового поля атмосферы от длины летательного аппарата при нормальных условиях

Приходится обратить внимание на то, что для возбуждения молнии крупногабаритному авиалайнеру совсем необязательно приближаться к грозовой ячейке с напряжённостью 400-500 кВ/м. Молния обходится на порядок более слабым полем. Для его производства не требуются грозовые облака. Вполне достаточно электрических зарядов обычной кучевой облачности, которая даже не производит характерных засветок на экране курсового радиолокатора. Ситуация явно мало приятная для экипажа, потому что он лишается предварительного предупреждения о молниевой опасности.

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

Читайте далее "3. Регистратор грозовой опасности"

Смотрите также:

Смотрите также: