Undersøgelse viser, at elektrisk ladende fly har reduceret risikoen for at blive ramt af lyn

Luftfartseksperter vurderer, at alle kommercielle fly i verden bliver ramt af lyn mindst en gang om året. Omkring 90 procent af disse strejker er sandsynligvis udløst af selve flyet:I tordenvejrsmiljøer et flys elektrisk ledende ydre kan fungere som et lyn, udløser en strejke, der potentielt kan skade flyets ydre strukturer og kompromittere dets elektronik ombord.

For at undgå lynnedslag, flyvninger omdirigeres typisk omkring stormfulde områder på himlen. Nu, MIT ingeniører foreslår en ny måde at reducere et flys lynrisiko, med et indbygget system, der ville beskytte et fly ved elektrisk at oplade det. Forslaget kan virke kontraintuitivt, men teamet fandt ud af, at hvis et fly blev ladet til det helt rigtige niveau, sandsynligheden for at blive ramt af belysning ville blive reduceret betydeligt.

Ideen stammer fra, at når et fly flyver gennem et omgivende elektrisk felt, dens eksterne elektriske tilstand, normalt i balance, skift. Når et eksternt elektrisk felt polariserer flyet, den ene ende af flyet bliver mere positivt ladet, mens den anden ende svinger mod en mere negativ ladning. Efterhånden som flyet bliver mere og mere polariseret, det kan udløse en meget ledende strøm af plasma, kaldte en positiv leder - den foregående etape til et lynnedslag.

I et så usikkert scenario, forskerne foreslår midlertidigt at oplade et fly til et negativt niveau for at dæmpe den mere højt ladede positive ende, og dermed forhindre den ende i at nå et kritisk niveau og starte et lynnedslag.

Forskerne har gennem modellering vist, at en sådan metode ville fungere, i det mindste konceptuelt. De rapporterer deres resultater i American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal .

Holdet, som omfatter emeritusprofessor Manuel Martinez-Sanchez og adjunkt Carmen Guerra-Garcia, forestiller sig at udstyre et fly med et automatiseret kontrolsystem bestående af sensorer og aktuatorer udstyret med små strømforsyninger. Sensorerne ville overvåge det omgivende elektriske felt for tegn på mulig lederdannelse, som reaktion, som aktuatorerne ville udsende en strøm for at oplade flyet i den rigtige retning. Forskerne siger, at en sådan opladning ville kræve lavere effektniveauer end for en almindelig pære.

"Vi forsøger at gøre flyet så usynligt for lyn som muligt, "siger medforfatter Jaime Peraire, leder af MITs afdeling for luftfart og astronautik og H.N. Slater -professor i luftfart og astronautik. "Bortset fra denne teknologiske løsning, vi arbejder på at modellere fysikken bag processen. Dette er et felt, hvor der var lidt forståelse, og dette er virkelig et forsøg på at skabe en vis forståelse for fly-udløste lynnedslag, fra bunden. "

Papirets anden medforfatter er Ngoc Cuong Nguyen, en forsker i luftfarts- og astronautikafdelingen.

Lyn blomstrer

For at være klar, lynet selv udgør meget lille fare for passagerer inde i et fly, som et flys kabine er godt isoleret mod enhver ekstern elektrisk aktivitet. I de fleste tilfælde, passagerer må kun se et kraftigt blink eller høre et højt brag. Alligevel, et fly, der er blevet ramt af lyn, kræver ofte opfølgende inspektion og sikkerhedskontrol, der kan forsinke dets næste flyvning. Hvis der er fysisk skade på flyet, det kan blive taget ud af drift - noget flyselskaberne helst vil undgå.

Hvad mere er, nyere fly fremstillet delvist af ikke-metalliske kompositstrukturer såsom kulfiber kan være mere sårbare over for lynrelaterede skader, sammenlignet med deres ældre, alle-metal modstykker. Det skyldes, at ladning kan ophobes på dårligt ledende paneler og skabe potentielle forskelle fra panel til panel, hvilket kan få visse områder af et panel til at gnistre. En standard beskyttelsesforanstaltning er at dække flyets yderside med et let metallisk net.

"Moderne fly er omkring 50 procent kompositter, som ændrer billedet meget markant, "Siger Guerra-Garcia." Lynrelaterede skader er meget forskellige, og reparationer er meget dyrere for komposit versus metalfly. Derfor blomstrer forskning om lynnedslag nu. "

Efter lederen

Guerra-Garcia og hendes kolleger kiggede på, om elektrisk opladning af et fly ville reducere risikoen for lynnedslag-en idé, der oprindeligt blev foreslået dem af samarbejdspartnere i Boeing, forskningssponsoren.

"De er meget ivrige efter at reducere forekomsten af ​​disse ting, dels fordi der er store omkostningsudgifter i forbindelse med lynbeskyttelse, ”Siger Martinez-Sanchez.

For at se, om opladningsidéen holdt op, MIT-teamet udviklede først en simpel model af et fly-udløst lyn. Når et fly flyver gennem et tordenvejr eller et andet elektrisk ladet miljø, ydersiden af ​​flyet begynder at blive polariseret, danner "ledere, "eller kanaler med stærkt ledende plasma, flyder fra modsatte ender af flyet og til sidst ud mod modsat ladede områder i atmosfæren.

"Forestil dig to kanaler af plasma, der formerer sig meget hurtigt, og når de når skyen og jorden, de danner et kredsløb, og strømmen strømmer igennem, "Siger Guerra-Garcia.

"Disse ledere bærer strøm, men ikke særlig meget, "Tilføjer Martinez-Sanchez." Men i de værste tilfælde, når de etablerer et kredsløb, du kan få 100, 000 ampere, og det er, når der sker skade. "

Forskerne udviklede en matematisk model til at beskrive de elektriske feltforhold, under hvilke ledere ville udvikle sig, og hvordan de ville udvikle sig til at udløse et lynnedslag. De anvendte denne model på en repræsentativ flygeometri og kiggede på, om ændring af flyets potentiale (ladning negativt) ville forhindre lederne i at danne og udløse et lynnedslag.

Deres resultater viser, at gennemsnit over feltretninger og intensiteter, det opladede scenario krævede et 50 procent højere omgivende elektrisk felt for at starte en leder, sammenlignet med et uladet scenario. Med andre ord, ved at oplade et fly til et optimalt niveau, dens risiko for at blive ramt af lyn ville blive reduceret betydeligt.

"Numerisk, man kan se, at hvis du kunne implementere denne gebyrstrategi, du ville have en betydelig reduktion i lynnedslagene, "Martinez-Sanchez siger." Der er et stort hvis:Kan du implementere det? Og det er der, vi arbejder nu. "

Kandidatstuderende Theodore Mouratidis udfører foreløbige eksperimenter i MIT's Wright Brothers Wind Tunnel, teste muligheden for at oplade på en simpel, metallisk kugle. Forskerne håber også at kunne udføre eksperimenter i mere realistiske miljøer, for eksempel ved at flyve droner gennem et tordenvejr.

For at gøre opladningssystemet praktisk, Martinez-Sanchez siger, at forskere bliver nødt til at arbejde for at fremskynde sin responstid. Baseret på deres modellering, han og hans kolleger har fundet ud af, at et sådant system kunne oplade og beskytte et fly inden for brøkdele af et sekund, men dette vil ikke være nok til at beskytte mod nogle former for udløst lyn.

"Scenariet, vi kan passe på, er at flyve ind i et område, hvor der er stormskyer, og stormskyerne frembringer en intensivering af det elektriske felt i atmosfæren, "Martinez-Sanchez siger." Det kan sanses og måles om bord, og vi kan hævde, at for sådanne relativt langsomt udviklede begivenheder, du kan oplade et fly og tilpasse i realtid. Det er ganske muligt. "

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT -forskning, innovation og undervisning.