Виновата ли молния? Как устроена защита самолётов от грозовых фронтов
Sukhoi Superjet 100, возможно, попал в грозовой фронт, электрический разряд повредил автоматику — лайнер был вынужден запросить экстренную посадку, в ходе которой он потерпел крушение. Такова одна из версий трагедии в Шереметьево, официально она звучит так: неблагоприятные метеоусловия.
Начнём с того, что такое Sukhoi Superjet 100. Это первый пассажирский самолёт, сделанный в России , а не в СССР. Рассчитан на 98 пассажиров. Начинён суперсовременным бортовым оборудованием. Вместо штурвала — «сайдстик», то есть боковая ручка управления.
Сделан компанией «Гражданские самолёты Сухого» при участии ряда международных и отечественных компаний. Например, фюзеляж (то есть корпус) — работа Новосибирского авиационного завода имени В.П. Чкалова. Корпус SSJ-100 — из алюминиевого сплава, а некоторые части крыла и носовой обтекатель состоят из композитных материалов — стеклопластика, углеволокна. Такие детали позволяют сделать самолёт легче и, к примеру, удлинить крыло. Из недостатков — их сравнительно легко повредить, а восстановить после этого часто невозможно.
Фото: © РИА Новости
Почему столько внимания конструкции — потому, что металлический корпус должен быть сам по себе громоотводом: если листы обшивки плотно друг к другу прилегают (а как же иначе?), то при ударе током снаружи электричество нейтрализуется и внутрь самолёта не проникает — работает принцип «клетки Фарадея». А если фюзеляж сделан из композитов, как, например, у Boeing 787 или Airbus A350, то его покрывают медной сеткой.
Сейчас популярны «Тесла-шоу» для детей: смелых приглашают войти в клетку, а затем в их сторону пускают искусственные молнии — и тот, кто внутри, остаётся цел и невредим. Вот это и есть «клетка Фарадея», её назвали в честь английского физика Майкла Фарадея , который придумал такое средство защиты от внешних электромагнитных полей.
Действует это примерно так: током ударяет клетку, в одном направлении бегут положительно заряженные частицы, а в другом — отрицательные, то есть электроны. В итоге они компенсируют друг друга — и получается нейтральный заряд.
Благодаря Фарадею застигнутым грозой автомобилистам советуют оставаться в машине, если они боятся, что в них ударит молния. И точно так же от электрических разрядов защищена кабина лифта — это ведь металлический ящик.
Фото: © РИА Новости / Сергей Мамонтов
Во время авиаперелётов, согласно статистике, молния чаще всего бьёт в нос и в кончик крыла лайнера. В описаниях конструкции Sukhoi Superjet 100 говорится, что нос тоже защищён от молний: у него есть тонкое медное покрытие.
К тому же все современные авиалайнеры оснащены специальными токоприёмниками, которые устраняют статическое электричество.
Перед вводом самолёта в эксплуатацию его молниезащиту испытывают около полутора месяцев — лайнер атакуют разрядами со всех сторон и проверяют его защиту, не говоря уж о натурных лётных испытаниях перед передачей борта авиакомпании.
Так как же молния, на которую в наши дни даже не принято обращать внимания, могла привести к таким катастрофическим последствиям?
Авиационный эксперт, кандидат технических наук Вадим Лукашевич заявил Лайфу, что версия с повреждением самолёта молнией крайне маловероятна. Он считает, что к проблеме с автоматикой во время полёта привело что-то другое, а пожар начался из-за того, что при посадке в топливный бак угодил обломок стойки шасси. Но пока это всего лишь предположения, остаётся ждать итогов расследования.
Молниезащита самолётов
Когда летишь на Восток, темнеет быстро. Посадка в Сургуте проходила почти в полной темноте. Светло было только прямо по курсу. Непрерывные молниевые вспышки обозначали там приближающийся грозовой фронт. Вздох облегчения прошелестел по салону, когда колёса шасси покатились по бетонным плитам посадочной полосы. Полёты в грозу почти обязательный элемент каждого приключенческого фильма, художественной литературе тоже не занимать подобных сюжетов. Это вполне закономерно. Современный авиалайнер встречается с молнией в среднем каждые 2000 – 3000 часов полёта. Большой редкостью такую встречу не назовёшь, особенно если учесть, что ежедневно в небе нашей Земли находятся тысячи крупногабаритных самолётов. Редкость аварий говорит о том, что современный летательный аппарат достаточно молниестоек и способен выдержать атаку весьма мощной молнии. Различный подход к молниезащите летательных аппаратов и наземных сооружений заметит даже дилетант. Молнию можно отвести в сторону от любого сооружения на поверхности земли при помощи молниеотводов. Рядом с авиалайнером в воздухе молниеотвод не поставишь. Если же приладить его на носу или за хвостовым оперением, толку не будет. Ток молнии, перехваченной молниеотводом, всё равно потечёт по фюзеляжу самолёта и все возможные неприятности от этого окажутся налицо. Стоит внимательнее разобраться в механизме удара молнии в самолёт и выяснить последствия такого удара.
Э. М. Базелян, д.т.н., профессор;
Энергетический институт имени Г.М. Кржижановского, г. Москва;
признанный отечественный Эксперт в области заземления и молниезащиты
1. Механизм притяжения молнии к самолёту
Начинать надо с гипотезы Голда. Почти полвека назад он вполне обоснованно предположил, что точку удара молнии на наземном сооружении предопределяет плазменный канал, формирующийся от вершины в электрическом поле атмосферы.
2. Старт молний от авиалайнеров
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.
3. Регистратор грозовой опасности
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.
4. Опасность прямого удара молнии
Представляя изящную конструкцию фюзеляжа современного самолета 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.
5. Заряд электризации самолёта
Вам приходилось гладить кошку в темной комнате? Зимним вечером в морозную погоду под рукой заметны слабые голубые искры. Налицо электризация трением. Самолет не кошка, но при высокой скорости полета он тоже электризуется. Виноваты механические микровключения и гидрометеоры в воздухе, способствующие разделению зарядов при трении о поверхность фюзеляжа.
6. Электромагнитные помехи от тока молнии
Для современного авиалайнера это, пожалуй, самый опасный вид воздействия молнии. Любой автолюбитель хорошо осведомлен о дублировании особо ответственных систем управления. Именно по этой причине гидравлический привод тормозов выполнен отдельно на передние и задние колеса. Повреждение одной системы не нарушает работы другой. Дублирование гидравлических систем используется и на самолетах. Электрическую систему тоже можно дублировать, но с одной очень существенной оговоркой.
7. Испытания на молниестойкость
По правилам международной авиационной организации ИКАО ни один самолет не может использоваться для пассажирских перевозок без детальных испытаний на молниестойкость. Их методика имитирует последствия воздействия на летательный аппарат прямого удара молнии с предельными параметрами. Требования к процедуре испытаний настолько жесткие, что до сих пор их организация создает большие проблемы, а результаты далеко не всегда трактуются однозначно.
8. Что сулят композитные материалы
Перспектива их применения в авиации обещает радужные перспективы всем, кроме, пожалуй, специалистов по молниезащите. Удешевление и облегчение конструкции планера сомнений не вызывает. Что же касается молниезащиты, то здесь положение ясно далеко не вполне.
Защита самолета от молнии
Самолет во время грозы может попадать в поле действия молнии. Обычно это происходит при пролете через грозовые облака, а также при взлете и посадке. Самолеты гражданской авиации в среднем подвергаются ударам молнии не чаще чем 1 раз на 2 500–3 000 часов налета. Большинство инцидентов попадания разрядов молнии остаются незамеченными и проявляются лишь незначительными сбоями работы электроники в системе воздушного судна. Существует ряд государственных требований к летательным аппаратам, которые определяют пригодность к полетам в любую погоду, их называют Нормы летной пригодности. На сегодняшний день есть масса методов и технологий, применяемых для создания надежной защиты от попадания молнии.
Типы молниезащиты на самолетах
Защита самолета от молнии может выполняться различными вариантами. Часто одновременно на одной машине применяется несколько типов и технологий. Стоит отметить, что основная задача таких систем заключается в следующем:
- исключение возникновения малейшей искры в топливной системе воздушного судна (особенно это актуально для топливных баков, расположенных в крыльях);
- компенсация внутреннего заряда, который накапливается вследствие работы турбин, электроники и взаимодействия корпуса самолета с зарядами облаков (собственный заряд способен вызывать появление разрядов молнии при пролете через сгущенные облака, несущие в себе положительные заряды);
- защита электроники, экипажа и пассажиров от поражения электрическими разрядами;
- экранирование двигателей и систем радаров;
- удаление эффекта коронирования.
Все эти задачи достигаются различными методами и с использованием различных технологий.
Исключение появления искры в топливной системе и баках
Для того чтобы в момент попадания молнии в самолет топливная система не возгоралась, а продолжала стабильно работать, применяется автоматическое заполнение свободного места инертными газами. В результате пространство не заполняется воздухом, следовательно, возгорание становится невозможным. Также применяется полное экранирование баков и топливных каналов. В качестве экрана используется медная решетка, служащая своего рода громоотводом.
Компенсация внутреннего заряда
Важно помнить, что самолет во время грозы невозможно полностью защитить от попадания разрядов. Поэтому используются системы, которые бы компенсировали или сводили на нет все попадающие заряды. В процессе движения летательный аппарат может попадать не только под воздействие природного явления, возникающего само по себе, но и самостоятельно генерировать или вызывать такие разряды.
Причиной возникновения полуискусственной молнии может стать собственный заряд самолета, накапливаемый на обшивке и корпусе машины. Для удаления этого явления применяются технологии компенсации, действие которых основано на искусственной генерации зарядов противоположной полярности. Таким образом, достигается равновесие величин зарядов, и машина не имеет потенциала какого-либо полюса.
Защита самолета от молнии и выхода из строя оборудования в самолете включает в себя также планировку расположения узлов. Топливные баки устанавливаются не ближе 0,5 метра к краю крыла, оставляя достаточно места для работы экранирующей системы и оборудования защиты.
Элементы конструкции самолета или другого летательного аппарата объединяются в общую массу, что значительно облегчает возможные последствия при попадании электрического заряда молнии. Корпус салона и кабины пилотов надежно защищены экранами и не связаны электрически с обшивкой. Поэтому в случае попадания молнии, пассажиры и экипаж остаются невредимыми, хотя возможно наблюдение вспышки или слышимость звука снаружи.
Виновата ли молния? Как устроена защита самолётов от грозовых фронтов
В последний раз самолёт сгорел из-за удара молнии в 1963 году. Нас уверяют, что современным самолётам электрические разряды не страшны. Лайф разбирался, так ли это.
Sukhoi Superjet 100, возможно, попал в грозовой фронт, электрический разряд повредил автоматику — лайнер был вынужден запросить экстренную посадку, в ходе которой он потерпел крушение. Такова одна из версий трагедии в Шереметьево, официально она звучит так: неблагоприятные метеоусловия.
Начнём с того, что такое Sukhoi Superjet 100. Это первый пассажирский самолёт, сделанный в России, а не в СССР. Рассчитан на 98 пассажиров. Начинён суперсовременным бортовым оборудованием. Вместо штурвала — «сайдстик», то есть боковая ручка управления.
Сделан компанией «Гражданские самолёты Сухого» при участии ряда международных и отечественных компаний. Например, фюзеляж (то есть корпус) — работа Новосибирского авиационного завода имени В.П. Чкалова. Корпус SSJ-100 — из алюминиевого сплава, а некоторые части крыла и носовой обтекатель состоят из композитных материалов — стеклопластика, углеволокна. Такие детали позволяют сделать самолёт легче и, к примеру, удлинить крыло. Из недостатков — их сравнительно легко повредить, а восстановить после этого часто невозможно.
Фото: © РИА Новости
Почему столько внимания конструкции — потому, что металлический корпус должен быть сам по себе громоотводом: если листы обшивки плотно друг к другу прилегают (а как же иначе?), то при ударе током снаружи электричество нейтрализуется и внутрь самолёта не проникает — работает принцип «клетки Фарадея». А если фюзеляж сделан из композитов, как, например, у Boeing 787 или Airbus A350, то его покрывают медной сеткой.
Сейчас популярны «Тесла-шоу» для детей: смелых приглашают войти в клетку, а затем в их сторону пускают искусственные молнии — и тот, кто внутри, остаётся цел и невредим. Вот это и есть «клетка Фарадея», её назвали в честь английского физика Майкла Фарадея, который придумал такое средство защиты от внешних электромагнитных полей.
Действует это примерно так: током ударяет клетку, в одном направлении бегут положительно заряженные частицы, а в другом — отрицательные, то есть электроны. В итоге они компенсируют друг друга — и получается нейтральный заряд.
Благодаря Фарадею застигнутым грозой автомобилистам советуют оставаться в машине, если они боятся, что в них ударит молния. И точно так же от электрических разрядов защищена кабина лифта — это ведь металлический ящик.
Фото: © РИА Новости / Сергей Мамонтов
Во время авиаперелётов, согласно статистике, молния чаще всего бьёт в нос и в кончик крыла лайнера. В описаниях конструкции Sukhoi Superjet 100 говорится, что нос тоже защищён от молний: у него есть тонкое медное покрытие.
К тому же все современные авиалайнеры оснащены специальными токоприёмниками, которые устраняют статическое электричество.
Перед вводом самолёта в эксплуатацию его молниезащиту испытывают около полутора месяцев — лайнер атакуют разрядами со всех сторон и проверяют его защиту, не говоря уж о натурных лётных испытаниях перед передачей борта авиакомпании.
Так как же молния, на которую в наши дни даже не принято обращать внимания, могла привести к таким катастрофическим последствиям?
Авиационный эксперт, кандидат технических наук Вадим Лукашевич заявил Лайфу, что версия с повреждением самолёта молнией крайне маловероятна. Он считает, что к проблеме с автоматикой во время полёта привело что-то другое, а пожар начался из-за того, что при посадке в топливный бак угодил обломок стойки шасси. Но пока это всего лишь предположения, остаётся ждать итогов расследования.