Розряди на крилах. Це явище може бути корисним
Коронні розряди є можливими провісниками ударів блискавки. Американські дослідники виявили, що як плаваючий об’єкт крила поводяться інакше, ніж очікувалося - це може бути дуже корисно.
Дослідники з MIT дослідили, як можна зменшити ризик удару блискавки в літаках.
Протягом століть моряки знали Елмсфайр як передвістя грози. При напруженості електричного поля більше 100 кВ/м безперервні розряди відбуваються на високих об'єктах, таких як корабельні щогли. Пілоти також спостерігають за явищем: якщо їх літак перетинає штормовий фронт, такі розряди корони утворюються на кінцях крил або на лобовому склі. Вони розглядаються як провісники удару блискавки. Літаки добре захищені як клітини Фарадея - бортова електроніка також зазвичай успішно запобігає перенапругам - але пристрої все одно можуть вийти з ладу.
До цього часу було відомо, що розряд корони може посилюватися за вітром. Аерокосмічні інженери з Массачусетського технологічного інституту (MIT) виявили, що потоки повітря мають протилежний вплив на незаземлені об'єкти, такі як літаки. Чим сильніший вітер, тим слабший розряд корони.
Грозову хмару розглядали фізично
Передумови: У грозовому хмарі тертя може спричинити утворення додаткових електронів. Створюється поле, яке може сягати до землі. Якщо це поле досить сильне, воно може іонізувати навколишні молекули повітря і перетворити нейтральне повітря в заряджений газ або плазму. Цей процес відбувається найчастіше навколо гострих, провідних предметів, таких як кінчики крил, оскільки ці загострені структури, як правило, фокусують електричне поле.
Як тільки плазма утворюється, молекули всередині плазми починають світитися в процесі коронного розряду, в результаті чого надлишкові електрони в електричному полі стикаються з молекулами і переводять їх у збуджений стан. Для того, щоб повернутися до свого основного стану, молекули посилають фотон з довжиною хвилі, яка відповідає характерному синюватому світінню Вогору в'язів для кисню та азоту.
У попередніх лабораторних експериментах вчені виявили, що це світіння та енергія коронного розряду зростають у присутності вітру. Сильний порив може здути позитивно заряджені іони, які локально захищають електричне поле і зменшують його дію. Ці експерименти в основному проводились з електрично заземленими конструкціями. Зараз команда MIT задалася питанням, чи стосується це також і незаземлених конструкцій, таких як крила літака.
Експерименти в аеродинамічній трубі
Щоб перевірити свою гіпотезу, інженери побудували просту дерев'яну конструкцію крила і обмотали свою конструкцію алюмінієвою фольгою, щоб модель була електропровідною. Замість генерування електричного навколишнього поля, як під час грози, що зайняло б досить багато часу, інженери працювали з альтернативною структурою. Вони створили коронний розряд металевим дротом, який проходив паралельно довжині крила і був підключений до джерела високої напруги між проводом і крилом. Вони прикріпили крило до основи з ізоляційного матеріалу, щоб воно плавало. Вся конструкція була розміщена у аеродинамічній трубі зі швидкістю вітру до 50 метрів на секунду. Також дослідники змінили натяг на дроті. Всі світлові явища були зафіксовані камерою. Ваш результат дивує. Оскільки сила коронного розряду та результуюча яскравість зменшувались із збільшенням вітру - на відміну від заземлених конструкцій.
Від лабораторії до заявки
"Вражаюче в цьому дослідженні полягає в тому, що в ході експерименту ми фактично виявили, що класичні теорії розряду корони на вітрі не стосуються літаків, які електрично ізольовані від свого оточення", - каже Кармен Герра-Гарсія разом. Вона є доцентом аерокосмічної техніки в Массачусетському технологічному інституті.
Проект частково фінансувався Boeing, що дозволяє робити висновки про його практичну значимість. Пілоти завжди намагаються уникати гроз. Для цього доступні великі технічні засоби. Однак якщо вони не досягнуть успіху, подальші технічні заходи можуть допомогти мінімізувати ризик удару блискавки. У той же час, повітряний потік, що генерується літаками, також може використовуватися для управління розрядами корони. Перші експерименти не дозволяють робити детальних висновків щодо літаків; лабораторна модель значно спрощена. З попередніх експериментів дослідники також знають, що поверхня літака може бути заряджена негативно, щоб нейтралізувати позитивні носії заряду і зменшити ризик удару блискавки.