Especialistas em aviação estimam que todo avião comercial do mundo é atingido por um raio pelo menos uma vez por ano. Cerca de 90 por cento desses ataques são provavelmente desencadeados pela própria aeronave:Em ambientes de tempestade, o exterior eletricamente condutor de um avião pode atuar como um pára-raios, provocando um ataque que poderia danificar as estruturas externas do avião e comprometer a eletrônica de bordo.

Para evitar quedas de raios, os voos são normalmente redirecionados para regiões tempestuosas do céu. Agora, Os engenheiros do MIT estão propondo uma nova maneira de reduzir o risco de raios em um avião, com um sistema de bordo que protegeria um avião carregando-o eletricamente. A proposta pode parecer contra-intuitiva, mas a equipe descobriu que se um avião fosse carregado no nível certo, sua probabilidade de ser atingido por um raio seria significativamente reduzida.

A ideia decorre do fato de que, quando um avião voa através de um campo elétrico ambiente, seu estado elétrico externo, normalmente em equilíbrio, turnos. À medida que um campo elétrico externo polariza a aeronave, uma extremidade do avião torna-se mais carregada positivamente, enquanto a outra extremidade oscila em direção a uma carga mais negativa. À medida que o avião se torna cada vez mais polarizado, pode desencadear um fluxo altamente condutor de plasma, chamado de líder positivo - o estágio anterior a um ataque relâmpago.

Em um cenário tão precário, os pesquisadores propõem carregar temporariamente um avião em um nível negativo para amortecer a extremidade positiva mais carregada, evitando assim que esse fim alcance um nível crítico e inicie um raio.

Os pesquisadores mostraram por meio de modelagem que tal método funcionaria, pelo menos conceitualmente. Eles relatam seus resultados no Jornal do Instituto Americano de Aeronáutica e Astronáutica .

O time, que inclui o Professor Emérito Manuel Martinez-Sanchez e a Professora Assistente Carmen Guerra-Garcia, prevê equipar um avião com um sistema de controle automatizado que consiste em sensores e atuadores equipados com pequenas fontes de alimentação. Os sensores monitorariam o campo elétrico circundante em busca de sinais de possível formação de líderes, em resposta à qual os atuadores iriam emitir uma corrente para carregar a aeronave na direção apropriada. Os pesquisadores dizem que tal carregamento exigiria níveis de energia mais baixos do que para uma lâmpada padrão.

"Estamos tentando tornar a aeronave o mais invisível possível aos raios, "diz o co-autor Jaime Peraire, chefe do Departamento de Aeronáutica e Astronáutica do MIT e o Professor H.N. Slater de Aeronáutica e Astronáutica. "Além dessa solução tecnológica, estamos trabalhando na modelagem da física por trás do processo. Este é um campo onde havia pouco entendimento, e esta é realmente uma tentativa de criar algum entendimento sobre quedas de raios desencadeadas por aeronaves, do zero. "

O outro co-autor do artigo é Ngoc Cuong Nguyen, um cientista pesquisador no departamento de aeronáutica e astronáutica.

Relâmpago florescendo

Para ser claro, o próprio relâmpago representa muito pouco perigo para os passageiros dentro de uma aeronave, já que a cabine de um avião é bem isolada contra qualquer atividade elétrica externa. Na maioria dos casos, os passageiros podem ver apenas um flash brilhante ou ouvir um grande estrondo. No entanto, uma aeronave que foi atingida por um raio freqüentemente requer inspeções de acompanhamento e verificações de segurança que podem atrasar seu próximo vôo. Se houver dano físico ao avião, pode ser retirado de serviço - algo que as companhias aéreas preferem evitar.

O que mais, aeronaves mais novas feitas parcialmente de estruturas compostas não metálicas, como fibra de carbono, podem ser mais vulneráveis ​​a danos relacionados a raios, em comparação com os mais velhos, homólogos totalmente em metal. Isso ocorre porque a carga pode se acumular em painéis com má condução e criar diferenças potenciais de painel para painel, o que pode fazer com que certas regiões de um painel façam faíscas. Uma medida de proteção padrão é cobrir a parte externa da aeronave com uma leve malha metálica.

"Aeronaves modernas são cerca de 50 por cento de compostos, o que muda a imagem de maneira muito significativa, "Guerra-Garcia diz." Danos relacionados a raios são muito diferentes, e os reparos são muito mais caros para aeronaves compostas do que metálicas. É por isso que a pesquisa sobre quedas de raios está florescendo agora. "

Seguindo o líder

Guerra-Garcia e seus colegas analisaram se carregar eletricamente um avião diminuiria o risco de queda de raios - uma ideia que foi inicialmente sugerida a eles por colaboradores da Boeing, o patrocinador da pesquisa.

"Eles estão muito ansiosos para reduzir a incidência dessas coisas, em parte porque há grandes despesas de custo relacionadas à proteção contra raios, "Martinez-Sanchez diz.

Para ver se a ideia de cobrança se manteve, a equipe do MIT desenvolveu primeiro um modelo simples de um relâmpago disparado por uma aeronave. Enquanto um avião voa através de uma tempestade ou outro ambiente eletricamente carregado, a parte externa do avião começa a ser polarizada, formando "líderes, "ou canais de plasma altamente condutivo, fluindo de extremidades opostas do plano e, finalmente, saindo em direção a regiões da atmosfera com cargas opostas.

"Imagine dois canais de plasma se propagando muito rapidamente, e quando eles alcançam a nuvem e o solo, eles formam um circuito, e a corrente flui, “Diz Guerra-Garcia.

"Esses líderes carregam corrente, mas não muito, "Martinez-Sanchez acrescenta." Mas, nos piores casos, uma vez que eles estabelecem um circuito, você pode conseguir 100, 000 amperes, e é aí que acontece o dano. "

Os pesquisadores desenvolveram um modelo matemático para descrever as condições do campo elétrico sob as quais os líderes se desenvolveriam, e como eles evoluiriam para desencadear um relâmpago. Eles aplicaram esse modelo a uma geometria de aeronave representativa e verificaram se alterar o potencial da aeronave (carregá-la negativamente) impediria que os líderes se formassem e acionassem um raio.

Seus resultados mostram que, calculando a média das direções e intensidades do campo, o cenário carregado exigia um campo elétrico ambiente 50 por cento maior para iniciar um líder, em comparação com um cenário sem carga. Em outras palavras, carregando um avião em um nível ideal, seu risco de ser atingido por um raio seria significativamente reduzido.

"Numericamente, pode-se ver que, se você pudesse implementar essa estratégia de cobrança, você teria uma redução significativa nos incidentes de relâmpagos, "Martinez-Sanchez diz." Há um grande se:você pode implementá-lo? E é aí que estamos trabalhando agora. "

O estudante de graduação Theodore Mouratidis está realizando experimentos preliminares no túnel de vento Wright Brothers do MIT, testando a viabilidade de cobrança em um simples, esfera metálica. Os pesquisadores também esperam realizar experimentos em ambientes mais realistas, por exemplo, voando drones durante uma tempestade.

Para tornar o sistema de cobrança prático, Martinez-Sanchez diz que os pesquisadores terão que trabalhar para acelerar seu tempo de resposta. Com base em sua modelagem, ele e seus colegas descobriram que tal sistema poderia carregar e proteger um avião em frações de segundo, mas isso não será suficiente para proteger contra algumas formas de raios desencadeados.

"O cenário que podemos cuidar é voar para uma área onde há nuvens de tempestade, e as nuvens de tempestade produzem uma intensificação do campo elétrico na atmosfera, "Martinez-Sanchez diz." Isso pode ser sentido e medido a bordo, e podemos afirmar que, para esses eventos de desenvolvimento relativamente lento, você pode carregar um avião e se adaptar em tempo real. Isso é bastante viável. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.