Výboje v koncoch krídiel Tento jav by mohol byť užitočný
Výboje Corona sú možnými predzvesťou úderov blesku. Americkí vedci zistili, že ako plávajúci objekt sa krídla správajú inak, ako sa očakávalo - čo by mohlo byť veľmi užitočné.
Vedci z MIT skúmali, ako je možné znížiť riziko úderu blesku do lietadla.
Po celé storočia poznali námorníci Elmsfire ako predzvesť búrky. Pri sile elektrického poľa viac ako 100 kV/m sa na vysokých predmetoch, ako sú napríklad stožiare lodí, vyskytujú kontinuálne výboje. Piloti tiež pozorujú tento jav: ak ich lietadlá preletia pred búrkou, vytvárajú sa také korónové výboje na koncoch krídel alebo na čelnom skle. Sú považovaní za predzvesť úderu blesku. Lietadlá sú dobre chránené ako Faradayove klietky - palubná elektronika tiež zvyčajne úspešne odvracia prepätia - zariadenia však môžu stále zlyhať.
Doteraz bolo známe, že korónový výboj sa môže vo vetre zosilňovať. Leteckí inžinieri na Massachusetts Institute of Technology (MIT) teraz zistili, že vzdušné prúdy majú opačný účinok na neuzemnené objekty, ako sú lietadlá. Korónový výboj je slabší, tým silnejší je vietor.
Búrkový mrak sa pozeral fyzicky
Pozadie: V búrke môže trenie spôsobiť generovanie ďalších elektrónov. Vytvorí sa pole, ktoré môže siahať až po zem. Ak je toto pole dostatočne silné, môže ionizovať molekuly okolitého vzduchu a zmeniť neutrálny vzduch na nabitý plyn alebo plazmu. Tento proces sa vyskytuje najčastejšie okolo ostrých, vodivých predmetov, ako sú hroty krídel, pretože tieto špicaté štruktúry majú tendenciu zaostrovať elektrické pole.
Len čo sa vytvorí plazma, molekuly vo vnútri plazmy začnú žiariť procesom korónového výboja, pričom prebytočné elektróny v elektrickom poli kolidujú s molekulami a spôsobujú ich excitáciu. Aby sa molekuly vrátili do základného stavu, vysielajú fotón s vlnovou dĺžkou, ktorá zodpovedá charakteristickej modrastej žiare Elmského ohňa pre kyslík a dusík.
V predchádzajúcich laboratórnych experimentoch vedci zistili, že táto žiara a energia korónového výboja sa v prítomnosti vetra zvyšujú. Silný poryv môže odfúknuť kladne nabité ióny, ktoré lokálne chránia elektrické pole a znižujú jeho účinok. Tieto experimenty sa väčšinou uskutočňovali s elektricky uzemnenými štruktúrami. Tím MIT teraz zaujímalo, či to platí aj pre neuzemnené stavby, ako sú krídla lietadla.
Pokusy vo veternom tuneli
Na vyskúšanie svojej hypotézy inžinieri skonštruovali jednoduchú drevenú konštrukciu krídla a svoju konštrukciu zabalili do hliníkovej fólie, aby bol model elektricky vodivý. Namiesto generovania elektrického okolitého poľa, napríklad počas búrky, čo by bolo dosť časovo náročné, inžinieri pracovali s alternatívnou štruktúrou. Korónový výboj vytvorili pomocou kovového drôtu, ktorý prebiehal rovnobežne s dĺžkou krídla a bol pripojený k zdroju vysokého napätia medzi drôtom a krídlom. Krídlo pripevnili k podstavcu z izolačného materiálu, aby plával. Celá konštrukcia bola umiestnená v aerodynamickom tuneli pri rýchlosti vetra až 50 metrov za sekundu. Vedci zmenili aj napätie na drôte. Všetky svetelné javy boli zaznamenané kamerou. Váš výsledok je prekvapivý. Pretože sila korónového výboja a výsledný jas klesali so zvyšujúcim sa vetrom - na rozdiel od uzemnených štruktúr.
Z laboratória do aplikácie
„Na tejto štúdii je zaujímavé, že v priebehu experimentu sme skutočne zistili, že klasické teórie korónového výboja vo vetre neplatia pre lietadlá, ktoré sú elektricky izolované od svojho okolia,“ hovorí Carmen Guerra-Garcia. Je docentkou letectva na MIT.
Projekt čiastočne financoval Boeing, čo umožňuje vyvodiť závery o jeho praktickej relevantnosti. Piloti sa vždy snažia vyhnúť búrkam. K tomu sú k dispozícii rozsiahle technické pomôcky. Ak by neuspeli, ďalšie technické opatrenia by mohli pomôcť minimalizovať riziko úderu blesku. Súčasne sa prúdenie vzduchu generované lietadlom mohlo použiť aj na riadenie korónových výbojov. Prvé experimenty neumožňujú robiť nijaké podrobné závery o lietadlách; laboratórny model je výrazne zjednodušený. Vedci tiež vedia z predchádzajúcich experimentov, že povrch lietadla môže byť nabitý negatívne, aby sa neutralizovali nosiče pozitívneho náboja a znížilo sa riziko úderu blesku.