Matjaž Oštir

Žan Grabner

Mentor: izr. prof. dr. Zupanič Franc

Glavni vir: Lihgtning Strikes – Advanced Materials & Proccess – September 2000

Prve raziskave strel so se začele že pred 250 leti, ko je Benjamin Franklin dokazal, da udar strele ni nič drugega kot sprostitev električnega naboja, ki se nabere v oblaku

Moderne raziskave so se začele v 20. stoletju, ko je nobelovec C.T.R. Wilson podrobneje izmeril in analiziral področja statične elektrike v bližini neviht.

Danes so glavne raziskave usmerjenje v proučevanje oblakov cumulonimbus, ki so glavni izvor strel.

Nastanek strele in udar v letalo

Med nevihto delujejo oblaki kot veliki kondenzatorji ki shranjujejo električni naboj.

Naboj ki nastaja zaradi trenja delcev in vlage v oblaku se shranjuje v oblaku; pozitivni na zgornji strani oblakov, negativni pa na spodnji.

Primer oblaka Cumulonimbus

Ko postane območje v oblaku dovolj statično nabito, to povzroči ionizacijo zraka.

To omogoči odlično gibljivost elektronov v zraku, kar privede da se naboj shranjen v oblaku sprosti.

To hitro sprostitev ogromne napetosti, ki se je nabrala v oblaku, zaznamo kot strelo.

Poznamo dva različna načina udara strele v letalo:

• Letalo v letu le prestreže določen krak strele, ki se sproži na povsem naraven način nekje v bližini letala

• Letalo v letu samo sproži udar strele, ko prileti v območje močnega električnega polja

• Tok med udarom strele znaša okrog 300A in traja okrog 200ms

Udar strele v letalo se prične z razelektritvijo iz območja koncentracije nasprotnega naboja proti letalu.

Med udarom strele tako letalo predstavlja del poti električnega toka. Strela namreč ubere najkrajšo možno pot skozi letalo, ta pa je skozi aluminijast ovoj letala.

Na letalu nastaneta dve tako imenovani pritrdilni točki toka strele: ena vhodna in ena izhodna točka.

Direkten udar strele za potnike ni nevaren saj deluje letalo kot faradejeva kletka.

Te točke so tudi edina poškodba zaradi direktnega udara strele. Možnih pa je več teh točk saj zaradi hitrosti letala strela “drsi” po površini.

Pri udaru strele v letalo se pojavijo vhodne in izhodne točke

Točke vhoda oz. izhoda so ponavadi na skrajnih delih letala kot so nos, konci kril in repnih površin, propelerji, rotirajoče lopatice in ohišja motorjev

Na sliki je prikazano izpostavljenost delov helikopterja na udar strele. Najbolj izpostavljena mesta so označena z modro.

Primer ko letalo sproži strelo. Strela vstopi v nos letala in izstopi na skrajnem koncu trupa.

Mehanske sile nastale zaradi udara strele

• Električni tokovi pri udarih strel lahko povzročijo precejšnje mehanske sile (gre za magnetno delovanje in tlačni sunek, ki ga povzroči kanal strele )

• Mehanske sile so sunkovite in imajo ponavadi vpliv le tam kjer je električni tok skoncentriran na majhno področje, zato je poškodba odvisna od odziva strukture na sunkovite sile

• Pomembno je tudi ohmsko gretje, ki je posledica električne upornosti materiala,

Mehanske poškodbe strukture letala zaradi udara strele

Poškodbe nastale zaradi udara strele delimo na:

-direktne poškodbe(Gre za poškodbe strukture letala, ki so dejanska posledica udara strele)

-indirektne poškodbe(So posledica električne interference v kontrolni in elektronski opremi)

• Tipična poškodba aluminijeve oplate zaradi udara strele je razmeroma omejena . Premer vidne poškodbe na površini znaša do nekaj milimetrov.

• Globina poškodbe znaša od nekaj desetink milimetra do polovice debeline oplate, v skrajnih primerih se material stali preko celotne debeline.

• Pri najmočnejših udarih strel lahko v aluminijasti oplati nastane tudi luknja (s premerom nekaj milimetrov).

• Resnejši problem predstavljajo poškodbe na materialih z večjo električno upornostjo (kompoziti iz steklenih in ogljikovih vlaken). Zato je potrebno v površino vgraditi tanke prevodne plasti

• Na sliki je vidna poškodba na krilu jadralnega letala zaradi udara strele

Sprememba mikrostrukture

• Poleg vidnih napak je pri udarih strele na letalo pomembna tudi sprememba mikrostrukture materiala. Sprememba mikrostrukture je posledica hitrega dviga in padca temperature materiala na mestu poškodbe.

• Metalografski pregledi poškodb pokažejo da poleg vidnih poškodb - vdolbine, v materialu nastane tudi toplotno vplivano območje (območje pretaljenega materiala in prehodno območje). Zato se na mestu poškodbe zmanjša trdnost in trdota materiala

• Na slikah so tri značilne mikrostrukture pri 500x povečavi. Leva slika je osnovni material, sredinska je mikrostruktura v prehodnem območju, na desni pa je material v pretaljenem območju. Ali najdete dendrite?

Povzetek

• Udar strele je dokaj pogost in v večini primerov nenevaren pojav. Nevaren je predvsem za letala ki so zgrajena iz materiala z večjo električno upornostjo, saj lahko nastanejo večje mehanske poškodbe, kar privede do strmoglavljenja letala. Pri potniških letalih, ki so povečini zgrajena iz aluminija ponavadi ne pride do hujših mehanskih poškodb, nevarne so predvsem poškodbe elektronske opreme za navigacijo in upravljanje z letalom. Pogosta pa je tudi panika ki v takih primerih zajame potnike.

Viri

• Lihgtning Strikes – Advanced Materials & Proccess – September 2000

• www.sae.org/aeromag/features/aircraftlightning/

• www.lightningsafety.com/nlsi_lls/avaition_losses.html

• www.howstuffworks.com