Los aviones con carga eléctrica podrían evitar los rayos

David Szondyhace 15 horas

Prueba de laboratorio de rayos en una aeronave modelo (Crédito: MIT / Joan Montanya / Universidad Politécnica de Cataluña )

Las tormentas eléctricas son algo que los pilotos de aviación prefieren evitar, pero no obstante, se estima que cada avión comercial es alcanzado por un rayo una vez al año. Si bien esta estadística no es tan alarmante como parece, los ingenieros del MIT, bajo el patrocinio de Boeing, buscan reducir los números cargando eléctricamente los aviones para que sean menos atractivos para los rayos.

Cuando los aviones comerciales de gran tamaño se topan con rayos (que a menudo son provocados por el propio avión) pueden provocar un estallido y un estallido alarmantes, pero generalmente se produce muy poco daño.De hecho, el último accidente aéreo en los Estados Unidos debido a un rayo ocurrió en 1967 cuando un ataque causó una explosión catastrófica de combustible.

La razón por la que los rayos caen, aunque son dramáticos, causan tan poco daño porque una aeronave convencional con un casco de aleación de aluminio es básicamente una jaula de Faraday voladora. Es decir, un cilindro de metal hueco que es impermeable a los campos eléctricos estáticos.

Cuando un avión se encuentra cerca de una tormenta eléctrica, su casco desarrolla una carga eléctrica que lo polariza. Un extremo del avión desarrolla una carga negativa y el otro una carga positiva. Cuando esta carga se vuelve lo suficientemente fuerte, genera líderes positivos. Es decir, un flujo de plasma altamente conductivo, que es la etapa anterior a un rayo. Estos líderes pueden cerrar el circuito entre las nubes con carga eléctrica y el suelo, y un rayo de luz pasa a través del avión que transporta hasta 300,000 amperes a mil millones de voltios.

Normalmente, esto no causa ningún daño debido al efecto Faraday, pero el casco de un avión no es uniforme y hay todo tipo de antenas, cables y otras estructuras en las que los rayos pueden inducir una corriente eléctrica. Los paneles interiores también pueden cargarse. , que luego puede formar un arco y dañar el equipo eléctrico sensible. Además, muchos aviones hoy incorporan materiales compuestos, que son menos conductivos que el aluminio.

Durante décadas, los ingenieros han protegido los aviones de los rayos mediante la instalación de blindajes, toma de tierra, supresores de sobretensiones y otras medidas. Este es especialmente el caso con respecto a los tanques de combustible. Además, los aviones hechos de materiales compuestos tienen una fina malla metálica incorporada para actuar como una jaula de Faraday.

Sin embargo, aunque los aviones modernos pueden sobrevivir a un rayo con relativamente poco daño, tal incidente puede significar reparaciones que son especialmente costosas para los composites o, al menos, una inspección cuidadosa de cada centímetro del avión para asegurarse de que aún esté en condiciones de volar . Esto causa demoras y cuesta dinero en una industria que ya tiene márgenes de ganancia muy bajos, por lo que cualquier cosa que pueda evitar tales situaciones es bienvenida.

La idea de MIT es evitar los rayos al poner una carga eléctrica negativa temporal en un avión como una manera de amortiguar cualquier acumulación de carga positiva. Esto evita que la carga general alcance un nivel crítico y se inicia un rayo. Esto se haría a través de un sistema automatizado de sensores y actuadores alimentados por pequeños suministros de energía. Los sensores detectarían cualquier acumulación de carga eléctrica y los actuadores enviarían una contra carga no mucho más fuerte que la necesaria para encender una bombilla.

Los investigadores del MIT desarrollaron un modelo matemático de un rayo activado por un avión que muestra cómo los líderes aparecen en puntos opuestos del avión y cómo estos evolucionan en un rayo.Descubrieron que al cargar el avión, el campo eléctrico ambiental tenía que ser un 50 por ciento más fuerte para producir un líder, reduciendo en gran medida las posibilidades de un ataque.

"Intentamos hacer que el avión sea tan invisible como un rayo", dice Jaime Peraire, jefe del Departamento de Aeronáutica y Astronáutica del MIT."Aparte de esta solución tecnológica, estamos trabajando en el modelado de la física detrás del proceso. Este es un campo donde había poca comprensión, y esto es realmente un intento de crear una comprensión de los rayos de los aviones, desde cero. "

El equipo actualmente está investigando qué tan factible es la idea en la práctica. El estudiante graduado Theodore Mouratidis está realizando pruebas en una esfera de metal en el túnel de viento Wright Brothers del MIT, y la esperanza es continuar pronto con experimentos más realistas volando drones a través de tormentas reales. Un obstáculo particular es cómo hacer que el sistema responda lo suficientemente rápido en condiciones de tormenta.

"El escenario del que podemos ocuparnos es volar a un área donde hay nubes de tormenta, y las nubes de tormenta producen una intensificación del campo eléctrico en la atmósfera", dice el profesor emérito Manuel Martínez-Sánchez. "Eso puede ser detectado y medido a bordo, y podemos afirmar que para estos eventos de desarrollo relativamente lento, puede cargar un avión y adaptarse en tiempo real. Eso es bastante factible".

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