Szárnyhegyi kisülések Ez a jelenség hasznos lehet
A Corona-kibocsátás a villámcsapások lehetséges hírnöke. Amerikai kutatók azt találták, hogy lebegő tárgyként a szárnyak a várakozásoktól eltérően viselkednek - ez nagyon hasznos lehet.
Az MIT kutatói megvizsgálták, hogyan lehet csökkenteni a repülőgépek villámcsapásainak kockázatát.
A tengerészek évszázadok óta úgy ismerik az Elmsfire-t, mint a zivatar előhírnökét. 100 kV/m-nél nagyobb elektromos térerősség esetén a magas tárgyakon, például a hajó árbocain folyamatos folyamatos kisütés történik. A pilóták megfigyelik a jelenséget is: ha repülőgépeik átlépnek egy viharfrontot, ilyen koronakibocsátások keletkeznek a szárnyak végén vagy a szélvédőn. A villámcsapás hírnökeiként tekintenek rájuk. A repülőgépek jól védettek, mivel Faraday ketrecek - a fedélzeti elektronika általában sikeresen elhárítja a túlfeszültségeket is -, de az eszközök még mindig meghibásodhatnak.
Korábban ismert volt, hogy a korona kisülése fokozódhat, ha szél van. A Massachusettsi Műszaki Intézet (MIT) repüléstechnikai mérnökei most azt találták, hogy a légáramlatok ellentétes hatást gyakorolnak az alaptalan tárgyakra, például a repülőgépekre. Minél erősebb a szél, annál gyengébb a korona kisülése.
A zivatarfelhő fizikailag nézett
Háttér: A zivatarfelhőn belül a súrlódás további elektronok keletkezését okozhatja. Létrejön egy olyan mező, amely a földig érhet. Ha ez a mező elég erős, ionizálni tudja a környező levegőmolekulákat, és a semleges levegőt töltött gázzá vagy plazmává alakíthatja. Ez a folyamat leggyakrabban éles, vezető tárgyak, például szárnyhegyek körül megy végbe, mivel ezek a hegyes szerkezetek általában az elektromos teret fókuszálják.
Amint egy plazma létrejött, a plazmában lévő molekulák világítani kezdenek a koronakisülés folyamatán, amely során az elektromos mezőben lévő felesleges elektronok ütköznek a molekulákkal és gerjesztik őket. Annak érdekében, hogy visszatérjenek alapállapotukba, a molekulák egy fotont küldenek ki, amelynek hullámhossza megfelel a szilfatűz oxigén és nitrogén jellegzetes kékes izzásának.
Korábbi laboratóriumi kísérleteiben a tudósok megállapították, hogy ez a ragyogás és a korona kisülés energiája szél jelenlétében fokozódik. Egy erős széllökés el tudja fújni a pozitív töltésű ionokat, amelyek helyileg árnyékolják az elektromos teret és csökkentik annak hatását. Ezeket a kísérleteket többnyire elektromosan földelt szerkezetekkel hajtották végre. Az MIT csapata most arra volt kíváncsi, hogy ez vonatkozik-e olyan megalapozatlan szerkezetekre is, mint például a repülőgép szárnyai.
Kísérletek a szélcsatornában
Hipotézisük teszteléséhez a mérnökök egy egyszerű fa szárnyszerkezetet építettek, és alumínium fóliába csomagolták szerkezetüket, hogy a modell elektromosan vezető legyen. A mérnökök ahelyett, hogy villamos környezeti teret generáltak volna, mint egy vihar idején, ami elég időigényes lett volna, alternatív szerkezettel dolgoztak. A korona kisülést egy fémhuzallal hozták létre, amely párhuzamosan futott a szárny hosszával, és a vezeték és a szárny között nagyfeszültségű forráshoz volt csatlakoztatva. A szárnyat egy szigetelő anyagból készült alaphoz rögzítették, hogy lebegjen. A teljes szerkezetet a szélcsatornába helyezték, legfeljebb 50 méter/másodperces szélsebességgel. A kutatók megváltoztatták a vezeték feszültségét is. Az összes fényjelenséget kamera rögzítette. Az eredményed meglepő. Mivel a koronakisülés ereje és az ebből eredő fényerő a szél növekedésével csökkent - ellentétben a földelt szerkezetekkel.
A laboratóriumtól az alkalmazásig
"A tanulmány izgalmas vonása az, hogy a kísérlet során kiderült, hogy a korona szélkibocsátásának klasszikus elméletei nem vonatkoznak a környezetüktől elektromosan elkülönített repülőgépekre" - mondja Carmen Guerra-Garcia együtt. Az MIT repüléstechnikai adjunktusa.
A projektet részben a Boeing finanszírozta, amely következtetéseket von le a projekt gyakorlati relevanciájáról. A pilóták mindig megpróbálják elkerülni a zivatarokat. Ehhez kiterjedt technikai segédanyagok állnak rendelkezésre. Ha azonban nem sikerül, további technikai intézkedések segíthetnek a villámcsapások kockázatának minimalizálásában. Ugyanakkor a repülőgépek által generált légáram felhasználható a koronakibocsátások ellenőrzésére is. Az első kísérletek nem engednek részletes következtetéseket levonni a repülőgépekről; a laboratóriumi modell nagymértékben leegyszerűsödik. A kutatók a korábbi kísérletekből azt is tudják, hogy a repülőgép felületét negatívan lehet tölteni a pozitív töltéshordozók semlegesítése és a villámcsapások kockázatának csökkentése érdekében.