ΙΩΑΚΕΙΜΙΔΗΣ ΑΝΑΣΤΑΣΙΟΣ

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΨΗΛΩΝ ΤΑΣΕΩΝ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Αντικεραυνική προστασία σε αεροσκάφη ΙΩΑΚΕΙΜΙΔΗΣ ΑΝΑΣΤΑΣΙΟΣ Επιβλέπων καθηγητής: Π. Ν. ΜΙΚΡΟΠΟΥΛΟΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2009

ΠΡΟΛΟΓΟΣ Το σύγγραμμα αυτό αποτελεί τη διπλωματική μου εργασία στο τμήμα των Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Α.Π.Θ. Σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη της αντικεραυνικής προστασίας αεροσκαφών. Αποτελεί μία βιβλιογραφική επισκόπηση του αντικειμένου στηριζόμενη σε μεγάλο βαθμό στην εργασία Lightning direct effects handbook της εταιρίας Lightning Technologies Inc. Η διπλωματική εργασία διαρθώνεται ως εξής: Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζονται γενικά ο μηχανισμός του κεραυνού και τα διάφορα είδη του. Στο δεύτερο κεφάλαιο εξετάζεται η διαδικασία με την οποία έρχεται σε επαφή ο αρχικός και οι επόμενοι οχετοί με το αεροσκάφος και έτσι χωρίζεται το αεροσκάφος σε ζώνες. Σε κάθε ζώνη αποτίθεται διαφορετικό ποσό ενέργειας από τον κεραυνό και αυτό είναι ένα στοιχείο που θα φανεί ιδιαίτερα χρήσιμο στην αντικεραυνική προστασία. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι άμεσες επιπτώσεις από την επαφή του κεραυνού με το αεροσκάφος ενώ στο τέταρτο παρουσιάζονται διάφοροι μέθοδοι για την αντιμετώπιση αυτών των επιπτώσεων. Οι μέθοδοι αφορούν τόσο πρωτεύουσες κατασκευές του αεροσκάφους (πχ άτρακτος) όσο και δευτερεύουσες (όπως ραδιοθόλοι). Στο πέμπτο κεφάλαιο δίνονται οι τυποποιημένες κυματομορφές ρευμάτων και τάσεων οι οποίες χαρακτηρίζουν τους κεραυνούς που έρχονται σε επαφή με το αεροσκάφος και χρησιμοποιούνται για λόγους ανάλυσης και εργαστηριακών δοκιμών. Στο έκτο κεφάλαιο παρέχεται μία μεθοδολογία για την προστασία των συσκευών/εξαρτημάτων από τις έμμεσες επιπτώσεις των επαγόμενων παροδικών ρευμάτων και τάσεων. Τέλος στο έβδομο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα της μελέτης. Θεσσαλονίκη, Οκτώβριος 2009

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1 Το κεραυνικό περιβάλλον του αεροσκάφους... 9 1.1 Κεραυνοί από σύννεφα προς την γη... 10 1.2 Ο αρνητικός κεραυνός στο έδαφος... 10 1.3 Ο θετικός κεραυνός στο έδαφος... 11 1.4 Αστραπές ανάμεσα σε σύννεφα ή μέσα στο ίδιο σύννεφος...13 1.5 Παράμετροι κεραυνού...14 1.6 Αλληλεπίδραση των κεραυνών με το αεροσκάφος... 16 1.6.1 Συχνότητα κεραυνικών πληγμάτων... 16 1.6.2 Κεραυνός που πέφτει πάνω στο αεροσκάφος... 18 1.6.3 Κεραυνός που ξεκινάει από αεροσκάφος...18 1.7 Διαδικασία οπισθοδρόμησης καναλιού... 19 1.8 Γειτονικές αστραπές...19 2 Αλληλεπίδραση του κεραυνού με το αεροσκάφος...21 2.1 Αρχική επαφή του κεραυνού...21 2.2 Διαδικασία οπισθοδρόμησης του καναλιού...23 2.3 Αγωγή του ρεύματος... 24 2.4 Ορισμοί των ζωνών...24 2.5 Διαδικασία εύρεσης των ζωνών...25 2.6 Παραδείγματα... 32 2.7 Μέθοδοι για τον υπολογισμό των σημείων επαφής του αρχικού λήντερ... 39 2.8 Επιπλέον στοιχεία... 41 2.9 Περαιτέρω εκτιμήσεις για την προστασία... 41 3 Άμεσες επιπτώσεις στην επιφάνεια του αεροσκάφους... 43 3.1 Γενικά...43 3.1.1 Βαθουλώματα και λιώσιμο...43 3.1.2 Μαγνητική δύναμη... 44 3.1.3 Βαθουλώματα στις διεπαφές της κατασκευής... 44 3.1.5 Ωμική θέρμανση...44 3.1.6 Κρουστικό κύμα και υπερπίεση... 45 3.2 Άμεσες επιπτώσεις σε μη μεταλλικές κατασκευές... 46 3.2.1 Σύνθετα υλικά από φίμπεργκλας...46 3.2.2 Σύνθετα υλικά με ίνες άνθρακα (CFC)... 46 3.3 Άμεσες επιπτώσεις σε συστήματα καυσίμων... 47 3.4 Άμεσες επιπτώσεις σε ηλεκτρικά συστήματα...47 3.5 Άμεσες επιπτώσεις σε συστήματα πρόωσης...48 4 Μεθοδολογία προστασίας έναντι άμεσων επιπτώσεων... 51 4.1 Προστασία της επιφάνειας από σύνθετα υλικά... 51 4.2 Μη-αγώγιμα Σύνθετα υλικά...52 4.2.1 Μηχανισμοί ζημιάς...52 4.2.2 Προστασία άλλων επιφανειών από σύνθετα υλικά...54 4.2.2.1 Ψεκασμένα μέταλλα... 54 4.2.2.2 Ίνες από υφασμένα καλώδια...55 4.2.2.3 Στερεά μεταλλικά φύλλα... 55 4.2.2.4 Εκτεταμένα μεταλλικά ελάσματα...56 4.2.2.5 Φίμπεργκλας από αλουμίνιο... 57 4.2.2.6 Αγώγιμες βαφές... 58 4.2.2.7 Μεταλλικός άνθρακας... 59 5

4.2.2.8 Συνυφασμένα καλώδια... 59 4.2.3 Βάρη των υλικών...60 4.3 Αποτελεσματικότητα της προστασίας της επιφάνειας του αεροσκάφους... 60 4.3.1 Επιφάνεια από αλουμίνιο... 61 4.3.1.1 Λιώσιμο... 61 4.3.1.2 Προστασία από λιώσιμο για μεταλλικές επιφάνειες... 63 4.3.1.3 Πειραματικά δεδομένα από επιφάνειες αλουμινίου... 64 4.4 Σύνθετα από ίνες άνθρακα (CFC)...67 4.4.1 Μη προστατευμένα CFC... 67 4.4.2 Ανάλυση των πειραματικών δεδομένων σε πάνελ από CFC... 70 4.5 Ανεμοθώρακες και παρόμοιες κατασκευές...71 4.6 Επιφάνειες ελέγχου... 77 4.6.1 Οδηγίες για την σχεδίαση...77 4.6.2 Αποτελέσματα πειραμάτων σε επιφάνειες ελέγχου... 78 4.7 Μεντεσέδες και ρουλεμάν στην επιφάνεια ελέγχου... 82 4.7.1 Εγκατάσταση με συνεχείς μεντεσέδες... 82 4.7.2 Μεντεσέδες στην διεπαφή των πτερυγίων καμπυλότητας... 83 4.7.3 Μεντεσέδες σε καλύπτρες... 85 4.8 Κυψέλες καυσίμων από σύνθετα... 87 4.8.1 Σχεδίαση της δεξαμενής καυσίμων... 87 4.8.1.1 Παροχή επαρκούς ηλεκτρικής επαφής... 92 4.8.1.2 Καπάκια γεμίσματος... 96 4.8.1.3 Πόρτες για την πρόσβαση στις δεξαμενές καυσίμων... 97 4.8.2 Ενώσεις στις δεξαμενές καυσίμων: ειδικά προβλήματα... 98 4.8.3 Στηρίγματα και διεπαφές σε αγωγούς... 100 4.8.4 Ηλεκτρικά καλώδια σε δεξαμενές καυσίμων...102 4.8.5 Πείραμα σε πόρτα πρόσβασης δεξαμενής καυσίμων...103 4.9 Υλικό τοποθετημένο στο εξωτερικό μέρος του αεροσκάφους... 105 4.9.1 Κανόνες σχεδίασης...105 4.9.2 Μετρητές δεδομένων αέρα...107 4.9.3 Κεραίες... 109 4.10 Ραδιοθόλοι... 111 4.10.1 Σχεδίαση ραδιοθόλων...112 4.10.1.1 Στερεοί εκτροπείς... 114 4.10.1.2 Τμηματικοί εκτροπείς... 117 4.10.1.3 Αποστάσεις ανάμεσα στους εκτροπείς... 117 4.10.2 Συμμόρφωση... 119 4.10.3 Τυπικές δοκιμές ραδιοθόλων στην μύτη του αεροσκάφους... 121 4.11 Συστήματα προώθησης... 122 4.11.1 Κινητήρες... 122 4.11.2 Πτερύγια περιστροφής... 123 4.11.3 Κιβώτια ταχυτήτων... 123 4.11.4 Στροβιλοκινητήρες... 123 4.11.5 Δοκιμές των συστημάτων προώθησης... 124 4.12 Σταθμευμένα αεροσκάφη...125 5 Κεραυνικό περιβάλλον και σχετικές κυματομορφές...127 5.1 Γενικά...127 5.2 Ιδεατό τυποποιημένο κεραυνικό περιβάλλον... 127 5.3 Ιδανικές κυματομορφές τάσεων...128 5.4 Εξωτερική ιδεατή κυματομορφή ρεύματος... 130 6

5.4.1 Στοιχείο ρεύματος Α πρώτος οχετός επιστροφής... 131 5.4.2 Στοιχείο ρεύματος Αh μεταβατική ζώνη για τον πρώτο οχετό επιστροφής...135 5.4.3 Στοιχείο ρεύματος Β μεταβατικό ρεύμα... 136 5.4.4 Στοιχείο ρεύματος C συνεχές ρεύμα... 137 5.4.5 Στοιχείο C* - τροποποιημένο στοιχείο C... 137 5.4.6 Στοιχείο ρεύματος D επόμενος οχετός ρεύματος...140 5.4.7 Σετ κυματομορφών πολλαπλών οχετών...143 5.4.8 Σετ κυματομορφών πολλαπλών εκκενώσεων... 144 5.5 Εφαρμογή των ιδανικών κυματομορφών/στοιχείων του εξωτερικού περιβάλλοντος για πειράματα... 147 5.6 Ιδανικές κυματομορφές παροδικών ρευμάτων και τάσεων... 147 5.7 Τυπικά μεγέθη παροδικών ρευμάτων και τάσεων... 148 6 Πειράματα προσομοίωσης πληγμάτων κεραυνών... 150 6.1 Γενικά...151 6.1.1 Ανάλυση... 151 6.1.2 Προσδιορισμός των ζωνών του αεροσκάφους... 152 6.1.3 Καθορισμός των οδών ροής του ρεύματος από την άτρακτο του αεροσκάφους...152 6.1.4 Καθορισμός των συνεπειών του εσωτερικού περιβάλλοντος... 153 6.1.5 Καθορισμός επιπέδων ελέγχου παροδικών ρευμάτων/τάσεων (TCL) και επιπέδων παροδικών ρευμάτων/τάσεων για τα οποία σχεδιάζονται τα εξαρτήματα (ETDL)... 153 6.1.6 Συμμόρφωση... 154 6.1.7 Διορθωτικά μέτρα... 155 6.2 Επιπτώσεις από τα επαγόμενα παροδικά ρεύματα/τάσεις... 156 6.2.1 Ζημιά εξαρτημάτων...156 6.2.2 Διαταραχή της λειτουργίας του συστήματος... 156 6.3 Περιθώρια... 157 6.4 Κύρια σημεία συμμόρφωσης... 157 6.4.1 Συστήματα που επιτελούν λειτουργίες ελέγχου επιπέδου Α...157 6.4.2 Συστήματα που επιτελούν λειτουργίες απεικόνισης επιπέδου Α... 161 6.4.3 Απαιτήσεις επιπέδων Β και C... 165 6.4.4 Απαιτήσεις επιπέδων D και Ε... 167 6.5 Επιτήρηση/Συντήρηση... 167 7 Συμπεράσματα...168 Αναφορές...171 7

8

1 Το κεραυνικό περιβάλλον του αεροσκάφους Οι κεραυνοί συνήθως προκαλούνται από κέντρα φορτίων σε ένα σύννεφο, ειδικά από τα νέφη σωρειτομελανίων, αν και μπορούν να εμφανιστούν και υπό άλλες ατμοσφαιρικές συνθήκες. Τα φορτία στα σύννεφα εμφανίζονται από σύνθετες διεργασίες παγώματος και λιωσίματος και από κινήσεις των σταγονιδίων της βροχής και κρυστάλλων πάγων που περιλαμβάνουν συγκρούσεις και διασπάσεις. Τυπικά τα περισσότερα θετικά φορτία συγκεντρώνονται στην κορυφή των νεφών σωρειτομελανίων αφήνοντας στις κάτω περιοχές τα αρνητικά φορτία, αν και μπορεί να υφίσταται μία μικρή θετική περιοχή στο κάτω μέρος του συννέφου. Στο σχήμα που ακολουθεί φαίνεται ξεκάθαρα αυτό που περιγράφουμε Κατά την διάρκεια που αναπτύσσονται τα κεραυνικά νέφη επεκτείνονται κάθετα σε απόσταση πάνω από 3 χιλιόμετρα. Τα ισχυρά ηλεκτρικά πεδία μπορεί να εκκινήσουν εκφορτώσεις οι οποίες αποκαλούνται αστραπές οι οποίες μπορεί να είναι τριών τύπων: α) αστραπές ανάμεσα σε περιοχές αντίθετης πολικότητας μέσα σε ένα σύννεφο (ενδονεφικές) β) αστραπές ανάμεσα σε περιοχές αντίθετης πολικότητας σε διαφορετικά σύννεφα γ) κεραυνοί από τα σύννεφα προς την γη και από την γη προς τα σύννεφα και τον δύο τύπων πολικότητας. κεραυνοί από την γη προς τα σύννεφα έχουν νόημα, όμως, μόνο για πολύ υψηλά αντικείμενα όπως πύργοι και βουνά Πάνω από το 50% των κεραυνών είναι της πρώτης κατηγορίας Σχήμα 1 Γενικό διάγραμμα που δείχνει την διανομή ηλεκτρικών φορτίων σε ένα τυπικό σύννεφο σωρειτομελανίων [2] 9

1.1 Κεραυνοί από σύννεφα προς την γη Η διαδικασία εκκένωσης Ένας θετικός κεραυνός αφήνει θετικό φορτίο στην γη ενώ ένας αρνητικός κεραυνός αφήνει αρνητικό φορτίο. Είναι συνηθισμένο για μία αρνητική αστραπή να εκφορτώσει διαδοχικά κέντρα φορτίων, με το αποτέλεσμα ότι ο κεραυνός περιέχει αρκετούς ξεχωριστούς παλμούς ρεύματος και αυτοί συνήθως αναφέρονται ως εκκενώσεις. Η διαδικασία που καταλήγει σε μία κεραυνική αστραπή ξεκινάει με τον σχηματισμό ενός ιονισμένου καναλιού που αποκαλείται λήντερ ο οποίος ταξιδεύει από μία περιοχή όπου το ηλεκτρικό πεδίο είναι τόσο υψηλό ώστε ξεκινάει μία προοδευτική πτώση, το πεδίο στο οποίο συμβαίνει αυτό θεωρείται ότι είναι 900kV/m για σταγόνες νερού ή 500kV/m για κρυστάλλους πάγων. Για μία αρνητική εκκένωση στην γη το κανάλι προχωράει με βήματα ζιγκ ζαγκ (εξ ου το όνομα βηματικός λήντερ) το καθ' ένα μήκους 50 μέτρων και με κενά ανάμεσα τους της τάξης 40100ms. Η διάμετρος του βηματικού λήντερ είναι μεταξύ 1m και 10m αν και το ρεύμα το οποίο είναι μικρό (περίπου 100Α) είναι μάλλον συγκεντρωμένο σε ένα μικρό υψηλά ιονισμένο πυρήνα διαμέτρου περίπου 1cm. Η μέση ταχύτητα είναι 1,5 * 105m/s. Ο λήντερ μπορεί να σχηματίζει βρόχους καθώς κατέρχεται προς το έδαφος. Όταν ένας βρόχος είναι κοντά στο έδαφος προκαλεί τον σχηματισμό υψηλών πεδίων σε προεξοχές όπως δέντρα και κτίρια και αυτά στέλνουν προς τα πάνω λήντερς ένας από τους οποίους θα έρθει σε επαφή με το άκρο του κατερχόμενου λήντερ. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να κλείσει ένας διακόπτης και η θέση στο κανάλι που συμβαίνει αυτό είναι γνωστή σαν η θέση του διακόπτη. Όταν αυτό συμβαίνει ένας οχετός επιστροφής ξεκινάει ο οποίος διανύει όλη την διαδρομή του καναλιού του λήντερ και εκκενώνει το κανάλι με μία ταχύτητα 5*10 7 m/s. Αυτός ο αρχικός οχετός επιστροφής χαρακτηρίζεται από έναν παλμό ρεύματος υψηλού μεγέθους συνοδευόμενο από υψηλή φωτεινότητα. Μετά τον πρώτο οχετό επιστροφής επιπλέον οχετοί μπορούν να εμφανιστούν καθώς υψηλότερες περιοχές των αρνητικών κέντρων φορτίου εκκενώνονται. Οι βελοειδής λήντερ διανύουν συνήθως την ίδια διαδρομή με τον πρώτο αλλά σε ένα συνεχές βήμα με ταχύτητα 2*106 m/s. Τα μοντέλα των οχετών επιστροφής δείχνουν ότι υπάρχει μία μείωση του ρεύματος του οχετού επιστροφής με την αύξηση του ύψους. Αυτό είναι τυπικό σε έναν αρνητικό κεραυνό που πέφτει στο έδαφος αλλά πάνω από βουνά και ψηλά κτίρια ο λήντερ μπορεί να ανεβαίνει προς τα πάνω, έχοντας ως σημείο εκκίνησης ένα ψηλό σημείο όπως πχ η κορυφή ενός βουνού. Όταν ένας τέτοιος λήντερ φτάνει στα φορτία στο σύννεφο, ένας οχετός επιστροφής ξεκινάει και τα μετέπειτα συμβάντα ακολουθούν την ίδια διαδικασία όπως και για τον λήντερ που κατεβαίνει. Έτσι το σημείο διακόπτη είναι κοντά στο έδαφος για τους λήντερ που κατέρχονται αλλά κοντά στα φορτία για τους λήντερ που ανέρχονται. Αυτό μπορεί να έχει σημαντική επίπτωση στην κυματομορφή και στο μέγεθος του ρεύματος που δέχεται ένα αεροσκάφος. 1.2 Ο αρνητικός κεραυνός στο έδαφος Ένα παράδειγμα του ρεύματος ενός οχετού επιστροφής σε δυσμενή αρνητική αστραπή φαίνεται 10

στο σχήμα που ακολουθεί. Ο αριθμός των εκκενώσεων σε μία αρνητική αστραπή είναι συνήθως μεταξύ 1 και 11, με την μέση τιμή να είναι 3, η μέγιστη μπορεί να φτάσει μέχρι και 24. Η συνολική διάρκεια είναι μεταξύ 20ms και 1s με την μέση τιμή να είναι 0,2s. Η χρονική διάρκεια ανάμεσα σε δύο εκκενώσεις είναι συνήθως 60ms. Υπάρχει κάποιος συσχετισμός ανάμεσα σε αυτές τις παραμέτρους, οι αστραπές με τις περισσότερες εκκενώσεις συνήθως έχουν την μεγαλύτερη διάρκεια. Ο χρόνος ανόδου του πρώτου οχετού επιστροφής είναι 2μs και ο χρόνος ημίσεως εύρους 45μs. Επόμενοι απ' τον αρχικό οχετό συνήθως έχουν υψηλότερους ρυθμούς ανόδου αν και χαμηλότερο ρεύμα κορυφής απ' τον αρχικό και έτσι μπορεί να παίζουν σημαντικό ρόλο στην επαγωγή τάσεων στα καλώδια όπου οι επαγόμενες τάσεις είναι ανάλογες με τον ρυθμό μεταβολής του κεραυνικού ρεύματος. Κοντά στο τέλος μερικών από τους οχετούς υπάρχει συνήθως ένα ρεύμα μικρότερου επιπέδου μερικών μόνο ka το οποίο διατηρείται για μερικά ms και ονομάζεται ενδιάμεσο ρεύμα όπως φαίνεται στο σχήμα που ακολουθεί. Μετά από μερικούς οχετούς ένα συνεχές ρεύμα τάξης 100400Α ρέει με διάρκεια 100-800ms, οπότε και υπάρχει σημαντική μεταφορά φορτίου σε αυτήν την φάση. Είναι αρκετά σύνηθες να υπάρχει συνεχές ρεύμα μετά τον τελευταίο οχετό Γενικά θεωρείται ότι για να υπάρξει νέο κεραυνικό πλήγμα το συνεχές ρεύμα θα πρέπει να πάψει όπως συμβαίνει με τον πέμπτο οχετό στο σχήμα που ακολουθεί 1.3 Ο θετικός κεραυνός στο έδαφος Θετικοί κεραυνοί στο έδαφος γενικά συμβαίνουν λιγότερα συχνά από αρνητικούς κεραυνούς ωστόσο σε συγκεκριμένες γεωγραφικές περιοχές μπορεί να υπάρχουν περισσότεροι θετικοί κεραυνοί στο έδαφος. Τα τωρινά δεδομένα θεωρούν έναν μέσο όρο 10% θετικών κεραυνών στο έδαφος. Θετικοί κεραυνοί ξεκινούν συνήθως από ανερχόμενους λήντερ και πιο συχνά συμβαίνουν πάνω από βουνά παρά πάνω από επίπεδο έδαφος. Συνήθως αποτελούνται από μία μόνο εκκένωση. Έχουν χαμηλότερους χρόνους ανόδου από τις αρνητικές αστραπές, το ρεύμα κορυφής και η μεταφορά φορτίου είναι υψηλά, η διάρκεια είναι μεγαλύτερη από έναν απλό οχετό μίας αρνητικής αστραπής αλλά συνήθως μικρότερη από την συνολική διάρκεια μίας αρνητικής αστραπής. Η εκκένωση μπορεί να ακολουθείται από συνεχές ρεύμα Ένα παράδειγμα του ρεύματος σε έναν θετικό κεραυνό φαίνεται στο σχήμα που ακολουθεί. Στο σχήμα ο κεραυνός είναι ένας μέτριας βαρύτητας κεραυνός όχι ο πολύ σοβαρός κεραυνός που συμβαίνει συχνά. Τυπικά ο χρόνος ανόδου του θετικού κεραυνού είναι 20μs και η συνολική διάρκεια 0,1s. Αν και οι θετικοί κεραυνοί είναι λιγότερο συχνές θα πρέπει να ληφθούν υπόψιν στην επιλογή της σχεδίασης και των παραμέτρων των πειραμάτων. 11

Σχήμα 2 κυματομορφές ρεύματος σε έναν σοβαρό αρνητικό κεραυνό [2] Σχήμα 3 κυματομορφή ρεύματος σε έναν μέτριο θετικό κεραυνό [2] 12

1.4 Αστραπές ανάμεσα σε σύννεφα ή μέσα στο ίδιο σύννεφος Η συζήτηση που προηγήθηκε αφορά τους κεραυνούς (και των δύο ειδών πολικότητας) στην γη μιας και οι διαθέσιμες πληροφορίες που έχουμε είναι γι' αυτούς τους κεραυνούς. Πειραματικά αεροσκάφη έχουν χρησιμοποιηθεί στην Γαλλία και την Αμερική για την καταγραφήτων χαρακτηριστικών των δύο άλλων τύπων αστραπών. Γενικά μπορούμε να πούμε ότι είναι λιγότερο σοβαρές από τους κεραυνούς στο έδαφος ειδικά όσον αφορά το μέγιστο ρεύμα, την μεταφορά φορτίου και την ειδική ενέργεια. Ωστόσο οι μετρήσεις δείχνουν ότι σε μερικές κυματομορφές ο ρυθμός ανόδου για μία μικρή περίοδο (λιγότερο από 0,4μs) μπορεί να είναι μεγαλύτερος από τον αντίστοιχο στους κεραυνούς συννέφου-γης. Μικρού μεγέθους παλμοί αλλά με μεγάλο ρυθμό ανόδου έχουν παρατηρηθεί κατά τις αστραπές που συμβαίνουν μέσα στο ίδιο σύννεφο. Παρόμοιοι παλμοί λόγω της ανακατανομής του φορτίου σε ένα σύννεφο έχουν παρατηρηθεί ανάμεσα σε οχετούς επιστροφής από κεραυνούς στο έδαφος. Για εκκενώσεις μέσα στο σύννεφο στρήμερς ανάκρουσης μέχρι 60kA ρεύμα κορυφής έχουν καταγραφεί, αν και είναι τυπικά 20-30kA. Παράδειγμα αστραπής μέσα στο ίδιο σύννεφο δίνεται στο σχήμα που ακολουθεί. Οι παλμοί που εμφανίζονται κατά την αρχική φάση επαφής μπορεί επίσης να εμφανιστούν σε αρνητικούς κεραυνούς στο έδαφος. Σχήμα 4 τυπική ενδονεφική αστραπή που πέφτει πάνω σε αεροσκάφος [2] 13

1.5 Παράμετροι κεραυνού Τα περισσότερα στατιστικά δεδομένα είναι από κεραυνούς συννέφου-γης ή γης-συννέφου. Τα σχετικά δεδομένα παρουσιάζονται στους πίνακες που ακολουθούν (χωρισμένα σε αρνητικούς και θετικούς κεραυνούς). Οι πίνακες περιέχουν στατιστικά δεδομένα για κεραυνικά ρεύματα και τις σχετικές παραμέτρους που χρειάζονται για τον καθορισμό του εξωτερικού περιβάλλοντος. Για μία δεδομένη παράμετρο κεραυνού ή οχετού οι πίνακες δείχνουν ότι καθώς το μέγεθος αυξάνεται το ποσοστό εμφάνισης μειώνεται. Οι ακραίες παράμετροι δεν συμβαίνουν ταυτόχρονα σε έναν μόνο κεραυνό. Λιγότερα δεδομένα είναι διαθέσιμα για αστραπές ανάμεσα σε σύννεφα ή μέσα στο ίδιο σύννεφος. Τα διαθέσιμα δεδομένα δείχνουν ότι οι κεραυνοί συννέφου-γης ή γης-συννέφου αντιπροσωπεύουν τις πιο σοβαρές κεραυνικές απειλές για το αεροσκάφος με εξαίρεση τον υψηλό ρυθμό αύξησης των παλμών των κυματομορφών που μετριούνται κατά την αρχική και την τελική φάση της επαφής στο πειραματικό αεροσκάφος. Παρόμοιοι παλμοί με υψηλούς ρυθμούς μεταβολής έχουν επίσης αναφερθεί σε κεραυνούς συννέφου-γης οι οποίες μεταφέρουν αρνητικά φορτία στη γη. Πέρα από τα ηλεκτρικά ρεύματα, ηλεκτρικά πεδία υφίστανται πριν και κατά την διάρκεια ενός κεραυνικού πλήγματος. Αρχικά, αυτά τα πεδία οδηγούν σε διάσπαση του αέρα για τον σχηματισμό της επαφής και μπορούν επίσης να προκαλέσουν διάσπαση των διηλεκτρικών υλικών σε ένα αεροσκάφος. Το μέγεθος αυτών των πεδίων εξαρτάται από το κατώφλι της τάσης διάσπασης του αέρα και έχουν όρια ανάμεσα σε 400 εώς 3000kV/m με ρυθμούς αύξησης μέχρι και 1000kV/ms Αρνητικοί κεραυνοί μονάδα 95% 50% 5% Αριθμός εκκενώσεων 1-2 3-4 12 Χρονική διάρκεια ms ανάμεσα σε δύο εκκενώσεις 8 35 140 Διάρκεια κεραυνού s 0.03-0.04 0.2 1 Φορτίο κεραυνό 1.3 7.5 40 14 30 80 5.5*109 1.2*1010 3.2*1010 1.8 5.5 18 3 75 200 στον C Πρώτος οχετός Μέγιστο ρεύμα Μέγιστος αύξησης ka ρυθμός A/s Χρόνος μέγιστο έως Χρόνος εύρους ημίσεως μs Φορτίο C Ειδική ενέργεια το μs 1.1 2 Α *s 5.2 3 24 4 6*10 5.5*10 Επόμενοι οχετοί 14 5.5*105

Μέγιστο ρεύμα Μέγιστος αύξησης ka ρυθμός A/s το μs 4.6 12 30 1.2*1010 4*1010 1.2*1011 0.22 1.1 4.5 Χρόνος μέγιστο έως Χρόνος εύρους ημίσεως μs 6.5 32 140 Φορτίο C 0.2 1.4 11 Ειδική ενέργεια Α2 *s 5.5*102 6*103 5.2*104 98% 50% 2% Συνεχές ρεύμα Μέγεθος Α 33 140 520 Διάρκεια S 0.058 0.16 0.4 Φορτίο C 7 26 110 Θετικές κεραυνοί Μονάδα 95% 50% 5% Διάρκεια κεραυνού μs 14 85 500 Συνολικό φορτίο C 20 80 350 95% 50% 5% 4.6 35 250 Μέγιστος ρυθμός Α/s αύξησης 2*108 2.4*109 3.2*1010 Χρόνος μέγιστο έως το μs 3.5 22 200 Χρόνος εύρους ημίσεως μs 25 230 2000 Φορτίο C 2 16 150 Ειδική ενέργεια Α2 *s 2.5*104 6.5*105 1.7*107 Θετικός οχετός Μέγιστο ρεύμα ka 1.6 Αλληλεπίδραση των κεραυνών με το αεροσκάφος Ένα κεραυνικό πλήγμα στο αεροσκάφος μπορεί να ξεκινήσει είτε από την παρουσία του αεροσκάφους σε ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο ή να συμβεί λόγω της επαφής του αεροσκάφους με έναν φυσικό λήντερ 15

1.6.1 Συχνότητα κεραυνικών πληγμάτων Η πιθανότητα κεραυνικού πλήγματος σε ένα αεροσκάφος εξαρτάται από διάφορους παραμέτρους για παράδειγμα το τοπικό κλίμα, το είδος πτήσης και τον τύπο του αεροσκάφους. Από ένα σημαντικό δείγμα καταγεγραμμένων πληγμάτων σε μεγάλα μεταφορικά αεροπλάνα ο μέσος όρος κεραυνικών χτυπημάτων έχει υπολογιστεί σε περίπου ένα κεραυνό ανά 10000 ώρες πτήσεις. Μία ξεχωριστή μελέτη για μεταφορικά αεροπλάνα σε περιοχές όπου είναι συχνό φαινόμενο η πτώση κεραυνών η πιθανότητα κεραυνικών πληγμάτων είναι ένας κεραυνός ανά 1000 ώρες πτήσης. Έτσι η μέση πιθανότητα κεραυνικών πληγμάτων σε ένα δεδομένο αεροπλάνο θα βρίσκεται ανάμεσα σε ένα κεραυνό ανά 1000 έως 20000 ώρες πτήσεις Αυτά τα δεδομένα βασίζονται σε κεραυνούς που καταγράφονται λόγω έντονος φωτός (ειδικά την νύχτα), υψηλών θορύβων ή φυσική ζημιά ή ενόχληση/ζημιά στα ηλεκτρονικά συστήματα πλοήγησης του αεροπλάνου. Και άλλοι κεραυνοί μπορούν να χτυπήσουν το αεροπλάνο αλλά περνάνε απαρατήρητοι ή δεν καταγράφονται. Μικρότερα αεροπλάνα χτυπιούνται σπανιότερα λόγω του μικρότερου μεγέθους τους αλλά και διότι αποφεύγουν ευκολότερα τον άσχημο καιρό που δημιουργεί κεραυνούς Το σχήμα που ακολουθεί δείχνει τα υψόμετρα στα οποία έχουν χτυπηθεί αεροσκάφη από κεραυνούς. Αυτά τα δεδομένα δείχνουν ότι είναι πιο πιθανό να χτυπηθούν τα αεροσκάφη σε ενδιάμεσα ύψη παρά στα τυπικά ύψη που πετάνε. Αυτό υποδεικνύει ότι είναι πιο πιθανό να χτυπηθούνε κατά την διάρκεια της προσγείωσης ή της απογείωσης (20.000 ft- 6096m). Σχήμα 5 Αριθμός πληγμάτων σε σχέση με το υψόμετρο [2] Θεωρείται γενικά ότι πλήγματα που συμβαίνουν πάνω από 10000 ft (3048m) οφείλονται σε ενδονεφικές αστραπές ενώ πλήγματα κάτω από αυτό το υψόμετρο οφείλονται σε κεραυνούς συννέφου-γης. Πλήγματα πάνω από 20.000 ft συμβαίνουν πολύ σπάνια γιατί σε αυτά τα υψόμετρα οι πιλότοι μπορεί να αποφύγουν πιο εύκολα περιοχές όπου υπάρχει έντονη συγκέντρωση φορτίων. Επίσης σύμφωνα με το [11] ή [12] τα αεροσκάφη είναι πιο πιθανό να χτυπηθούν όταν βρίσκονται κάτω από το επίπεδο παγώματος (επίπεδο παγώματος είναι το σημείο υψομέτρου όπου η θερμοκρασία στρώματος είναι 0). Για πάνω από το επίπεδο παγώματος είναι πιο πιθανό να 16

χτυπηθούνε από τις χαμηλότερης επικινδυνότητας ενδονεφικές αστραπές ή αστραπές συννέφουσυννέφου Τα δεδομένα (σχήμα που ακολουθεί) δείχνουν ότι τα αεροσκάφη θα πρέπει να βρίσκονται μέσα ή κάτω από ένα σύννεφο για να δεχτούν κεραυνικό πλήγμα, με τα περισσότερα πλήγματα να οφείλονται σε ενδονεφικές αστραπές. Ωστόσο έχουν καταγραφεί πλήγματα όταν ένα αεροσκάφος βρίσκεται μέχρι και 25 μίλια (40233m) μακριά από το κοντινότερο σύννεφο. Σχήμα 6 Αριθμός πληγμάτων σε σχέση με την θέση του αεροσκάφους ως προς τα σύννεφα [10] Στο παρακάτω σχήμα φαίνονται οι ατμοσφαιρικές συνθήκες που επικρατούσαν κατά την διάρκεια του πλήγματος. Για μερικά πλήγματα δεν καταγράφηκαν οι ατμοσφαιρικές συνθήκες για αυτό δίνεται η στήλη καμία πληροφορία στο σχήμα. Τα δεδομένα δείχνουν ότι κεραυνικό πλήγμα είναι πιο πιθανό να συμβεί όταν βρέχει [10] Σχήμα 6 αριθμός κεραυνικών πληγμάτων σε σχέση με τις ατμοσφαιρικές συνθήκες [10] 17

Γνωρίζοντας αυτά τα δεδομένα, ο πιλότος θα πρέπει να δράσει ανάλογα. 1.6.2 Κεραυνός που πέφτει πάνω στο αεροσκάφος Ένας κεραυνός που πέφτει πάνω στο αεροσκάφος μπορεί να συμβεί όταν ένας λήντερ πλησιάζει αρκετά κοντά στο αεροσκάφος ώστε να προσελκυθεί σε αυτό. Αυτή η τελευταία αλληλεπίδραση μπορεί να συμβεί για όλους τους τύπους εκκενώσεων: μέσα στο ίδιο σύννεφο, ανάμεσα σε δύο σύννεφα ή ανάμεσα στο σύννεφο και την γη. Όπως έχει ήδη σημειωθεί οι περισσότερες αστραπές μέσα στο ίδιο σύννεφο είναι λιγότερο σοβαρές από κεραυνούς σύννεφου-γης. Εάν θεωρήσουμε μόνο κεραυνούς στην γη είναι πιθανό οι παράμετροι σε ύψος ίσο με το ύψος ενός αεροσκάφους σε πτήση, να είναι διαφορετικοί από εκείνους που μετριούνται σε σταθμούς στο έδαφος. Αυτό συμβαίνει επειδή το κεραυνικό κανάλι λειτουργεί σαν μία γραμμή μεταφοράς με απώλειες και το ρεύμα του οχετού επιστροφής αντιμετωπίζει αλλαγές τόσο στο σχήμα όσο και στο μέγεθος του καθώς προχωράει από το σημείο διακόπτη προς το αεροσκάφος 1.6.3 Κεραυνός που ξεκινάει από αεροσκάφος Το αεροσκάφος μπορεί επίσης να εκκινήσει τους κεραυνούς με τις οποίες αλληλεπιδρά σε περιοχές όπου υπάρχουν ισχυρά ηλεκτρικά πεδία. Αυτοί οι κεραυνοί δεν θα συνέβαιναν χωρίς την παρουσία του αεροσκάφους. Κατά την διάρκεια πειραμάτων που προαναφέρθηκαν για την μέτρηση χαρακτηριστικών παραμέτρων των κεραυνών, η διείσδυση των αεροσκαφών σε συννέφα θύελλας είχε ως αποτέλεσμα την εμφάνιση κεραυνών οι οποίες κατά πάσα πιθανότητα παρήχθησαν από τα αεροπλάνα Θεωρείται ότι οι περισσότεροι κεραυνοί που εκκινούν από αεροσκάφη έχουν μικρότερο μέγεθος από κεραυνούς συννέφου-γης. Για αυτό και οι τελευταίες θεωρούνται η βάση για την αντικεραυνική προστασία 1.7 Διαδικασία οπισθοδρόμησης καναλιού Εάν ένα ταχαία κινούμενο όχημα όπως ένα αεροσκάφος χτυπηθεί από ένα απευθείας κεραυνικό πλήγμα τότε κατά την διάρκεια της αστραπής το σημείο/τα σημεία της επαφής του ηλεκτρικού τόξου είναι πιθανό να οπισθοδρομήσουν κατά μήκος του αεροσκάφους μιας και το κεραυνικό κανάλι παραμένει σταθερό σε σύγκριση με τον αέρα. Με εξαίρεση πιθανόν τις λείες μη βαμμένες περιοχές αυτή η κίνηση του σημείου επαφής δεν είναι συνεχής αλλά γίνεται με μία σειρά διακριτών ακανόνιστων βημάτων. Ο χρόνος παραμονής σε κάθε βήμα δεν ξεπερνάει τα 50ms και εξαρτάται κυρίως από την φύση της επιφάνειας και την ταχύτητα του αεροσκάφους. Η μετακίνηση των σημείων επαφής του ηλεκτρικού τόξου είναι γνωστή σαν οπισθοδρομικό κανάλι. Αυτή η περιοχή του αεροσκάφους είναι γνωστή σαν ζώνη οπισθοδρόμησης οχετών. Για μία ταχύτητα αεροσκάφους 300knots (154m/s) ένα αεροσκάφος μετακινείται κατά το μήκος του (ας υποθέσουμε) 15m σε 100ms χρονικό διάστημα το οποίο είναι μικρότερο από την χρονική διάρκεια του κεραυνού. Όταν τα σημεία εισόδου εξόδου του κεραυνικού καναλιού έχουν οπισθοδρομήσει σε ένα χείλος εκφυγής το κανάλι μπορεί να συνεχίσει πίσω από το αεροσκάφος και το αεροσκάφος δεν είναι πλέον μέρος της οδού ροής του κεραυνικού ρεύματος. 18

Η οπισθοδρόμηση του καναλιού μπορεί να έχει διάφορες συνέπειες. Για παράδειγμα, εσωτερικές περιοχές των φτερών του αεροσκάφους όπως εκείνες πίσω από μία μηχανή θα υποστούν το φαινόμενο της οπισθοδρόμησης καναλιού και αυτό επειδή είναι στον δρόμο του. Απ την άλλη πλευρά οι συνέπειες του κεραυνού διαδίδονται σε έναν σημαντικό αριθμό σημείων έτσι ώστε εκτός από κάποιο σημείο επαφής σε κάποιο άκρο ουράς κανένα σημείο δεν δέχεται την πλήρη ενέργεια του κεραυνού. Η αναλογία της ενέργειας του κεραυνού που μεταδίδεται σε κάποιο σημείο εξαρτάται από την θέση του σημείου στην επιφάνεια του αεροσκάφους και αυτό έχει οδηγήσει στην αντίληψη του διαχωρισμού των επιφανειών σε κεραυνικές ζώνες οι οποίες εξαρτώνται από την αρχική επαφή την οπισθοδρόμηση και την διάρκεια παραμονής. 1.8 Γειτονικές αστραπές Γειτονικές αστραπές μπορούν να προκαλέσουν έμμεσες επιπτώσεις. Αυτές οι επιπτώσεις οι οποίες οφείλονται κυρίως στην σύζευξη του μαγνητικού πεδίου είναι γενικά σημαντικά μικρότερες από εκείνες που προκαλούνται από άμεσα κεραυνικά πλήγματα στο αεροσκάφος. Τα μαγνητικά πεδία τα οποία αναμένονται από μία γειτονική αστραπή μπορούν να υπολογιστούν από την παρακάτω έκφραση H=I/2πr Όπου: H= δύναμη του πεδίου σε αμπέρ ανά μέτρο I= κεραυνικά ρεύματα σε αμπέρ r= η απόσταση μεταξύ κεραυνικού καναλιού και του αεροσκάφους σε μέτρα 19

20

2 Αλληλεπίδραση του κεραυνού με το αεροσκάφος Με το παρόν κομμάτι θα μπορούμε να προσδιορίζουμε τις επιφάνειες του αεροσκάφους με τις οποίες είναι πιθανό να έρθει σε επαφή ο κεραυνός και τις κατασκευές εκείνες απ' τις οποίες μπορεί να έχουμε αγωγή ρεύματος εξαιτίας του κεραυνού, ανάμεσα σε ζεύγη σημείων εισόδου/εξόδου του κεραυνού. Για τον προσδιορισμό των απαραίτητων μέτρων προστασίας για συγκεκριμένα συστήματα ή κατασκευές σε μία ζώνη, η σπουδαιότητα των συστημάτων ή των κατασκευών στην ζώνη αυτή, θα πρέπει να ληφθεί υπόψιν. 2.1 Αρχική επαφή του κεραυνού Αεροσκάφη σε πτήση μπορεί να εκτεθούν τόσο σε φυσικούς όσο και σε κεραυνούς που προκαλούνται από τα ίδια τα αεροσκάφη. Ένας φυσικός κεραυνός εκκινεί όταν ένας λήντερ ο οποίος προέρχεται από ένα κέντρο φορτίου σε ένα σύννεφο πλησιάζει το αεροσκάφος. Όταν αυτό συμβαίνει το ηλεκτρικό πεδίο που σχετίζεται με το φορτίο στον λήντερ, αυξάνεται σε ένταση στις προεξοχές του αεροσκάφους και ηλεκτρικές εκκενώσεις τύπου λήντερ (λήντερ ένωσης) που εκκινούν από την επιφάνεια του αεροσκάφους και προοδεύουν προς την κατεύθυνση του λήντερ. Ένας και μερικές φορές περισσότεροι από αυτούς τους λήντερ ένωσης μπορεί να συνδεθεί με έναν ή περισσότερους κλάδους του λήντερ. Οι επιφάνειες απ' τις οποίες παράγονται αυτοί οι λήντερ ένωσης είναι κατά συνέπεια τα αρχικά σημεία επαφής. Αποκαλούνται αρχικά σημεία επαφής ή σημεία εισόδου. Την ίδια στιγμή επιπλέον λήντερ ένωσης προερχόμενοι από άλλες προεξοχές διαδίδονται μακριά από το αεροσκάφος σε κατεύθυνση προς μία περιοχή αντίθετης πολικότητας φορτίου. Αυτή η περιοχή μπορεί να είναι η γη ή μπορεί να είναι μία περιοχή φορτίου αντίθετης πολικότητας σε ένα σύννεφο. Η περιοχή (ή οι περιοχές) από τις οποίες εκκινεί αυτός ο λήντερ (ή οι λήντερ) αποτελούν άλλα αρχικά σημεία επαφής που συχνά αποκαλούνται σημεία εξόδου. Ένας κεραυνός που εκκινεί λόγω του αεροσκάφους είναι αποτέλεσμα της παραμονής του αεροσκάφους σε ένα ηλεκτρικό πεδίο που προέρχεται από την ύπαρξη ηλεκτρικών φορτίων μέσα σε ένα σύννεφο. Σε αυτήν την περίπτωση η ένταση του πεδίου στις προεξοχές του αεροσκάφους είναι αρκετή να εκκινήσει και να να δώσει ώθηση σε λήντερς δύο κατευθύνσεων που προέρχονται από αυτές τις προεξοχές. Αυτοί οι λήντερ διαδίδονται ανάμεσα σε περιοχές αντίθετης πολικότητας φορτίου και άγουν κεραυνικά ρεύματα κατά μήκος του αεροπλάνου όπως συμβαίνει και με τους φυσικούς κεραυνούς. Οι περιοχές από τις οποίες προέρχονται αυτοί οι διπλής κατεύθυνσης λήντερς λέγονται σημεία εισόδου-εξόδου. Δεν υπάρχει κάποια διαφορά στα χαρακτηριστικά των σημείων εισόδου-εξόδου. Οι όροι χρησιμοποιούνται για ευκολία για να περιγράψουν την συνολική διαδικασία κεραυνικού πλήγματος και έχουν περισσότερο σημασία στους φυσικούς κεραυνούς όπου το σημείο εισόδου έχει σχέση με τον αρχικό λήντερ επαφής και το σημείο εξόδου αντιπροσωπεύει το σημείο από το οποίο ο λήντερ συνεχιζει την πορεία του προς ένα τελικό σημείο. Παραδείγματα των δύο μηχανισμών δίνονται στα σχήματα που ακολουθούν. Τα ίδια σημεία μπορεί να είναι σημεία εισόδου εξόδου για οποιονδήποτε από τους τύπους κεραυνού. Τα σημεία εισόδου εξόδου είναι συνήθως στις προεξοχές όπως η μύτη, τα φτερά και το χείλος εκφυγής, ο κώνος της ουράς, κινητήρες, έλικες ελικοπτέρου και μερικά ατρακτίδια κινητήρος 21

Σχήμα 1 Μηχανισμοί κεραυνικού πλήγματος [1] 22

2.2 Διαδικασία οπισθοδρόμησης του καναλιού Το πλήρες κεραυνικό κανάλι είναι στάσιμο στον αέρα. Όταν ένα αεροσκάφος χτυπηθεί από κεραυνό, ρεύματα ρέουν στο αεροσκάφος μέσω του καναλιού. Ωστόσο λόγω της ταχύτητας του αεροσκάφους και της χρονικής διάρκειας του καναλιού το αεροσκάφος μπορεί να μετακινηθεί μία σημαντική απόσταση σε σχέση με το κανάλι. Όταν ένα μπροστινό άκρο όπως η μύτη ή τα ατρακτίδια κινητήρος στα φτερά συνιστούν αρχικά σημεία επαφής, η κίνηση του αεροσκάφους σε σχέση με το κανάλι συνήθως προκαλεί το κανάλι να οπισθοδρομήσει όπως φαίνεται στο σχήμα που ακολουθεί. Έτσι το κανάλι μπορεί να έρχεται διαδοχικά σε επαφή με το αεροσκάφος σε σημεία πίσω από το αρχικό σημείο επαφής. Αυτή είναι η διαδικασία οπισθοδρόμησης καναλιού. Τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας μπορεί να προκαλέσουν το κανάλι να επανασυνδεθεί και να παραμείνει σε διάφορα σημεία της επιφάνειας για διαφορετικές χρονικές περιόδους κατά μήκος της διαδρομής της οπισθοδρόμησης. Αυτά τα σημεία επαφής αποκαλούνται και σημεία παραμονής. Το ποσοστό της ζημιάς που προκαλείται σε κάθε σημείο παραμονής εξαρτάται από τον τύπο και την τελική κατάσταση (φινίρισμα) του υλικού της επιφάνειας, τον χρόνο παραμονής στο συγκεκριμένο σημείο και τα κεραυνικά ρεύματα που ρέουν κατά την διάρκεια της επαφής. Ρεύματα οχετών όπως επίσης ενδιάμεσα ρεύματα και μικρό ποσοστό από συνεχή ρεύματα μπορούν να εμφανιστούν σε οποιοδήποτε σημείο επαφής. Επακόλουθοι οχετοί μπορεί να προκαλέσουν την επαφή του καναλιού με νέα σημεία παραμονής. Σχήμα 2 Τυπική διαδρομή των σημείων επαφής του καναλιού οπισθοδρόμησης [1] Όταν το κανάλι έχει οπισθοδρομήσει πίσω σε κάποιο χείλος εκφυγής, μπορεί να παραμείνει σε 23

επαφή με αυτό για όλη την υπόλοιπη διάρκεια του κεραυνικού φαινομένου. Εάν ωστόσο το αρχικό σημείο επαφής του λήντερ βρίσκεται σε κάποιο χείλος εκφυγής δεν μπορεί να οπισθοδρομήσει περαιτέρω και έτσι το σημείο αυτό θα ήταν το σημείο εισόδου και εξόδου του κεραυνικού ρεύματος. Η σπουδαιότητα του φαινομένου της οπισθοδρομησης του καναλιού, είναι ότι οι επιφάνειες του αεροσκάφους οι οποίες δεν θα ήταν πιθανό να είναι αρχικά σημεία επαφής μπορεί επίσης να συμπεριληφθούν στην μελέτη του κεραυνικού πλήγματος καθώς το κεραυνικό κανάλι οπισθοδρομεί, παρόλο που το κανάλι μπορεί να μην παραμείνει σε ένα σημείο για πολύ χρόνο. Απ' την άλλη πλευρά, πλήγματα σε κάποιο χείλος εκφυγής θα παραμένουν σε επαφή και θα διατηρούνται εκεί πέρα μέχρι να περάσει ο κεραυνός 2.3 Αγωγή του ρεύματος Κατά την διάρκεια που το κεραυνικό κανάλι παραμένει σε επαφή με το αρχικό σημείο επαφής ή τα σημεία παραμονής του οπισθοδρομικού καναλιού, ρεύματα θα ρέουν στο αεροπλάνο. Τα σημεία εισόδου και εξόδου του ρεύματος αυτού θα αλλάζουν καθώς το αεροπλάνο κινείται όπως περιγράφηκε προηγουμένως. Τα ρεύματα θα διανέμονται σε όλες τις ηλεκτρικά αγώγιμες επιφάνειες και κατασκευαστικά στοιχεία ανάμεσα στα σημεία εισόδου και εξόδου. Ένα μέρος του κεραυνικού ρεύματος μπορεί να ρέει σε μη αγώγιμα στοιχεία όπως ράβδοι ώθησης, υδραυλικές γραμμές, υδραυλικούς σωλήνες και ηλεκτρικά καλώδια. Το μέγεθος των ρευμάτων που ρέουν σε διάφορα κατασκευαστικά στοιχεία εξαρτάται από διάφορους παράγοντες όπως η γεωμετρία, οι ιδιότητες των υλικών και τα χαρακτηριστικά των κεραυνικών ρευμάτων. 2.4 Ορισμοί των ζωνών Η επιφάνεια του αεροσκάφους μπορεί να διαχωριστεί σε μια σειρά περιοχών που αποκαλούνται ζώνες κεραυνικού πλήγματος. Αυτές οι ζώνες αντιπροσωπεύουν τις περιοχές οι οποίες είναι πιθανό να δεχτούν τους διαφόρους τύπους κεραυνικών ρευμάτων. Υπάρχουν τρεις κύριες διακρίσεις για τις ζώνες οι οποίες αντιπροσωπεύουν: 1) Περιοχές στις οποίες θα έχουμε αρχική επαφή του κεραυνού και πρώτους οχετούς επιστροφής 2) Περιοχές στις οποίες δεν είναι πιθανό να έχουμε πρώτους οχετούς επιστροφής αλλά είναι πιθανό να έχουμε επόμενους οχετούς επιστροφής. Αυτό θα συμβεί επειδή το αεροσκάφος θα είναι σε κίνηση σε σχέση με το κανάλι προκαλώντας έτσι την οπισθοδρόμηση του καναλιού προς τα πίσω 3) Περιοχές στις οποίες δεν είναι πιθανό να έχουμε επαφή του ηλεκτρικού τόξου αλλά θα πρέπει να άγουν κεραυνικά ρεύματα ανάμεσα στα σημεία επαφής 24

Οι περιοχές 1 και 2 χωρίζονται με την σειρά τους σε άλλες ζώνες όπως ακολουθεί: Ζώνες 1Α και 2Α όπου μεγάλοι χρόνοι παραμονής του καναλιού είναι απίθανοι γιατί η κίνηση του αεροπλάνου σε σχέση με το κανάλι προκαλεί το ηλεκτρικό τόξο να μετακινηθεί κατά μήκος της επιφάνειας του αεροπλάνου σε κατεύθυνση αντίθετη με αυτήν της κίνησης του. Ζώνες 1Β και 2Β όπου το σημείο της επαφής του καναλιού είναι απίθανο να μετακινηθεί κατά το υπόλοιπο της αστραπής γιατί η περιοχή είναι κάποιο χείλος εκφυγής ή άλλη περιοχή από την οποία το κανάλι δεν μπορεί να οπισθοδρομήσει περαιτέρω. Τέλος υπάρχει μία ακόμα ζώνη, η 1C, στην οποία βάση της αλλαγής στις παραμέτρους του ρεύματος κατά μήκος του καναλιού και τον χρόνο που χρειάζεται για την οπισθοδρόμηση του καναλιού η απειλή για το αεροσκάφος είναι σημαντικά μειωμένη Αναλυτικά: Ζώνη 1Α- ζώνη πρώτου οχετού επιστροφής Όλες οι επιφάνειες όπου είναι πιθανό να έχουμε επαφή ένος πρώτου οχετού επιστροφής με μία μικρή πιθανότητα παραμονής του κεραυνού Ζώνη 1Β- ζώνη πρώτου οχετού επιστροφής με μεγάλο χρόνο παραμονής Όλες οι επιφάνειες όπου είναι πιθανό να έχουμε επαφή ένος πρώτου οχετού επιστροφής με μία μεγάλη πιθανότητα παραμονής του κεραυνού Ζώνη 1C- μεταβατική ζώνη για τον πρώτο οχετό επιστροφής Όλες οι επιφάνειες όπου είναι πιθανό να έχουμε επαφή ένος πρώτου οχετού επιστροφής με μειωμένο μέγεθος και μικρή πιθανότητα παραμονής του κεραυνού Ζώνη 2Α- ζώνη οπισθοδρομικού οχετού Όλες οι επιφάνειες όπου είναι πιθανό ένας επόμενος οχετός επιστροφής να οπισθοδρομήσει με μία μικρή πιθανότητα παραμονής του κεραυνού Ζώνη 2Β- ζώνη οπισθοδρομικού οχετού με μεγάλο χρόνο παραμονής Όλες οι επιφάνειες όπου είναι πιθανό το κανάλι που φέρει έναν επόμενο οχετό επιστροφής να οπισθοδρομήσει με μία μεγάλη πιθανότητα παραμονής του κεραυνού Ζώνη 3 Εκείνες οι επιφάνειες που δεν ανήκουν στις ζώνες 1Α, 1Β, 1C, 2A, 2B όπου οποιαδήποτε επαφή με το κεραυνικό κανάλι είναι απίθανη, και εκείνες οι περιοχές που βρίσκονται κάτω από ή ανάμεσα στις άλλες ζώνες και/ή άγουν σημαντικά ποσοστά ηλεκτρικού ρεύματος ανάμεσα σε σημεία επαφής άμεσου κεραυνικού πλήγματος ή οπισθοδρομικού οχετού. 2.5 Διαδικασία εύρεσης των ζωνών Η τοποθεσία των ζωνών των κεραυνικών πληγμάτων σε κάθε αεροσκάφος εξαρτάται από την γεωμετρία του αεροσκάφους και από λειτουργικούς παράγοντες του αεροσκάφους. Εάν ένα καινούργιο/τροποποιημένο αεροσκάφος είναι παρόμοιας κατασκευής με ένα υπάρχον του οποίου οι ζώνες έχουν καθοριστεί εμπειρικά,δεν χρειάζεται να γίνει μελέτη για να διαπιστωθούν οι ζώνες στο 25

καινούργιο/τροποποιημένο αεροσκάφος, αλλά μπορούν να χρησιμοποιηθούν τα ίδια αποτελέσματα με το παλιό αεροσκάφος. Για αεροσκάφη που είναι καινούργιας τεχνολογίας (δηλαδή δεν είναι παρόμοιας κατασκευής με παλιά αεροσκάφη) ή για περιοχές του αεροσκάφους που είναι καινούργιας τεχνολογίας θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν τα 8 βήματα που ακολουθούν για να καθοριστούν οι ζώνες. Σημειώνουμε ότι ειδικά για αεροσκάφη των οποίων μερικές μόνο περιοχές είναι καινούργιας τεχνολογίας, στις περιοχές που είναι παλιάς τεχνολογίας οι ζώνες μπορούν να καθοριστούν με βάση την ομοιότητα τους με παρόμοιες κατασκευές, ενώ για τις υπόλοιπες περιοχές καινούργιας τεχνολογίας θα χρησιμοποιήθουν τα 8 βήματα που ακολουθούν. 1) Καθορισμός των περιοχών επαφής του αρχικού κεραυνικού λήντερ Το πρώτο βήμα είναι να καθοριστούν οι περιοχές του αεροσκάφους όπου ο λήντερ είναι πιθανό να έρθει αρχικά σε επαφή. Διάφορες μέθοδοι είναι διαθέσιμες για να επιτύχουμε αυτόν τον σκοπό. Τέτοιες μέθοδοι είναι: ομοιότητα με αεροσκάφη παρόμοιας κατασκευής, δοκιμές (πειράματα) και ανάλυση (πχ μέθοδος κυλιόμενης σφαίρας). Περαιτέρω περιγραφή αυτών των μεθόδων θα δοθεί στην συνέχεια. Όποια μέθοδος και αν χρησιμοποιηθεί, τα αποτελέσματα θα πρέπει να είναι συναρτήση της εμπειρίας μας από κεραυνικά πλήγματα σε αεροσκάφη παρόμοιας γεωμετρίας (αν υπάρχουν), ή γενικά από τις γνώσεις μας από το φαινόμενο της επαφής των κεραυνών με αεροσκάφη. Τα αρχικά σημεία επαφής τυπικά περιλαμβάνουν άκρα όπως μύτη, φτερά και χείλος εκφυγής, κινητήρες, πτερύγια, ατρακτίδια κινητήρος, παράθυρα στο πιλοτήριο και άλλα σημαντικά άκρα. Κεραυνικά πλήγματα σε τυπικά σημεία εισόδου/ εξόδου σε ένα αεροσκάφος δεν συμβαίνουν πάντα στο ίδιο σημείο αλλά με βάση στατιστικά δεδομένα συμβαίνουν σε διάφορα σημεία του ίδιου άκρου, ειδικά αν το άκρο δεν έχει κάποια σημαντική προεξοχή ή δεν είναι ιδιαίτερα αιχμηρό (οπότε το ηλεκτρικό πεδίο θα ήταν σημαντικά αυξημένο). Έτσι περιοχές στην επιφάνεια του αεροσκαφούς που αποτελούν την στρογγυλή μύτη είναι ιδιαίτερα ευάλωτες σε επαφή του αρχικού λήντερ ενώ αντίθετα εάν η μύτη ήταν στενή και αιχμηρή μόνο το πολύ μπροστινό της άκρο θα ήταν πιθανό να είναι σημείο επαφής του αρχικού λήντερ. Εαν το σημείο επαφής του αρχικού λήντερ είναι κάποιο χείλος εκφυγής τότε το άκρο αυτό θα δεχτεί όλη την ενέργεια του κεραυνού αφού το ηλεκτρικό τόξο δεν μπορεί να οπισθοδρομήσει περαιτέρω. Έτσι το κεραυνικό κανάλι σε αυτά τα σημεία θα έχει μεγάλο χρόνο παραμονής και για αυτό αυτά τα σημεία ορίζονται ως σημεία στην ζώνη 1Β. 2) Περιοχές 1Α και 1Β Το δεύτερο βήμα είναι να καθοριστούν οι περιοχές με τις οποίες θα έρθει σε επαφή ο πρώτος οχετός επιστροφής. Αυτές οι περιοχές θα περιλαμβάνουν τις ζώνες 1Α, 1Β και 1C. Στις περισσότερες περιπτώσεις το αεροσκάφος θα μετακινείται μπροστά αφού δεχτεί κεραυνικό πλήγμα και ο λήντερ θα έχει οπισθοδρομήσει από το αρχικό σημείο επαφής μέχρι την χρονική στιγμή όπου ο λήντερ θα έχει φτάσει την γη (ή άλλο κέντρο φορτίου) και θα έχει εκκινήσει τον πρώτο οχετό επιστροφής. Η απόσταση που διανύει το αεροσκάφος αυτήν την χρονική περίοδο συνιστά την ζώνη 1Α και εξαρτάται από την ταχύτητα του αεροσκάφους, το ύψος (πάνω από το επίπεδο της γης) για ένα κεραυνικό πλήγμα συννέφου-γης και την ταχύτητα του λήντερ. Το σημείο από το οποίο αρχίζει η ζώνη 1Α θα είναι το σημείο όπου έχουμε την αρχική κεραυνική επαφή. Η σχέση h * TAS d= V1 δείχνει την σχέση ανάμεσα στην μέγιστη απόσταση που διανύει ο λήντερ καθώς οπισθοδρομεί (d) σαν συνάρτηση του ύψους του αεροσκάφους (h) της ταχύτητας του λήντερ (V 1) και της ταχύτητας του αεροσκάφους (TAS) 26

Στο σχήμα που ακολουθεί βλέπουμε την φυσική σημασία αυτής της εξίσωσης. Από την εμπειρία γνωρίζουμε ότι τα ποιο σοβαρά κεραυνικά πλήγματα, που περιλαμβάνουν ρεύματα συνιστώσας Α, συμβαίνουν όταν το αεροσκάφος βρίσκεται σε υψόμετρο 1500m (5000 ft) ή λιγότερο και χτυπηθεί από κεραυνό συννέφου-γης, οπότε για τον υπολογισμό του d της ζώνης 1Α θα θεωρούμε αυτό το υψόμετρο. Η ταχύτητα του λήντερ θα θεωρείται 1,5* 105 m/s. Τυπικές ταχύτητες του αεροσκάφους κάτω από 1500 μέτρα είναι λιγότερο από 130m/s (250knots). Έτσι για την ζώνη 1Α η απόσταση d θα λαμβάνεται ίση με d1=1,3m. Για αεροσκάφη που πετάνε με μικρότερες ταχύτητες η απόσταση d1 μπορεί αναλογικά να μειωθεί κατ ελάχιστο μέχρι 0,5m. Αρχικά σημεία επαφής όπου το κεραυνικό κανάλι θα πρέπει να παραμείνει εκεί για όλη την διάρκεια της ζωής τους βρίσκονται στην ζώνη 1Β. Επειδή τα σημεία επαφής στην ζώνη 1Β δεν μπορούν να περιλαμβάνουν οπισθοδρόμηση καθώς βρίσκονται ήδη στο άκρο των επιφανειών, καμία επιπλέον ανάλυση δεν χρειάζεται για την ζώνη αυτή. Σχήμα 3 [1] 27

3) Ζώνη 1C Η ζώνη 1C εφαρμόζεται για επιφάνειες πέρα από την ζώνη 1Α οι οποίες μπορεί να έρθουν σε επαφή με λήντερ που οπισθοδρομούν σε ύψη ανάμεσα σε 1500m (5000ft) και 3000m (10000ft) Σε αυτό το εύρος έχουμε έναν οχετό επιστροφής με μέγεθος μικρότερο από το στοιχείο ρεύματος Α, αποκαλούμενο στοιχείο ρεύματος Αh. Μπορούμε να αξιοποιήσουμε την εξίσωση που χρησιμοποιήσαμε και προηγουμένως. Εδώ το ύψος h είναι 3000m (10000ft). Αυτό δίνει την απόσταση d2 όπως φαίνεται στο σχήμα που ακολουθεί. Τυπικές ταχύτητες αεροσκαφών σε ύψη κάτω από 3000m είναι λιγότερο από 130m/s (250knots). Έτσι η απόσταση d2 μπορεί να θεωρηθεί ίση με 2,6m. Οι επιφάνειες του αεροσκάφους που βρίσκονται στην διαφορά των αποστάσεων d1 και d2 θεωρούμε ότι ανήκουν στην ζώνη 1C. Για αεροσκάφη με μικρότερες ταχύτητες ή χαμηλότερα ύψη η απόσταση d2 μπορεί να μειωθεί αναλόγως. Έτσι σε ορισμένες περιπτώσεις η ζώνη 1C μπορεί να αμεληθεί πλήρως. 4) Ζώνες 2Α και 2Β Μιας και τα αεροσκάφη μπορούν να ταξιδέψουν περισσότερο από ολόκληρο το μήκος τους στην διάρκεια ενός ή δύο δευτερολέπτων του κεραυνού, το υπόλοιπο των επιφανειών πέρα από την ζώνη 1C θα πρέπει να θεωρηθεί ότι βρίσκεται στην ζώνη 2Α. Χείλοι εκφυγής πέρα από την ζώνη 2Α θα θεωρούνται στην ζώνη 2Β εκτός και αν έχουν ήδη συμπεριληφθεί στην ζώνη 1Β. 5) Πλευρικές περιοχές των ζωνών 1Α, 1Β, 1C, 2Α και 2Β Για τον προσδιορισμό των ζωνών 1Α και 1Β στις περιοχές των φτερών και των χειλών εκφυγής οι οποίες είναι κυρτές ή έχουν κάθετες επεκτάσεις στα άκρα των φτερών (winglets) συνίσταται να καθοριστεί το οριζόντιο εφαπτομενικό σημείο της κυρτότητας του άκρου και τα σημεία της επιφάνειας 0,5m προς το εσωτερικό θα θεωρηθούν ότι βρίσκονται στις ζώνες 1Α και 1Β. Επιπλεόν, λόγω του ότι υπάρχει μικρότερη πιθανότητα απευθείας επαφής ενός κεραυνού μειωμένης έντασης και/ή λόγω μικρής πλευρικής μετακίνησης του κεραυνικού καναλιού προς το εσωτερικό των ζωνών 1Α και 1Β στα φτερά και στα χείλοι εκφυγής οι περιοχές που βρίσκονται 0,5m προς το εσωτερικό σε σχέση με τις ζώνες 1Α και 1Β θα πρέπει να θεωρούνται ότι βρίσκονται μέσα στις ζώνες 2Α και 2Β. Παραδείγματα δίνονται στα σχήματα που ακολουθούν Επιφάνειες 0,5m (18in) σε κάθε πλευρά (δηλαδή στο εξωτερικό και στο εσωτερικό) των ζωνών 1Α, 1Β, 1C, 2Α και 2Β κατά μήκος των μηχανών στα φτερά, των ρίζων των φτερών (το μέρος των φτερών που εφάπτεται με τον κύριο κορμό του αεροσκάφους) και των κάθετων και οριζόντιων σταθεροποιητών, θα πρέπει επίσης να θεωρηθεί ότι βρίσκονται σε αυτές τις ζώνες και αυτό γιατί θα πρέπει να λάβουμε υπόψιν μας την μικρή πλευρική κίνηση του κεραυνικού καναλιού. 28

Σχήμα 4 [1] 29

Σχήμα 5 Παραδείγματα της θέσης των ζωνών 1Α και 1C [1] 30

6) Ζώνη 3 Εκείνες οι περιοχές που δεν ανήκουν στις ζώνες 1Α, 1Β, 1C, 2Α και 2Β και που οποιαδήποτε επαφή του κεραυνικού καναλιού είναι απίθανη, θεωρούνται ότι βρίσκονται στην ζώνη 3. Η ζώνη 3 περιλαμβάνει εκείνα τα μέρη του αεροσκάφους τα οποία βρίσκονται πίσω από ή ανάμεσα σε άλλες ζώνες και άγει κεραυνικά ρεύματα ανάμεσα σε σημεία απευθείας επαφής ή επαφής οχετού επιστροφής. 7) Ζώνες επικάλυψης Επιφάνειες μέσα στις ζώνες 1Α και 1C μπορεί επίσης να ανήκουν στην ζώνη 2Α μιας και σε μερικές περιπτώσεις ο πρώτος οχετός επιστροφής μπορεί να συμβεί κοντά στο σημείο επαφής του αρχικού λήντερ, όπως στην μύτη του αεροσκάφους ή στην επιφάνεια της μηχανής που επιτρέπει την είσοδο του αέρα (engine inlet cowl), με τους επόμενους οχετούς να συμβαίνουν στο υπόλοιπο της ζώνης 1Α. Η ζώνη 3 βρίσκεται καλύπτεται από όλες τις άλλες ζώνες. Τα μέτρα προστασίας θα πρέπει να παίρνονται με βάση την χειρότερη περίπτωση. 8) Εύρεση των ζωνών με βάση την ομοιότητα με άλλες κατασκευές Μπορεί να χρησιμοποιηθεί η ομοιότητα του αεροσκάφους με άλλα αεροσκάφη παρόμοιας κατασκευής για να καθοριστύν οι ζώνες. Για να γίνει αυτό θα πρέπει να λάβουμε υπόψιν μας τα παρακάτω: α) δεν υπάρχουν σημαντικές διαφορές στην γεωμετρία των δύο αεροσκαφών όπως διαφορές σε ακτίνα των καμπυλών και μέγεθος της κατασκευής διάφορα στοιχεία όπως αριθμός μηχανών, τύπος χείλου εκφυγής κτλ προεξέχοντα στοιχεία μεγάλου μήκους όπως κεραία, αεροδυναμικός φράκτης (aerodynamic fence) ή συσκευή απόρριψης καυσίμων (fuel dump) β) εμπειρία από την χρήση του αεροσκάφους δείχνει ότι δεν απαιτείται καμία αλλαγή στον καθορισμό των ζωνών γ) δεν υφίσταται καμία σημαντική αλλαγή στην ηλεκτρική αγωγιμότητα των επιφανειών του αεροσκάφους όπως αντικατάσταση της επιφάνειας αλουμινίου από μία μη αγώγιμη επιφάνεια φίμπεργκλας δ)δεν υφίστανται σημαντικές αλλαγές στα χαρακτηριστικά τις πτήσης όπως η ταχύτητα του αεροσκάφους Εάν μόνο ορισμένα σημεία ενός αεροσκάφους είναι όμοια με ένα αεροσκάφος που έχει μελετηθεί στο παρελθόν τα όμοια σημεία μπορούν να χωριστούν σε ζώνες με βάση την ομοιότητα. Τα μη όμοια σημεία θα πρέπει να χωριστούν σε ζώνες με βάση τα 8 βήματα που προηγήθηκαν. Για παράδειγμα ένα μεταφορικό αεροσκάφος του οποίου η μύτη, το πιλοτήριο και η γεωμετρία των φτερών είναι όμοια με ένα άλλο αεροσκάφος παλαιότερης κατασκευής, του οποίου ο κυρίως κορμός είναι μεγαλύτερος, μπορεί να χωριστεί σε ζώνες εξ' ολοκλήρου με βάση το άλλο αεροσκάφος Ένα αεροσκάφος του οποίου τα φτερά σχηματίζουν γωνία με την άτρακτο του αεροσκάφους σε αντίθεση με ένα αεροσκάφος παλαιότερης κατασκευής του οποίου τα φτερά είναι ευθεία, αλλά η κατασκευή της ατράκτου είναι ολοίδια, μπορεί να κατασκευαστεί με βάση την αμοιότητα με το 31

αεροσκάφος παλαιότερης κατασκευής για την μύτη και τον άτρακτο αλλά όχι για τα φτερά. Για τα φτερά θα ακολουθήσουμε τα βήματα που προηγήθηκαν Επίσης τα πτερύγια και οι πάνω επιφάνειες ενός ελικοπτέρου του οποίου η άτρακτος και τα πτερύγια είναι όμοια με ένα ελικόπτερο παλαιότερης κατασκευής αλλά του οποίου το σύστημα προσγείωσης είναι διαφορετικό μπορεί να χωριστεί σε ζώνες με βάση την ομοιότητα του, αλλά οι κάτω επιφάνειες του θα πρέπει να διαχωριστούν σε ζώνες με βάση τα βήματα που προηγήθηκαν ή με βάση ένα άλλο ελικόπτερο του οποίου η κάτω επιφάνεια και το σύστημα προσγείωσης είναι όμοια με το ελικόπτερο που εξετάζουμε 2.6 Παραδείγματα Στα σχήματα που ακολουθούν δίνονται παραδείγματα για γενικού τύπου αεροσκάφη και ελικόπτερα Τα ελικόπτερα μπορεί να είναι σε κίνηση ή να μην έχουν καθόλου κίνηση. Έτσι με την εξαίρεση των πτερυγίων κάθε πιθανό σημείο αρχικής επαφής μπορεί να δεχτεί όλα τα στοιχεία του τυπικού κεραυνικού περιβάλλοντος και έτσι θα πρέπει να αντιμετωπιστεί σαν να βρίσκεται στην ζώνη 1Β. Επαφή με οπισθοδρομικά κανάλια μπορεί να συμβεί σε κάθε κατεύθυνσηαπό αυτές τις περιοχές της ζώνης 1Β, κατά συνέπεια όλες οι υποεπιφάνειες που δεν συμπεριλαμβάνονται στην ζώνη 1Β θα πρέπει να θεωρούνται ότι βρίσκονται στην ζώνη 1Α. Τα πτερύγια μπορεί να είναι σημεία επαφής του αρχικού λήντερ και έτσι επιφάνειες 0,5m προς το εσωτερικό από το άκρο ενός πτερυγίου θα πρέπει να θεωρούνται ότι βρίσκονται στην ζώνη 1Α. Επιφάνειες του πτερυγίου πέρα από την ζώνη 1Α (προς το εσωτερικό) θα πρέπει να θεωρούνται στην ζώνη 2Α. Το μεγαλύτερο μέρος της πάνω ατράκτου δεν είναι πιθανό να έρθει σε επαφή με τον κεραυνό λόγω των πτερυγίων και έτσι μπορεί να θεωρηθεί ότι βρίσκεται στην ζώνη 3. Οι κινητήρες βρίσκονται συνήθως στην ζώνη 1Α αν και μπορεί και να βρίσκεται και σε άλλες ζώνες βάση της θέσης του κινητήρα σε σχέση με άλλα σημεία της ατράκτου του αεροσκάφους. Σε αυτήν την περίπτωση για να καθοριστεί η ζώνη θα χρησιμοποιηθούν τα βήματα 1 έως 8. Το ατρακτίδιο του κινητήρα και άλλες επιφάνειες που βρίσκονται πίσω από τα ακροπτερύγια του κινητήρα υπό γωνία 45 μοιρών θα θεωρούνται ότι βρίσκονται στην ζώνη 3 εκτός αν τέτοιες επιφάνειες έχουν σχεδιαστεί ώστε να βρίσκονται σε άλλες ζώνες για διάφορους λόγους όπως για παράδειγμα τα εκτεθειμένα μέρη σε έναν κινητήρα τα οποία βρίσκονται συνήθως στην ζώνη 1Β. 32

Σχήμα 6 Παραδείγματα ζωνών για μεταφορικό αεροσκάφος [1] 33

Σχήμα 7 Παραδείγματα ζωνών στην μύτη ενός μεταφορικού αεροσκάφους [1] 34

Σχήμα 8 Παραδείγματα ζωνών σε business jet του οποίου τα φτερά δεν είναι ευθεία [1] 35

Σχήμα 9 Παραδείγματα ζωνών σε business jet του οποίου τα φτερά είναι ευθεία [1] 36

Σχήμα 10 Παραδείγματα ζωνών για αεροσκάφος με έναν μόνο κινητήρα [1] 37

Σχήμα 11 Παραδείγματα ζωνών σε αεροσκάφος με πολλούς κινητήρες [1] 38

Σχήμα 12 Παραδείγματα ζωνών σε ελικόπτερο [1] 2.7 Μέθοδοι για τον υπολογισμό των σημείων επαφής του αρχικού λήντερ α) Ομοιότητα Για αεροσκάφη νέας τεχνολογίας η εμπειρία μας με αεροσκάφη παρόμοιας κατασκευής μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό των ζωνών. Η διαδικασία εύρεσης ζωνών βάση της ομοιότητας μπορεί να περιλαμβάνει δεδομένα από πειράματα και/ή αποτελέσματα από ανάλυση για ένα αεροσκάφος (ή μέρος του αεροσκάφους). β) Εμπειρία από την χρήση Εμπειρία από την χρήση ενός αεροσκάφους με γεωμετρία παρόμοια με αυτού που εξετάζουμε 39

μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν η βάση για τον καθορισμό των σημείων όπου ο αρχικός λήντερ μπορεί να έρθει σε επαφή (εφόσον βέβαια υπάρχουν αρκετά δεδομένα).τα απαραίτητα δεδομένα περιλαμβάνουν περιοχές όπου ο αρχικός λήντερ μπορεί να έρθει σε επαφή με το αεροσκάφος. Μιας και τα ρεύματα από τους λήντερ είναι μικρής έντασης τα σημάδια που αφήνονται από αυτούς στα αεροπλάνα μπορεί να είναι δύσκολο να ξεχωρίσουν από σημάδια που αφήνει η επαφή άλλου κεραυνού στο αεροσκάφος ή άλλες ατέλειες. Ο έλεγχος των αεροσκαφών και η καταγραφή των κεραυνικών πληγμάτων για κάποια χρόνια μπορεί να προσφέρει επαρκή δεδομένα. Σημεία επαφής του αρχικού λήντερ στην μπροστινή επιφάνεια και στα άκρα είναι ιδιαίτερα σημαντικά γιατί αυτά τα σημεία ορίζουν τις αποστάσεις d1 και d2 Ιδιαίτερη προσοχή θα πρέπει να δοθεί να διαχωριστούν τα σημεία επαφής του αρχικού λήντερ από τα σημάδια που αφήνονται από οχετούς επιστροφής και τα συνεχή ρεύματα που ρέουν σε αυτά τα κανάλια και είναι χαρακτηριστικά των ζωνών 1Α, 1C και 2Α. Θα υπάρχει κάποια επικάλυψη έτσι ώστε αυτά τα ρεύματα να εμφανίζονται επίσης σε περιοχές στις οποίες έχουμε επαφή του αρχικού λήντερ. Το σημείο επαφής του αρχικού λήντερ θα είναι το πρώτο σημάδι. Εξαίρεση σε αυτό αποτελούν τα χείλοι εκφυγής τα οποία είναι στην ζώνη 1Β όπου όλα τα στοιχεία του κεραυνού θα εισέρχονται/εξέρχονται από το ίδιο σημείο γ) Πειράματα Οι δοκιμές μπορούν να γίνουν σε μοντέλα κλίμακας του αεροσκάφους ή σε μερικές περιπτώσεις σε μοντέλα πλήρους κλίμακας όπου μπορεί να γίνει μια πιο αξιόπιστη εκτίμηση των ορίων των ζωνών - Πειράματα κλίμακας Δοκιμές υψηλής τάσης σε μοντέλα κλίμακας αεροσκαφών χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση του σημείου επαφής του αρχικού λήντερ. Η μέθοδος αυτή έχει κάποιους περιορισμούς, λόγω του ότι η κορόνα και η διανομή των φορτίων γύρω από το αεροσκάφος δεν μειώνονται όπως μειώνονται οι διαστάσεις του αεροσκάφους. Οι επιπτώσεις από την ροή του αέρα και το ύψος στην διανομή του φορτίου και στην μεταβολή της τοπικής πίεσης δεν εμφανίζονται στα πειράματα. Παρόλαυτα τα αποτελέσματα από τα πειράματα αυτά είναι αρκετά κοντά στο τι συμβαίνει στην πράξη. Η συνήθης διαδικασία είναι να υποβάλλεται το μοντέλο σε κρουστικά ηλεκτρικά πεδία με διαφορετικούς προσανατολισμούς οι οποίοι αντιπροσωπεύουν πιθανά ηλεκτρικά πεδία ή προσανατολισμούς των εισερχόμενων λήντερ. Από τις φωτογραφίες που παίρνουμε μπορούμε να δούμε τα σημεία στα οποία έρχεται σε επαφή ο αρχικός λήντερ. Περισσότερες πληροφορίες μπορούν να αντληθούν από το [15] -Δοκιμές πλήρους κλίμακας Αυτές οι δοκιμές χρησιμοποιούνται για τον εντοπισμό των σημείων επαφής του αρχικού λήντερ ωστόσο δεν είναι επαρκής για να αναγνωρίσουν σημεία επαφής σε ιδιαίτερα πολύπλοκες επιφάνειες ή σε περιοχές που συμπεριλαμβάνουν συνδυασμούς ηλεκτρικά αγώγιμων και μη αγώγιμων επιφανειών.εαν τέτοιες δοκιμές ειναι απαραίτητο να γίνουν, θα πρέπει να γίνουν με αντιπροσωπευτικά υλικά και γεωμετρίες. Περισσότερες πληροφορίες για δοκιμές σε μοντέλα όσο και για δοκιμές πλήρους κλίμακας μπορούν να αντληθούν από το [15] 40

δ) Ανάλυση Τα σημεία επαφής μπορούν να καθοριστούν από μία ή περισσότερες μεθόδους όπως μοντελοποίηση ηλεκτρικού πεδίου και μέθοδος κυλιόμενης σφαίρας 2.8 Επιπλέον στοιχεία -Μικρές προεξοχές Μικρές προεξοχές ενισχύουν το ηλεκτρικό πεδίο γύρω από σχετικά μικρούς όγκους. Αυτοί οι όγκοι δεν είναι συνήθως αρκετά μεγάλοι για να εκκινήσουν μία εκφόρτωση λήντερ από το αεροσκάφος. Στοιχεία όπως κεραίες, σωλήνες για την μέτρηση της πίεσης (pitot static probes), ιστοί για την απορρόφηση της υγρασίας (drain masts), εξαεριστήρες, ατρακτίδια κινητήρος κτλ. θεωρούνται συνήθως μικρές προεξοχές εφ' όσον το ύψος τους είναι τουλάχιστον μία τάξη μεγέθους μικρότερο από την απόσταση ανάμεσα σε αυτές τις προεξοχές και των ορίων της ζώνης. Μικρές προεξοχές δεν επηρεάζουν συνήθως την διανομή του ηλεκτρικού πεδίου και τις ζώνες του αεροσκάφους αλλά εάν μία μικρή προεξοχή υφίσταται στην ζώνη 1 ή 2 τότε θα είναι ένα από τα πιο πιθανά σημεία επαφής. Εάν όμως δεν είναι στην ζώνη 1 ή 2 τότε η εμπειρία έχει δείξει ότι δεν είναι πολύ πιθανό να είναι σημεία επαφής. -Μη αγώγιμες επιφάνειες Σε κάθε μία από τις ζώνες (1Α, 1Β, 1C, 2Α, 2Β) μπορεί να υπάρχουν επιφάνειες που δεν είναι ηλεκτρικά αγώγιμες και κατά συνέπεια δεν είναι πολύ πιθανό να χτυπηθούν απευθείας από κεραυνό. Σημεία επαφής μπορούν να υπάρξουν σε γειτονικές αγώγιμες επιφάνειες και μπορεί το κανάλι να οπισθοδρομήσει κατά μήκος των μη αγώγιμων επιφανειών για να έρθει σε επαφή με μία κοντινή αγώγιμη επιφάνεια. Σε μερικές περιπτώσεις οι μη αγώγιμες επιφάνειες θα έχουν ανεπαρκή διηλεκτρική αντοχή για να εμποδίσουν τους κεραυνούς να τις διατρυπήσουν, σε αυτήν την περίπτωση η επαφή μπορεί να συμβεί σε κάποιο αγώγιμο αντικείμενο κάτω από την μη αγώγιμη επιφάνεια. Παραδείγματα αυτής της κατάστασης περιλαμβάνουν την μύτη του ραδιοθόλου ή την πόρτα για τις ρόδες που κατασκευάζονται από μη αγώγιμα σύνθετα υλικά. Τέτοιες επιφάνειες μπορεί να μην είναι σημεία επαφής του κεραυνού. Θα πρέπει να θεωρηθούν σημεία της γειτονικής ζώνης 2.9 Περαιτέρω εκτιμήσεις για την προστασία Οι συνέπειες της μη επαρκούς προστασίας ενός μέρους του αεροσκάφους θα πρέπει να ληφθούν υπόψιν για τον προσδιορισμό του κατάλληλου επίπεδου προστασίας. Είναι συνήθως, αλλά όχι πάντα, πιο πρακτικό να προστατεύουμε το αεροσκάφος από το εξωτερικό κεραυνικό περιβάλλον παρά να το αφήσουμε να δεχτεί την πιθανή ζημιά. Παρολ' αυτά εάν μπορεί να αποδειχτεί ότι οι επιπτώσεις στο αεροσκάφος είναι αμελητέες τότε το επίπεδο προστασίας είναι αδιάφορο Αντίθετα αν και περιοχές που ανήκουν στην ζώνη 3 έχουν μία μικρή πιθανότητα απ' ευθείας κεραυνικού πλήγματος, στοιχεία που θα αποτύχαιναν να λειτουργήσουν ή θα καταστρέφοταν λόγω 41

του απ' ευθείας κεραυνικού πλήγματος και οι συνέπειες απ' αυτό θα ήταν καταστροφικές, θα πρέπει να βρίσκονται όσο πιο μακριά από την ζώνη 1 και 2 είναι δυνατόν Επιπλέον καινούργια ή νέας τεχνολογίας στοιχεία που βρίσκονται στην ζώνη 3 τα οποία θα μπορούσαν σημαντικά να μειώσουν το επίπεδο προστασίας που παρέχεται από παραδοσιακές σχεδιάσεις ή που δεν έχουν δοκιμαστεί στην πράξη, θα πρέπει να δειχτεί από πειράματα ή ανάλυση ότι αντέχουν σε μία επαφή με κεραυνό χωρίς να αναμένονται καταστροφικές συνέπειες.. 42

3 Άμεσες επιπτώσεις στην επιφάνεια του αεροσκάφους 3.1 Γενικά Οι επιπτώσεις σε επιφάνειες, μεταλλικές ή σύνθετες περιλαμβάνουν: 1)λιώσιμο ή κάψιμο στα σημεία επαφής του κεραυνού 2)ωμική θέρμανση 3)μαγνητικές επιδράσεις 4)ακουστικό πλήγμα 5)τόξα και σπινθήρες σε συνδέσμους, μεντεσέδες και ενώσεις 6)ανάφλεξη των ατμών στις δεξαμενές καυσίμων Όπως είναι φανερό, όλα τα υλικά δεν θα υποστούν την ίδια ζημιά από τις άμεσες επιπτώσεις. Προφανώς, επφάνειες από αλουμίνιο θα υποστούν την μεγαλύτερη ζημιά από λιώσιμο στα σημεία επαφής. Αν και θα υποστούν ζημιά ακουστικού πλήγματος όπως οι συνθετικές επιφάνειες, η καλύτερη ολκιμότητα (ελαστικότητα) θα τα βοηθήσει να επιβιώσουν. Επιφάνειες από σύνθετα θα υποστούν την μεγαλύτερη ζημιά από ακουστικό πλήγμα. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι σύνθετα από άνθρακα είναι αγωγοί, αν και αγωγοί με μεγάλη αντίσταση. Κατά συνέπεια υπόκεινται στις ίδιες επιπτώσεις με τις μεταλλικές επιφάνειες, αν και σε μικρότερο βαθμό. Υπόκεινται για παράδειγμα σε μαγνητικές επιδράσεις όπως επίσης και σε σπινθήρες σε συνδέσμους. Μη αγώγιμα σύνθετα υλικά, όπως φίμπεργκλας και πλαστικά ενισχυμένα με ίνες άνθρακα, θα υπόκεινται σε διηλεκτρική διάσπαση και διάτρηση. Οι κατασκευές του αεροσκάφους περιλαμβάνουν την εξωτερική του επιφάνεια και εσωτερικές κατασκευές όπως δοκοί, καμπυλωτά τμήματα, συνδετήρες κ.α. Τα κεραυνικά ρεύματα θα ρέουν ανάμεσα στα σημεία εισόδου και εξόδου του αεροσκάφους και τείνουν να διαχέονται καθώς ρέουν, χρησιμοποιώντας όλη την άτρακτο σαν αγωγό. Οποιοδήποτε αγώγιμο υλικό, μέταλλο ή αγώγιμο σύνθετο, με τα οποία οι περισσότερες από αυτές τις κατασκευές δημιουργούνται, γίνεται μέρος της οδού ροής του κεραυνικού ρεύματος. Σε μεταλλικές κατασκευές η πυκνότητα ρεύματος σε οποιοδήποτε σημείο στην άτρακτο είναι μερικές φορές αρκετή για να προκαλέσει ζημιά ανάμεσα στα σημεία εισόδου/εξόδου του κεραυνού. Μόνο αν υπάρχει πολύ φτωχή ηλεκτρική σύνδεση ανάμεσα στα στοιχεία της κατασκευής στην οδό ροής του ρεύματος υπάρχει πιθανότητα να γίνει ζημιά και αυτή η ζημιά έχει συνήθως λίγη σημασία εκτός αν συμβαίνει σε μία δεξαμενή καυσίμων. Απ' την άλλη όταν το ρεύμα συγκλίνει στην περιοχή ενός σημείου εισόδου ή εξόδου, μπορεί να υπάρχει επαρκής συγκέντρωση μαγνητικής δύναμης ή ωμικής θέρμανσης ώστε να προκαλέσει ζημιά. Ακολουθεί ανάλυση κάθε πιθανού τύπου ζημιάς. 3.1.1 Βαθουλώματα και λιώσιμο Εάν ένα κεραυνικό ρεύμα έρθει σε επαφή με μία μεταλλική επιφάνεια, θα λιώσει ένα μέρος του σημείου επαφής. Σαν απόδειξη αυτού είναι τα σημάδια που παρατηρούνται κατά μήκος της ατράκτου ή οι τρύπες που εντοπίζονται στο χείλος εκφυγής των φτερών ή στα σταθεροποιητικά ακροπτερύγια. Οι περισσότερες τρύπες στην επιφάνεια προκαλούνται από λιώσιμο υλικού πυκνότητας όχι μεγαλύτερης από 1mm, με εξαίρεση το χείλος εκφυγής, γιατί εκεί το κεραυνικό κανάλι μπορεί να παραμείνει για μεγάλο χρονικό διάστημα και έτσι μπορεί να προκαλέσει το 43

λιώσιμο της επιφάνειας με πάχος μεγαλύτερο από 1 mm. Μιας και απαιτείται ένας περιορισμένος χρόνος για να συμβεί το λιώσιμο, τα συνεχή ρεύματα είναι τα στοιχεία του ρεύματος που είναι οι κύριοι υπαίτιοι των βαθουλωμάτων και του λιωσίματος. Το λιώσιμο μέρους της επιφανείας δεν αποτελεί κίνδυνο κατά την διάρκεια της πτήσης εκτός και αν συμβαίνει στην επιφάνεια της δεξαμενής καυσίμων. 3.1.2 Μαγνητική δύναμη Είναι γνωστό ότι παράλληλοι αγωγοί με ρεύμα να ρέει σε αυτούς στην ίδια κατεύθυνση τείνουν να έλκονται μεταξύ τους. Εάν η επιφάνεια κοντά σε ένα σημείο επαφής του κεραυνού θεωρηθεί σαν να αποτελείται από έναν μεγάλο αριθμό παράλληλων αγωγών που συγκλίνουν στο σημείο εισόδου ή εξόδου, τότε αν το κεραυνικό ρεύμα συγκλίνει προς αυτό το σημείο επίσης, εμφανίζονται δυνάμεις οι οποίες τείνουν να φέρουν πιο κοντά μεταξύ τους τους αγωγούς. Εάν η κατασκευή δεν είναι επαρκώς σταθερή, τότε ένα μέρος της επιφανείας είναι πιθανό να λυγίσει. Το μέγεθος της ζημιάς είναι ανάλογο με το τετράγωνο του ρεύματος οχετού και είναι επίσης ανάλογο με την χρονική διάρκεια που αυτό το ρεύμα ρέει. Εκτός από την άτρακτο του αεροπλάνου άλλα μέρη που μπορεί να υποστούν ζημιά λόγω μαγνητικών δυνάμεων περιλαμβάνουν συνδέσμους ή εκτροπείς ή οποιοδήποτε άλλο αντικείμενο που μπορεί να άγει κεραυνικά ρεύματα. Η ζημιά που προκαλείται από τις μαγνητικές δυνάμεις δεν είναι ορατή κατά την διάρκεια της πτήσης και μπορεί να μην γίνει αντιληπτή μέχρις ότου το αεροπλάνο εξεταστεί μετά την προσγείωση. Ωστόσο, τα μέρη που έχουν υποστεί ζημιά λόγω των μαγνητικών δυνάμεων μπορεί να χρειάζονται επιδιόρθωση ή ακόμα και αλλαγή. 3.1.3 Βαθουλώματα στις διεπαφές της κατασκευής Οπουδήποτε υπάρχει φτωχή ηλεκτρική επαφή ανάμεσα σε δύο επιφάνειες όπως σε επιφάνειες ελέγχου στις οποίες μπορεί να ρέουν κεραυνικά ρεύματα, ενδέχεται να εμφανιστούν βαθουλώματα ή να λιώσουν αυτές οι κατασκευές. Σε μία περίπτωση ο ανυψωτικός κοχλίας σε ένα χείλος εκφυγής ενός μεταφορικού αεροσκάφους υπέστησε τόση ζημιά ώστε το πτερύγιο δεν μπορούσε να επεκταθεί πάνω από 15 μοίρες. Σε αυτήν την περίπτωση ο ανυψωτικός κοχλίας δεν ήταν σημείο αρχικής επαφής του κεραυνού αλλά μετατράπηκε σε σημείο επαφής λόγω του ότι βρισκόταν στην οδό του οπισθοδρομικού καναλιού. Αυτή η περίπτωση δείχνει ότι το κεραυνικό κανάλι μπορεί να φτάσει σε περιοχές που αρχικά φαίνεται αδύνατο να φτάσει και ότι ο σχεδιαστής θα πρέπει να λάβει υπόψιν του κινδύνους που μπορεί να συμβούν σε μέρη που δεν είναι εμφανές. Ένα δεύτερο παράδειγμα περιλαμβάνει βαθουλώματα που προκλήθηκαν λόγω του ηλεκτρικού τόξου σε διεπαφές της κατασκευής. Το ηλεκτρικό τόξο προκάλεσε ζημιά στην χημική σύσταση της επίστρωσης της διεπαφής με αποτέλεσμα να επιταχυνθεί η διάβρωση σε εκείνη την περιοχή. 3.1.5 Ωμική θέρμανση Μία άλλη άμεση επίπτωση είναι η ωμική θέρμανση των αγωγών που υπόκεινται σε κεραυνικά ρεύματα. Όταν η αντίσταση του αγωγού είναι πολύ μεγάλη ή η διατομή του πολύ μικρή για επαρκή αγωγή ρεύματος, κεραυνικά ρεύματα στον αγωγό μπορεί να αποθέσουν ένα σημαντικό ποσό ενέργειας σε αυτόν και να προκαλέσουν υπερβολική αύξηση στην θερμοκρασία. Μιας και η 44

αντίσταση των περισσότερων μετάλλων αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, ένα ρεύμα σε έναν θερμό αγωγό θα αποθέσει περισσότερη ενέργεια απ' ότι σε έναν μη θερμό, μικρότερης αντίστασης αγωγό. Αυτή η διαδικασία με την σειρά της, αυξάνει την θερμοκρασία του αγωγού ακόμα παραπάνω. Τα περισσότερα μεταλλικά στοιχεία της κατασκευής μπορούν να αντέξουν το κεραυνικό ρεύμα χωρίς να υπερθερμαίνονται. Αγωγοί από αλουμίνιο ή χαλκό με διατομή μεγαλύτερη από 0,5 cm2 μπορούν να άγουν οποιοδήποτε ρεύμα χωρίς να υπερθερμαίνονται. Έκρηξη καλωδίων: Η απόθεση ενέργειας στην αντίσταση είναι ανάλογη με την ειδική ενέργεια του κεραυνικού ρεύματος και για κάθε αγωγό υπάρχει μία ειδική ενέργεια πέρα από την οποία το μέταλλο θα λιώσει και θα εξατμιστεί. Καλώδια μικρής διαμέτρου (πχ AWG 22 έως 16) τα οποία είναι τυπικού μεγέθους για την διασύνδεση εξαρτημάτων πλοήγησης ή για την παροχή ισχύος ac σε μικρά φορτία, θα λιώνουν συχνά ή θα εξατμίζονται όταν υπόκεινται σε κεραυνικα ρεύματα πλήρους μεγέθους. Η ζημιά που προκαλείται από εκρηκτική εξάτμιση των αγωγών είναι συνήθως πιο σοβαρή όταν ο αγωγός είναι εσώκλειστος, γιατί σε αυτήν την περίπτωση η εκρηκτική ενέργεια περιορίζεται μέχρις ότου η πίεση αυξηθεί σε ένα επαρκές επίπεδο ώστε να θρυματιστεί το κάλυμμα.που τον εσωκλείει. Εν μέρει, η ζημιά προκαλείται λόγω της μηχανικής ενέργειας της ανάφλεξης που απελευθερώνει το καλώδιο καθώς καίγεται, και αυτή προστίθεται στην ενέργεια που αποτίθεται από το κεραυνικό ρεύμα. Στις περισσότερες περιπτώσεις, τέτοια καλώδια εγκαθίστανται μέσα σε αγώγιμες κατασκευές και έτσι δεν εκτίθενται σε μεγάλα ποσοστά του κεραυνικού ρεύματος. Εξαιρέσεις υπάρχουν, όπως το άκρο του φτερού κατασκευασμένο από φίμπεργκλας που δεν προστατεύεται με μεταλλικό επίστρωμα. Σε αυτήν την περίπτωση τα κεραυνικά πλήγματα μπορεί να προκαλέσουν έκρηξη στην επένδυση του καλωδίου επιτρέποντας έτσι την οδό του κεραυνικού ρεύματος να υφίσταται σε μορφή πλάσματος μέσα στο άκρο του φτερού. Το επακόλουθο κρουστικό κύμα μπορεί να κάνει εκτεταμένη ζημιά στο μέρος όπου είναι τα καλώδια και στις γειτονικές κατασκευές. Η έκρηξη της επένδυσης των καλωδίων είναι η πιο συνηθισμένη και η πιο ζημιογόνως συνέπεια των κεραυνικών πληγμάτων. Μέχρι σήμερα δεν έχουν αναφερθεί καταστροφικές συνέπειες της έκρηξης της επένδυσης των καλωδίων, επειδή οι επενδύσεις βρίσκονται συνήθως σε δευτερεύουσες κατασκευές οι οποίες δεν είναι σημαντικές για την ασφαλή πλοήγηση. Εάν αυτές οι καταστάσεις επιτραπεί να υπάρχουν σε μη προστατευμένες κύριες κατασκευές από φίμπεργκλας, όπως φτερά, οι επιπτώσεις θα μπορούσαν να είναι καταστροφικές. Δεν υπάρχει λόγως όμως να επιτραπεί να υπάρχουν αυτές οι καταστάσεις γιατί η προστασία εφαρμόζεται εύκολα. Τέτοια προστασία μπορεί επίσης να μειώσει την πιθανότητα αγωγής κεραυνικών ρευμάτων σε γραμμές διανομής ενέργειας ή συστήματα πλοήγησης. 3.1.6 Κρουστικό κύμα και υπερπίεση Όταν ένα ρεύμα οχετού ρέει σε ένα ιονισμένο κανάλι λήντερ, όπως όταν συμβαίνει ο πρώτος οχετός επιστροφής, ένα μεγάλο ποσοστό ενέργειας αποτίθεται στο κανάλι σε 5 έως 10 microseconds, προκαλώντας το κανάλι να επεκτείνεται με ιλιγγιώδη ταχύτητα. Η θερμοκρασία του έχει μετρηθεί να είναι 30.000 βαθμοί Kelvin και η πίεση του (πριν την επέκταση) περίπου 10 ατμόσφαιρες. Όταν ολοκληρωθεί η επέκταση η διάμετρος του καναλιού είναι μερικά εκατοστά και η πίεση του καναλιού είναι ίδια με τον γειτονικό αέρα. Αργότερα το κανάλι συνεχίζει να επεκτείνεται πιο αργά μέχρι να σταθεροποιηθεί το κανάλι. Το κυλινδρικό κρουστικό κύμα πολλαπλασιάζεται προς το εξωτερικό, μακριά από το κέντρο του καναλιού, και εάν έρθει σε επαφή 45

με μία σκληρή επιφάνεια, η κινητική ενέργεια στο κρουστικό κύμα μετατρέπεται σε αύξηση της πίεσης πάνω από εκείνη στο ίδιο το ωστικό κύμα. Αυτό έχει ως συνέπεια υπερπίεση πολλές φορές μεγαλύτερη από εκείνη πάνω στην επιφάνεια. Η υπερπίεση μπορεί να κυμαίνεται σε μερικές εκατοντάδες ατμόσφαιρες στην επιφάνεια (εξαρτώμενη από την απόσταση ανάμεσα στο κανάλι και την επιφάνεια του αεροσκάφους) και αναλόγως αυξάνεται η ζημιά. Το κεραυνικό κανάλι δεν χρειάζεται να έρχεται σε επαφή με την επιφάνεια που έχει υποστεί την ζημιά, αλλά μπορεί απλώς να οπισθοδρομεί κατά μήκος αυτής. Άλλα παραδείγματα ζημιάς από κρουστικά κύματα περιλαμβάνουν το σπάσιμο ή ρωγμές στον ανεμοθώρακα. Σύγχρονοι ανεμοθώρακες, ειδικά εκείνοι πάνω σε μεταφορικά αεροσκάφη, είναι ελασματοποιημένης κατασκευής επαρκούς αντοχής στα κρουστικά κύματα και τις υπερπιέσεις. Σπασμένοι ανεμοθώρακες ωστόσο, θεωρούνται μία πιθανή αίτια συντριβής αεροσκάφους Λίγα δεδομένα υπάρχουν διαθέσιμα γιατί οι κατασκευαστές δεν είναι πρόθυμοι να τεστάρουν τους ανεμοθώρακες και αυτό λόγω του ότι οι ανεμοθώρακες συχνά αποτυγχάνουν κάτω από συνθήκες εργαστηρίου. Αυτό συμβαίνει μάλλον γιατί οι συνθήκες στα εργαστήρια δεν προσομοιώνουν ικανοποιητικά τις συνθήκες πτήσεις ή μπορεί να υπάρχει κάποιος λόγος που δεν έχει γίνει ακόμη αντιληπτός από την επιστημονική κοινότητα. 3.2 Άμεσες επιπτώσεις σε μη μεταλλικές κατασκευές Μη μεταλλικά υλικά που χρησιμοποιούνται σε αεροσκάφη περιλαμβάνουν σύνθετα ενισχυμένα με ίνες και άλλα πλαστικά όπως ρητίνες πολυάνθρακα. Τα σύνθετα παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον μιας και αυτά μπορεί να αποτελούν ένα μεγάλο μέρος της ατράκτου. Πολυάνθρακες χρησιμοποιούνται μόνο σε παράθυρα και μερικά αεροδυναμικά καλύμματα. Σύνθετα ενισχυμένα με φίμπεργκλας είναι μη ηλεκτρικά αγώγιμα και αντιδρούν σε κεραυνούς διαφορετικά από σύνθετα με ίνες άνθρακα, τα οποία είναι ηλεκτρικά αγώγιμα 3.2.1 Σύνθετα υλικά από φίμπεργκλας μερικά από αυτά τα υλικά έχουν αρχίσει να αντικαθιστούν το αλουμίνιο σε δευτερεύουσες κατασκευές, όπως η μύτη τα φτερά και τα σταθεροποιητικά ακροπτερύγια, τα αεροδυναμικά καλύμματα στον σκελετό του αεροσκάφους, τον κώνο της ουράς και επιφάνειες ελέγχου και σε μερικές περιπτώσεις ολόκληρο το αεροσκάφος έχει κατασκευαστεί από σύνθετα υλικά από γυαλί. Συχνά τα μη μεταλλικά υλικά χρησιμοποιούνται για να καλύψουν ένα μεταλλικό αντικείμενο όπως μία κεραία. Εάν η επίστρωση του υλικού είναι μη αγώγιμη, όπως συμβαίνει με φίμπεργκλας και kevlar, τα ηλεκτρικά πεδία μπορεί να διαπεράσουν την επίστρωση και να εκκινήσουν στρημερς από μεταλλικά αντικείμενα στο εσωτερικό. Αυτοί οι στρήμερς μπορεί να διαπεράσουν τα μη μεταλλικά υλικά καθώς πολλαπλασιάζονται προς τα έξω για να συναντήσουν έναν λήντερ που πλησιάζει. Αυτή η διάτρηση ξεκινάει σαν μία λεπτή οπή αλλά καθώς ακολουθούν ρεύματα οχετών και κρουστικά κύματα, η οπή μεγαλώνει. 3.2.2 Σύνθετα υλικά με ίνες άνθρακα (CFC) όπως αναφέρθηκε σύνθετα ενισχυμένα με ίνες άνθρακα έχουν κάποια ηλεκτρική αγωγιμότητα, και λόγω αυτού η συμπεριφορά τους απέναντι στους κεραυνούς διαφέρει όχι μόνο από τα μη αγώγιμα 46

υλικά αλλά και από τα υλικά από αλουμίνιο (το οποίο είναι περισσότερο αγώγιμο). Τα CFC χρησιμοποιούνται εκτενώς σε δευτερεύοντες κατασκευές (μύτη, φτερά, ουραίο πτερύγιο,κώνος ουράς κτλ) και σπανιότερα σε πρωτεύοντες κατασκευές, κυρίως σε μικρά αεροπλάνα. Η χρήση CFC γίνεται για να μειωθεί το βάρος του αεροσκάφους, ωστόσο έτσι μειώνεται η αντικεραυνική προστασία αφού το CFC έχει χαμηλότερη αγωγιμότητα από το αλουμίνιο.[5] Σε σύνθετα υλικά από άνθρακα και άλλα αγώγιμα σύνθετα υλικά, η ωμική θέρμανση έχει τελείως διαφορετική επίδραση. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, οι ρητίνες που συνδέουν τις ίνες άνθρακα αρχίζουν να διασπόνται, ως συνέπεια καψίματος ή πυρόλυσης. Εάν οι ατμοί που εκπέμπονται από το κάψιμο των ρητίνων εγκλωβιστούνε σε κάποιο υπόστρωμα, η εκρηκτική απελευθέρωση τους που μπορεί να ακολουθήσει θα προκαλέσει ζημιά στην κατασκευή. Η ζημιά μπορεί να είναι αρκετά μεγάλη ώστε να προκαλέσει διάτρηση. Το κύριο ρίσκο είναι ζημιά στην κατασκευή, αν και αυτή είναι περιορισμένη στην περιοχή της διάτρησης. Η ζημιά εξαρτάται από πολλούς παράγοντες και αυτοί εκτιμώνται μέσω πειραμάτων. Σε αντίθεση με τα περισσότερα φύλλα αλουμινίου τα οποία θα λυγίσουν αλλά δεν θα σπάσουν, τα υλικά CFC είναι στερεά και μπορεί να θρυμματιστούν. Αυτή η ζημιά είναι περιορισμένη στην περιοχή του σημείου επαφής του κεραυνού. Άλλα πλαστικά: διαφανή ακρυλικά ή ρητίνες από πολυάνθρακες χρησιμοποιούνται συχνά σε καλύπτρες και ανεμοθώρακες. Αυτά τα υλικά βρίσκονται συνήθως σε περιοχές όπου οι αστραπές μπορεί να έρθουν σε επαφή ή να οπισθοδρομήσουν. Οι περισσότεροι πολυάνθρακες είναι πολύ καλοί μονωτές ωστόσο, και έτσι θα αντιμετωπίσουν με επιτυχία την διάτρηση. Το ηλεκτρικό πεδίο θα διαπεράσει την καλύπτρα και θα επάγει στρήμερς από αγώγιμα αντικείμενα στο εσωτερικό, ωστόσο αν η καλύπτρα έχει υψηλό διηλεκτρικό αυτοί οι στρήμερς δεν θα μπορέσουν να την διαπεράσουν. 3.3 Άμεσες επιπτώσεις σε συστήματα καυσίμων Οι κεραυνοί συνιστούν έναν πιθανό κίνδυνο για τα συστήματα καυσίμων. Ένα ηλεκτρικό τόξο ή σπινθήρες με ρεύμα μόνο 1 αμπέρ είναι αρκετά για να προκαλέσουν ανάφλεξη των ατμών των καυσίμων. Ωστόσο το ρεύμα των κεραυνών μπορεί να φτάσει μέχρι και μερικές χιλιάδες αμπέρ. Πολλά ατυχήματα έχουν αποδοθεί σε ανάφλεξη των καυσίμων. Αν και η ακριβής αιτία της ανάφλεξης δεν είναι γνωστή, το πιο πιθανό είναι ότι εμφανίζεται ηλεκτρικό τόξο ή σπινθήρες σε κάποια ένωση ή σωλήνα ύδρευσης τα οποία δεν είναι σχεδιασμένα να άγουν ηλεκτρικά ρεύματα. Μερικά ατυχήματα έχουν αποδοθεί σε ανάφλεξη των ατμών των καυσίμων που βγαίνουν από τους εξαεριστήρες αν και αυτό δεν έχει αποδειχτεί. Επίσης έχει βρεθεί ότι οι κεραυνοί έχουν λιώσει την δεξαμενή καυσίμων προκαλώντας ανάφλεξη των ατμών στο εσωτερικό. Στρήμερς που επάγονται από αγώγιμα αντικείμενα μέσα στις δεξαμενές (κατασκευασμένες από μη αγώγιμα υλικά όπως φίμπεργκλας) θεωρείται ότι έχουν επίσης προκαλέσει ανάφλεξη των ατμών. Πέρα από τις άμεσες επιπτώσεις που αναφέρθηκαν παραπάνω, υπάρχουν πολλές περιπτώσεις όπου έμμεσες επιπτώσεις έχουν προκαλέσει ανάφλεξη των ατμών. Επαγόμενες τάσεις στα καλώδια του αεροσκάφους έχουν προκαλέσει σπινθήρες σε έναν μετρητή καυσίμων ή κάποιο άλλο ηλεκτρικό αντικείμενο μέσα στην δεξαμενή καυσίμων 47

3.4 Άμεσες επιπτώσεις σε ηλεκτρικά συστήματα Εάν μία εξωτερικά αναρτημένη συσκευή, όπως λάμπα πλοήγησης ή κεραία, είναι σημείο επαφής του κεραυνού, οι συσκευές αυτές μπορεί να θρυμματιστούν και το κεραυνικό ρεύμα να έρθει απ' ευθείας σε επαφή με τα καλώδια. Στην περίπτωση μίας λάμπας πλοήγησης βρισκόμενης στο ακροπτερύγιο του φτερού, η προστατευτική σφαίρα μπορεί να σπάσει και έτσι το κεραυνικό κανάλι μπορεί να έρθει σε επαφή με το νήμα πυράκτωσης της λάμπας οπότε κεραυνικά ρεύματα θα ρέουν στα καλώδια από την λάμπα στον ζυγό διανομής ισχύος. Ακόμα και αν ένα μικρό ποσοστό του κεραυνικού ρεύματος εισέλθει στα καλώδια, μπορεί να είναι πολύ μικρό για να άγει κεραυνικά ρεύματα και έτσι το καλώδιο θα λιώσει ή θα εξατμιστεί Η επακόλουθη αύξηση της τάσης μπορεί να προκαλέσει διάσπαση της μόνωσης ή ζημιά σε άλλα ηλεκτρικά εξαρτήματα που τροφοδοτούνται από την ίδια πηγή. Τα εξωτερικά αναρτημένα συστήματα που δέχονται το πλήγμα τίθενται εκτός λειτουργίας και στην χειρότερη περίπτωση αρκετές άλλες συσκευές τίθενται εκτός λειτουργίας σε βαθμό που να δυσχαιρένεται η ασφαλής πτήση. 3.5 Άμεσες επιπτώσεις σε συστήματα πρόωσης Με εξαίρεση ορισμένα περιστατικά παροδικής διακοπής, δεν έχουν αναφερθεί αρνητικές επιδράσεις του κεραυνού σε παλινδρομικούς κινητήρες. Μεταλλικές έλικες και κώνοι έλικας έχουν χτυπηθεί συχνά, αλλά οι επιπτώσεις είναι περιορισμένες σε βαφουλώματα των πτερυγίων ή μικρές τρύπες στους κώνους. Κεραυνικά ρεύματα μπορούν να ρέουν μέσω των πτερυγίων της έλικας ή των άξονα της μηχανής. Οι μηχανές μπορεί να χρειαστεί να αποσυνδεθούν και να ελεγχθούν σύμφωνα και με τις οδηγίες του κατασκευαστή. Έλικες από ξύλο ενδέχεται να υποστούν περισσότερη ζημιά αν και δεν έχουν δημοσιευθεί ανάλογα συμπεράσματα. Απώλεια στήριξης στροβίλων: Επιδράσεις κεραυνών σε στροβιλοκινητήρες έχει δειχτεί ότι και σε αυτή την περίπτωση περιορίζονται σε παροδική ενόχληση στην λειτουργία της μηχανής. Έχουν αναφερθεί ως επιδράσεις η απώλεια στήριξης, το σβήσιμο κινητήρα και η μείωση της ταχύτητας του στροβίλου. Δεν έχουν γίνει προσπάθειες για να προσομοιωθεί η απώλεια στήριξης των στροβίλων/το σβήσιμο της μηχανής ή άλλες μέθοδοι ανάλυσης αυτών των επιδράσεων στις μηχανές. Γενικά θεωρείται ότι αυτά τα φαινόμενα είναι το αποτέλεσμα της διακοπής της ροής αέρα στην στροβιλομηχανή λόγω του κρουστικού κύματος που οφείλεται στην οπισθοδρόμηση του κεραυνικού καναλιού κατά μήκος της ατράκτου. Αυτό το κανάλι μπορεί να πλησιάσει κοντά στο μπροστινό μέρος της μηχανής και εάν συμβεί οχετός το επακόλουθο κρουστικό κύμα μπορεί να είναι επαρκές για να διαταράξει την λειτουργία της μηχανής. Αυτές οι επιδράσεις είναι περισσότερο συνηθισμένες σε μικρά αεροπλάνα (πολεμικά ή business jets) παρά σε μεγάλα μεταφορικά. Σε μερικές περιπτώσεις έχει αναφερθεί ολικό σβήσιμο του κινητήρα ενώ σε άλλες μόνο απώλεια της στήριξης του κινητήρα. Στις περισσότερες περιπτώσεις είναι επιτυχής η επανεκκίνηση της μηχανές. Πιλότοι αεροσκαφών με στροβιλομηχανές (ειδικά μικρές μηχανές) με την είσοδο αέρα κοντά στην άτρακτο θα πρέπει να αναμένουν πιθανή απώλεια ισχύος στην περίπτωση κεραυνικού πλήγματος και θα πρέπει να είναι κατάλληλα προετοιμασμένοι για να πάρουν διορθωτικά μέτρα. 48

Έχουν αναφερθεί λίγες μόνο περιπτώσεις όπου οι κεραυνοί επιδρούν σε στροβιλοκινητήρες αναρτημένους στα φτερά. Μιας και αυτές οι μηχανές είναι συνήθως μεγάλες, το κρουστικό κύμα από μία αστραπή δεν είναι αρκετό για να επηρεάσει την είσοδο αέρα στην μηχανή και δεν έχει αναφερθεί απώλεια στήριξης ή μείωση της τχύτητας σε στροβιλομηχανές αναρτημένες στα φτερά. 49

50

4 Μεθοδολογία προστασίας έναντι άμεσων επιπτώσεων Σε αυτό το κεφάλαιο περιγράφουμε γενικές μεθόδους προστασίας σε επιφάνειες/υλικά. Η αποτελεσματικότητα αυτών των μεθόδων σε συγκεκριμένες επιφάνειες αεροσκαφών και σε υλικά, όπως καθορίζεται από κεραυνικά πειράματα, περιγράφεται στις επόμενες παραγράφους. Θέματα που συζητιούνται σε αυτό το κεφάλαιο είναι: προστασία της επιφανείας σύνθετα υλικά, μηχανισμοί ζημιάς προστασία σύνθετων υλικών που πρέπει να μην εμποδίζουν τις εκπομπές ραντάρ προστασία αγώγιμων σύνθετων υλικών μέταλλα που ψεκάζονται θερμικά ίνες από υφασμένα καλώδια στερεά μεταλλικά ελάσματα εκτεταμένα μεταλλικά ελάσματα φίμπεργκλας από αλουμίνιο αγώγιμες βαφές μεταλλικά υφάσματα συνυφασμένα καλώδια σύγκριση του βάρους των συστημάτων προστασίας 4.1 Προστασία της επιφάνειας από σύνθετα υλικά Σύνθετα υλικά χρησιμοποιούνται σε μεγάλο βαθμό σε μικρά αεροπλάνα. Για τους σκοπούς της αντικεραυνικής προστασίας, τα σύνθετα θα χωριστούν στις κατηγορίες των αγώγιμων και των μηαγώγιμων σύνθετων. Το πιο συνηθισμένο σύνθετο υλικό είναι το σύνθετο με ίνες άνθρακα (CFC), το οποίο μερικές φορές αποκαλείται εποξικός γραφίτης (GR/E). Τα μη-αγώγιμα σύνθετα υλικά γενικά συμπεριλαμβάνουν το φίμπεργκλας και πλαστικά ενισχυμένα με ίνες άραμιντ. Μη αγώγιμα σύνθετα υλικά είναι ηλεκτρικοί μονωτές και δεν μπορούν να άγουν κεραυνικά ρεύματα. Βαφές που μειώνουν την συγκέντρωση του ηλεκτρικού φορτίου (anti-static) και που εφαρμόζονται σε μερικές μπροστινές επιφάνειες όπως τους ραδιοθόλους, έχουν επίσης αμελητέα αγωγιμότητα για κεραυνικά ρεύματα. Τα κεραυνικά ηλεκτρικά πεδία θα διαπεράσουν αυτά τα υλικά χωρίς καθόλου μείωση. Αγώγιμα σύνθετα υλικά, όπως το CFC έχουν επαρκή αγωγιμότητα για να αποτρέψουν το ηλεκτρικό πεδίο να τα διαπεράσει και να αποτρέψουν έτσι τον σχηματισμό στρήμερς στο εσωτερικό. Μη αγώγιμα σύνθετα υλικά με αγώγιμη βαφή θα αποτρέψουν επίσης την διείσδυση του ηλεκτρικού πεδίου όταν το επίστρωμα αγγίζει κάλυψη 100%. 51

4.2 Μη-αγώγιμα Σύνθετα υλικά Τα μη αγώγιμα υλικά περιλαμβάνουν ίνες άραμιντ και φίμπεργκλας. Ρητίνες που δεν έχουν πληρωθεί, όπως πολυάνθρακες και ακρυλικά μερικές φορές εντάσσονται σε αυτήν την κατηγορία. Το γυαλί που χρησιμοποιείται στους ανεμοθώρακες είναι επίσης μη αγώγιμο. Μη αγώγιμα σύνθετα χρησιμοποιούνται σε πολλές δευτερεύουσες κατασκευές όπως τους ραδιοθόλους, τα φτερά, το ουραίο πτέρωμα, το αεροδυναμικό κάλυμμα και τα πτερύγια. Αυτά τα σύνθετα χρησιμοποιούνται επίσης εκεί όπου οι επιφάνειες δεν πρέπει να εμποδίζουν τα κύματα από ραντάρ ή κεραίες. Πολυάνθρακες, ακρυλικά και γυαλί χρησιμοποιούνται στην καλύπτρα του αεροσκάφους και τους ανεμοθώρακες, όπου η οπτική διαφάνεια είναι επιθυμητή. 4.2.1 Μηχανισμοί ζημιάς Μη-αγώγιμα σύνθετα υλικά είναι ευαίσθητα σε διάσπαση από στρήμερς που εκκινούν από κεραυνούς μιας και τα ηλεκτρικά πεδία είναι δυνατό να διαπεράσουν αυτά τα υλικά της επιφάνειας και να επάγουν στρήμερς σε αγώγιμα αντικείμενα στο εσωτερικό. Έτσι, όταν χρησιμοποιούνται στην εξωτερική επιφάνεια, μπορεί να διαπεραστούν από μία αστραπή η οποία έρχεται σε επαφή με ένα αγώγιμο σώμα κάτω από την επιφάνεια. Τα υψηλά ρεύματα των οχετών επιστροφής μπορεί τότε να έχουν ως συνέπεια σημαντική ζημιά σ' αυτά τα υλικά. Μη προστατευμένες επιφάνειες στον σκελετό του αεροσκάφους κατασκευασμένες από φίμπεργκλας ή άλλα μη αγώγιμα σύνθετα υπόκεινται σε τέτοιου είδους ζημιά. Διάτρηση αυτών των σύνθετων μπορεί να αποφευχθεί παρέχοντας εξωτερικούς αγωγούς οι οποίοι αποκαλούνται εκτροπείς για να αναχαιτίσουν τις αστραπές και να τις εκτρέψουν στις γειτονικές μεταλλικές κατασκευές. Σχεδίαση αυτών των αγωγών απαιτεί κάποια κατανόηση των μηχανισμών της διάτρησης και αυτό εξετάζεται παρακάτω. Οι κεραυνοί παράγουν ζημιά σε μη αγώγιμες επιφάνειες διατρυπώντας αυτές τις επιφάνειες. Υψηλές πιέσεις που σχετίζονται με ρεύματα οχετών διαμέσω της οπής μπορεί να προκαλέσουν εκτεταμένη ζημιά στα σύνθετα υλικά. Ηλεκτρικά πεδία: Ηλεκτρικά πεδία έχουν ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό κορόνας και στρήμερς οι οποίοι πολλαπλασιάζονται προς το εξωτερικό εκκινώντας από εσώκλειστους αγωγούς όπως κεραίες. Το σχήμα που ακολουθεί δείχνει ένα σχεδιάγραμμα της διαδικασίας. Εάν οι στρήμερς από το αεροσκάφος επάγονται από ηλεκτρικά πεδία λόγω ενός κεραυνικού λήντερ που πλησιάζει ή εάν συμβαίνουν λόγω της παρουσίας του αεροπλάνου σε μία περιοχή με έντονο ηλεκτρικό πεδίο, έχοντας ως αποτέλεσμα κεραυνό που εκκινεί λόγω του αεροσκάφους, αυτό είναι μία συζήτηση καθαρά ακαδημαϊκή. Το ουσιώδες είναι ότι οι στρήμερς μπορεί να διαπεράσουν μη αγώγιμα σύνθετα. 52

Σχήμα 1 Μηχανισμός της διάτρησης του ραδιοθόλου [4] Σε αυτήν την διαδικασία, οι στρήμερς θα εκκινούν από μεταλλικά αντικείμενα στο εσωτερικό και θα έρχονται σε επαφή με την εσωτερική επιφάνεια του αεροσκάφους, αποθέτωντας ηλεκτρικά φορτία εκεί. Οι στρήμερς απλώνουν ηλεκτρικό φορτίο κατά τον ίδιο τρόπο που μία μάνικα θα άπλωνε νερό. Διάτρηση είναι πιο πιθανό να συμβεί σε ένα σύνθετο υλικό παρά σε ένα ομοιογενές πλαστικό όπως πολυάνθρακες επειδή τα σύνθετα υλικά έχουν μικροσκοπικές τρύπες (πόροι) και διεπαφές μέσω των οποίων μία ηλεκτρική εκκένωση μπορεί να πολλαπλασιάζεται. Το πεδίο που απαιτείται για την διάτρηση μίας δεδομένης πυκνότητας από φίμπεργκλας ή σύνθετων ίνων από άραμιντ είναι στην πραγματικότητα ελαφρώς μεγαλύτερο από εκείνο που απαιτείται για τον ιονισμό μίας ποσότητας αέρα παρόμοιας πυκνότητας. Ένα μέτρο της ικανότητας ενός μη αγώγιμου υλικού να αντισταθεί στην διάτρηση είναι η διηλεκτρική του αντοχή. Ομοιογενή υλικά όπως ακρυλικό και φύλλα πολυάνθρακα, έχουν πολύ υψηλή διηλεκτρική αντοχή και είναι πιο ανθεκτικά σε διάτρηση. Μη προστατευμένοι ραδιοθόλοι συνήθως διατρυπούνται, εν μέρει λόγω της χαμηλής διηλεκτρικής αντοχής των μη αγώγιμων σύνθετων υλικών και εν μέρει λόγω του ότι η κεραία θα πρέπει να προεξέχει σε σύγκριση με γειτονικές μεταλλικές κατασκευές. Αυτό, κατά συνέπεια, σημαίνει ότι το ηλεκτρικό πεδίο είναι συγκεντρωμένο γύρω από την μεταλλική κατασκευή του ραντάρ και ότι οι ηλεκτρικοί στρήμερς μπορούν πιο εύκολα να σχηματιστούν εκεί. Υπάρχουν δύο κύριοι τρόποι για την παροχή προστασίας σε μη αγώγιμα σύνθετα υλικά. Ο ένας περιλαμβάνει μία λουρίδα ή μπάρα εκτροπής στην εξωτερική επιφάνεια, η οποία χρησιμεύει σαν το προτιμώμενο σημείο εκκίνησης του στρήμερ και για να αναχαιτίσει αστραπές, ενώ επιτρέπει στην επιφάνεια να είναι διαφανής σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Αυτή είναι η προσέγγιση που χρησιμοποιείται για την προστασία των ραδιοθόλων και μερικών αεροδυναμικών καλυμμάτων. Η 53

άλλη μέθοδος είναι η εφαρμογή ενός ηλεκτρικά αγώγιμου υλικού στην εξωτερική επιφάνεια της κατασκευής. Αυτή η τελευταία μέθοδος παρέχει την πιο αποτελεσματική αντικεραυνική προστασία και θα πρέπει να εφαρμόζεται όταν είναι δυνατό. Επίσης παρέχει βελτιωμένη προστασία στα συστήματα απέναντι στις έμμεσες επιπτώσεις των κεραυνών. 4.2.2 Προστασία άλλων επιφανειών από σύνθετα υλικά Όπου δεν απαιτείται διαφάνεια RF, ή χρησιμοποιούνται αγώγιμα υλικά στην κατασκευή, ένα αγώγιμο επίστρωμα μπορεί να εφαρμοστεί στις εξωτερικές επιφάνειες των σύνθετων για την αποφυγή διάτρησης και διάσπασης του ηλεκτρικού πεδίου και για την αγωγή κεραυνικών ρευμάτων. Προστατευτικά υλικά περιλαμβάνουν ψεκασμένα μέταλλα, υφασμένα καλώδια, εκτεταμένα μεταλλικά ελάσματα, φίμπεργκλας από αλουμίνιο, βαφές από ίνες άραμιντ καλυμμένες από νικέλιο ή μέταλλο. Μερικά από αυτά τα συστήματα μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την προστασία υλικών από CFC. Όλες αυτές οι προσεγγίσεις θα πρέπει να εφαρμοστούν στην εξωτερική επιφάνεια του σύνθετου και θα πρέπει να υπάρχει ένα μόνο στρώμα από προστατευτικό υλικό. 4.2.2.1 Ψεκασμένα μέταλλα Επιστρώσεις από στερεά μέταλλα που εφαρμόζονται ψεκάζοντας λιωμένο μέταλλο στην επιφάνεια υπό προστασία ή μέσα στη φόρμα μίας κατασκευής μπορεί να παρέχουν αποτελεσματική κεραυνική προστασία. Το υλικό της προστατευμένης επιφανείας μπορεί να είναι φίμπεργκλας ή σύνθετα Κέβλαρ-εποξικά (Kevlar-epoxy). Το πιο συνηθισμένο μέταλλο που ψεκάζεται είναι το αλουμίνιο Η πυκνότητα των μετάλλων που ψεκάζονται κυμαίνεται μεταξύ 0.004 και 0.008 in (0.00010.0002m). Το μέταλλο στερεοποιείται στην εξωτερική επιφάνεια του σύνθετου, έχοντας ως αποτέλεσμα ένα σκληρό, αλύγιστο, αγώγιμο στρώμα ικανό να άγει ρεύματα ζώνης 1Α ή 2Α με πολύ λίγη ζημιά. Το ψεκασμένο μέταλλο μπορεί να καλυφθεί με βαφή, αλλά η πυκνότητα της βαφής θα πρέπει να ελαχιστοποιηθεί, καθώς πυκνό αρχικό προστατευτικό στρώμα και/ή βαφές θα αυξήσουν την ζημιά στα σημεία επαφής του κεραυνικού πλήγματος. Οι επιστρώσεις που ψεκάζονται μπορεί να έχουν μία τραχιά τελική κατάσταση και να χρειάζονται λείανση. Αυτό μπορεί να αποφευχθεί ψεκάζοντας μέταλλο σε μία φόρμα, και στη συνέχεια τοποθετώντας τις σύνθετες πτυχές. Σε αυτήν την περίπτωση η τελική κατάσταση της εξωτερικής επιφανείας θα είναι λεία. Τα πλεονεκτήματα των μετάλλων που ψεκάζονται είναι: εξαιρετική προστασία για όλες τις ζώνες η δυνατότητα να καλυφθούν περίπλοκες επιφάνειες οι οποίες θα ήταν δύσκολο να καλυφθούν με πλέγματα καλωδίων ή εκτεταμένα ελάσματα Μειονεκτήματα είναι κόστος βάρος δυσκολία διαχωρισμού των φορμών 54

Μερικοί χρήστες έχουν αναφέρει το κομμάτιασμα τέτοιων επιφανειών, που προκαλούνται πιθανόν λόγω των διαφορών στις μεταβολές των διαστάσεων των υλικών (μέταλλα και σύνθετα) καθώς μεταβάλλεται η θερμοκρασία, ή στην κάμψη της επιφάνειας του σύνθετου υλικού κάτω από τα φορτία. 4.2.2.2 Ίνες από υφασμένα καλώδια Μεταλλικές ίνες υφασμένες από καλώδια μικρής διαμέτρου αλουμινίου ή άνθρακα μπορούν να παρέχουν προστασία σε μη αγώγιμες επιφάνειες. Οι μεταλλικές ίνες που εφαρμόζονται πιο συχνά υφαίνονται από καλώδια αλουμινίου, 60 έως 200 καλώδια ανά ίντσα. Οι διάμετροι των καλωδίων κυμαίνονται μεταξύ 0.002 έως 0.004 ίντσες (0.00005-0.0001m). Αυτές οι ίνες είναι παρόμοιες με τα φίλτρα που χρησιμοποιούνται για τον διαχωρισμό του χώματος από τα σωματίδια νερού για λόγους άρδευσης. Ίνες από υφασμένα καλώδια δεν εφαρμόζονται καλά γύρω από επιφάνειες με σύνθετες καμπύλες και αυτό είναι πιο σύνηθες σε σφικτά υφασμένες ίνες. Θα πρέπει να κοπούν και να τυλιχτούν ώστε να ταιριάζουν. Υφασμένες ίνες μπορεί να γίνουν πιο σκληρές με ένα σύνθετο φύλλο μιας και οι ρητίνες μπορούν να ρέουν γύρω από τα μεμονωμένα σκέλη καλωδίων. Μπορούν επίσης να τσιμενταριστούν σε μία υπάρχουσα επιφάνεια, αν και θα πρέπει να δοθεί προσοχή να μην αφήσουμε κάποια ταινία πάνω στα καλώδια Η αποτελεσματικότητα της αντικεραυνικής προστασίας των ινών από υφασμένα καλώδια προέρχεται από την βελτιωμένη ηλεκτρική αγωγιμότητα των μεταλλικών καλωδίων σε σύγκριση με τα σύνθετα και τις περιοδικές τρύπες και αυλάκια στο ύφασμα το οποίο αυξάνει τα τοπικά ηλεκτρικά πεδία τα οποία ενεργοποιούν την διηλεκτρική διάσπαση των βαφών σε διάφορα σημεία στην περιοχή επαφών του κεραυνού. Αυτό διαιρεί το κεραυνικό τόξο σε πολλά αγώγιμα νημάτια χαμηλής έντασης, διασπείροντας έτσι την ενέργεια του κεραυνού σε μία ευρεία περιοχή και μειώνοντας την ζημιά. Πλεονεκτήματα είναι: αποτελεσματική προστασία για όλες τις ζώνες ευλιγισία μικρό βάρος Μειονεκτήματα είναι: δυσκολίες να καλυφθούν πολύπλοκες επιφάνειες. Αυτό μπορεί να απαιτεί να κοπούν οι ίνες και να αλλάξουν σχήμα ώστε να ταιριάζουν. Μία ανάλυση των σχετικών βαρών των μεθόδων προστασίας θα βρεθεί στο τέλος του κεφαλαίου 4.2.2.3 Στερεά μεταλλικά φύλλα Η αρχική χρήση των φύλλων σαν μέθοδος αντικεραυνικής προστασίας ήταν περιορισμένη στην χρήση μη κούφιων/στερεών φύλλων, ακριβώς όπως και εκείνα που χρησιμοποιούνται στις κουζίνες των σπιτιών. 55

Μεταλλικά φύλλα μπορούν να κολληθούν σε μη αγώγιμες επιφάνειες για να παρέχουν ένα αγώγιμο στρώμα. Μεταλλικά φύλλα πάχους 0.001in (0.00003m) ή μεγαλύτερο παρέχουν προστασία για τα σύνθετα η οποία είναι η ίδια με εκείνη που παρέχεται από πλέγμα καλωδίων, ωστόσο ένα σημαντικό ποσοστό των φύλλων θα λιώσουν στο σημείο επαφής του κεραυνού Ανησυχίες των κατασκευαστών έχουν περιορίσει την εφαρμογή στερεών μεταλλικών φύλλων. Αυτά τα φύλλα δεν εφαρμόζονται ομαλά σε περίπλοκες επιφάνειες. Στερεά φύλλα θα πρέπει να κοπούν και να συνδεθούν για να αποφευχθεί το ζάρωμα και αυτό έχει ως αποτέλεσμα γραμμές στην επιφάνεια και απελασματοποίηση όταν άγονται κεραυνικά ρεύματα. Στερεά φύλλα έχουν επίσης λείες, αδιαπέραστες επιφάνειες, άρα είναι δύσκολο να συνδεθούν με την σύνθετη επιφάνεια. Μη συνδεδεμένες περιοχές μπορεί να επιτρέψουν τα φύλλα να γίνουν απελασματοποιημένα και να περιορίσουν την υγρασία πράγμα το οποίο μπορεί να διαβρώσει τα ελάσματα. Λόγω αυτών των δυσκολιών στερεά μεταλλικά ελάσματα χρησιμοποιούνται λιγότερο συχνά σε σύγκριση με άλλες μεθόδους προστασίας. 4.2.2.4 Εκτεταμένα μεταλλικά ελάσματα Τα εκτεταμένα ελάσματα κατασκευάζονται από μία διαδικασία επεξεργασίας η οποία δημιουργεί οπές και τεντώνει ένα στερεό μεταλικό έλασμα. Τα εκτεταμένα μεταλικά ελάσματα έχουν την επιφανειακή εμφάνιση ενός πλέγματος ινών από υφασμένα καλωδία, ωστόσο κατασκευάζονται από ένα κομμάτι μετάλλου και έτσι έχουν μία κάπως καλύτερη ηλεκτρική αγωγιμότητα σε σύγκριση με τις μεταλλικές ίνες οι οποίες εξαρτώνται από την επαφή ανάμεσα στα καλώδια. Η προστασία είναι αποτελεσματική για όλες τις ζώνες επαφής του κεραυνού και είναι περίπου η ίδια όπως και για πλέγματα ινών από υφασμένα καλωδία και ψεκασμένων μετάλλων. Η φυσική περιγραφή των εκτεταμένων ελασμάτων δίνεται συχνά σε βάρος παρά σε πυκνότητα. Το βάρος αφορά μόνο το έλασμα και όχι τυχόν κολλημένες ταινίες. Η σύγκριση των βαρών των υλικών των διαφόρων μεθόδων προστασίας θα δοθεί στο τέλος. Εκτεταμένα ελάσματα είναι καλύτερα από ίνες καλωδίων στο να καλύπτουν περίπλοκες επιφάνειες μιας και μπορούν να επιμηκυνθούν. Μπορούν να συνδεθούν με σύνθετα φύλλα όπως και με ίνες καλωδίων και τείνουν να αυξήσουν την διασπορά των σημειών επαφής του τόξου (όπως κάνουν και οι ίνες). Έτσι, πολύ λιγότερη ποσότητα εκτεταμένου ελάσματος θα λιώσει σε ένα σημείο επαφής σε σύγκριση με ένα στερεό έλασμα ίδιας πυκνότητας. Θερμική ζημιά και ζημιά κρουστικού κύματος θα είναι επίσης μικρότερη. Η κύρια διαφορά ανάμεσα στους τύπους και τις πυκνότητες των εκτεταμένων μεταλλικών ελασμάτων βρίσκεται στην ικανότητα τους να κουβαλάνε υψηλής περιεκτικότητας κεραυνικά ρεύματα, όπως ρεύματα κατά μήκος της πόρτας της καμπίνας και τα πλαίσια του παραθύρου ή γενικά άλλους στενούς διαδρόμους. Τα πιο ελαφριά εκτεταμένα ελάσματα που είναι διαθέσιμα στο εμπόριο, συνήθως παρέχουν επαρκή προστασία για όλες τις σύνθετες επιφάνειες, όταν εφαρμόζονται πάνω από πλατιούς διαδρόμους (δηλαδή πάνω από 12 in πλάτος) ωστόσο βαριά ελάσματα θα πρέπει να εφαρμόζονται κατά μήκος στενότερων διαδρόμων. Ο πίνακας που ακολουθεί δείχνει τις δυνατότητες μεταφοράς ρεύματος τυπικών ελασμάτων. Τα κριτήρια επιλογής για κάθε περιοχή του αεροσκάφους θα πρέπει να περιλαμβάνουν πυκνότητα ρεύματος για την αποφυγή εξάτμισης των προστατευμένων ελασμάτων και απώλεια ηλεκτρικής συνέχειας από το ένα στο άλλο 56

Υλικό Βάρος ή πυκνότητα Στερεό ή επεκταμένο Πυκνότητα (ka/inch) αλουμίνιο 0.016 lb/ft2 εκτεταμένο 8-12 αλουμίνιο 0.028 lb/ft2 εκτεταμένο 18 χαλκός 0.029 lb/ft2 εκτεταμένο 7 αλουμίνιο 0.001 in στερεό 8 αλουμίνιο 0.002 in στερεό 14 αλουμίνιο 0.003 in στερεό 20 αλουμίνιο 0.006 in στερεό 35 ρεύματος Πλεονεκτήματα των εκτεταμένων μεταλλικών ελασμάτων συμπεριλαμβάνουν: δυνατότητα να συνυπάρχουν με σύνθετα φύλλα αποτελεσματική προστασία για όλες τις ζώνες εξαιρετική αγωγιμότητα εύκολη εφαρμογή ευλιγισία μικρό βάρος δυνατότητα εφαρμογής σε περίπλοκες επιφάνειες Μειονεκτήματα είναι κόστος σημείωση: τα εκτεταμένα φύλλα είναι δημοφιλής μέθοδος προστασίας για το φίμπεργκλας και τα σύνθετα CFC. 4.2.2.5 Φίμπεργκλας από αλουμίνιο Ίνες από γυαλί μπορεί να καλυφθούν με αλουμίνιο και να πλεχτούν σε υφάσματα με σημαντική ηλεκτρική αγωγιμότητα. Μία τυπική επίστρωση έχει ονομαστική αντίσταση 2 ohm/cm. Εμποτισμένα υφάσματα κατασκευασμένα από ίνες αλουμινίου είναι εμπορικά διαθέσιμα. Ένα στοιχείο του υλικού φίμπεργκλας είναι ότι η εξωτερική πτυχή ενός φύλλου του μπορεί να αντικατασταθεί από μία πτυχή από τις ίνες τις επίστρωσης. Μεμονωμένες ίνες μπορούν να μεταφέρουν σημαντικά ποσά ηλεκτρικού ρεύματος λόγω της άριστης θερμικής σύζευξης ανάμεσα στο αλουμίνιο και το γυαλί. Το γυαλί λειτουργεί σαν ψήκτρα επιτρέποντας την επίστρωση του αλουμινίου να μεταφέρει το διπλάσιο ρεύμα απ' ότι αν έλειπε το γυαλί Στο σημείο επαφής του κεραυνικού πλήγματος, μία ποσότητα αλουμινίου θα εξατμιστεί, εξαρτώμενη από την ένταση του ρεύματος και την ποσότητα του αλουμινίου που έχει εμποτιστεί. 57

Εάν το υλικό με επίστρωση φίμπεργκλας καλύπτεται από βαφές, οι ατμοί θα περιοριστούν μηχανικά και περισσότερη εκρηκτική δύναμη θα κατευθυνθεί στο σύνθετο υλικό. Το ποσοστό της ζημιάς θα είναι ανάλογο με την μάζα του υλικού της επίστρωσης. Βαφές και το αρχικό προστατευτικό στρώμα με πυκνότητες λιγότερο από 0.007 in (0.00018m) δεν είναι συνήθως επαρκή για να προκαλέσουν σημαντική ζημιά, αλλά μεγαλύτερες πυκνότητες μπορούν να έχουν ως αποτέλεσμα ζημιά σε διάφορες πτυχές του φίμπεργκλας κάτω από την επίστρωση του αλουμινίου. Η αυξημένη ζημιά που προκαλείται από τον περιορισμό του τόξου σχετίζεται με κάθε προστατευτικό υλικό. Ο περιορισμός του τόξου από την επιφάνεια ωστόσο τείνει να αυξήσει περισσότερο την ζημιά στα φύλλα που προστατεύονται από φίμπεργκλας παρά σε εκείνα που προστατεύονται από ίνες υφασμένων καλωδίων ή εκτεταμένα μεταλλικά ελάσματα. 4.2.2.6 Αγώγιμες βαφές Εισαγωγή αγώγιμων σωματιδίων όπως άνθρακας, χαλκός ή αλουμίνιο σε μία βαφή έχει ως αποτέλεσμα μία επιφάνεια η οποία έχει ένα ποσοστό αγωγιμότητας και κάποια ικανότητα να παρέχει κεραυνική προστασία. Αυτή η προστασία είναι οριακή όμως, μιας και τα αγώγιμα σωματίδια πετυχαίνουν μόνο τυχαία επαφή μεταξύ τους. Σαν αποτέλεσμα, η επίστρωση έχει μικρότερη αγωγιμότητα σε σύγκριση με μεταλλικά πλέγματα, ελάσματα ή ψεκασμένα μέταλλα. Καμία πρακτική πυκνότητα της βαφής δεν είναι επαρκής για να παρέχει αγωγιμότητα στα κεραυνικά ρεύματα. Αντίθετα, όταν η πυκνότητα του ρεύματος υπερβαίνει την ικανότητα της βαφής να άγει, η βαφή κατευθύνει την αστραπή κατά μήκος της επίστρωσης της επιφανείας και το κεραυνικό ρεύμα μεταφέρεται τότε περισσότερο κατά μήκος του ηλεκτρικού τόξου παρά στην αγώγιμη βαφή. Ταινίες αγώγιμων βαφών είναι λιγότερο αποτελεσματικές εάν υπάρχει κάποιο αγώγιμο αντικείμενο κάτω από την επιφάνεια της μονωμένης επιφάνειας υπό προστασία. Σε μία τέτοια περίπτωση, η τάση μπορεί να είναι επαρκώς υψηλή ώστε να προκαλέσει διάτρηση κατά μήκος της μονωμένης επιφανειας εώς εκείνο το αντικείμενο. Η ζημιά θα είναι επίσης μεγαλύτερη μιας και στα υλικά CFC το σύνθετο υλικό έχει από μόνο του κάποια αγωγιμότητα Η αγώγιμη βαφή έχει το πλεονέκτημα ότι μπορεί να εφαρμοστεί σε μία υπάρχουσα επιφάνεια, ακόμα και περίπλοκης κατασκευής. Βαφές από χαλκό χρησιμοποιούνται περισσότερο. Μία από τις πιο επιτυχημένες εφαρμογές των βαφών από χαλκό είναι η προστασία των πτερυγίων των ελικοπτέρων τα οποία κατασκευάζονται από μη αγώγιμα σύνθετα. Μία επίστρωση αγώγιμης βαφής περίπου 0.003-0.005 in (0.00008-0.00013m) που εφαρμόζεται κάτω από την τελική κατάσταση της βαφής έχει αποδειχτεί ότι αποτρέπει την διάτρηση της επιφάνειας της έλικας. Οι βαφές είναι λιγότερο αποτελεσματικές σε πτερύγια με μεταλλικά κοντάρια ή ενσωματωμένα καλώδια θέρμανσης επειδή αυξάνεται επαρκώς η τάση κατά μήκος της αγώγιμης βαφής για να διασπάσει τους εσωτερικούς αγωγούς. Η ζημιά που επακολουθεί σε τέτοιες περιπτώσεις μπορεί να είναι αρκετά εκτεταμένη ώστε να αποτελεί κίνδυνο για την ασφαλή πτήση. Αγώγιμες βαφές είναι η λιγότερο επιθυμητή μέθοδος αντικεραυνικής προστασίας, κυρίως λόγω αυτής της αύξησης της τάσης αλλά και επειδή είναι ευάλωτη σε διάβρωση από έντονη βροχή ή χαλάζι. Επίσης, η βαφή θα πρέπει να παραμένει στο αεροπλάνο κατά την διάρκεια της ζωής του. 58

4.2.2.7 Μεταλλικός άνθρακας Ίνες από μεταλλικό άνθρακα έχουν γίνει πρόσφατα διαθέσιμες. Υπάρχουν δύο είδη, ίνες με επίστρωση νικελίου και χαλκού. Απ' αυτές μόνο του νικελίου έχουν δοκιμαστεί. Προστασία με λεπτά φύλλα είναι γενικά απογοητευτική αλλά προστασία για φύλλα CFC με πάχος 0.08 in (10 πτυχές) είναι πολλά υποσχόμενη. Αυτά τα υλικά χρησιμοποιούνται μερικές φορές για ηλεκτρομαγνητική προστασία παρά για αντικεραυνική. 4.2.2.8 Συνυφασμένα καλώδια Αυτή η μέθοδος προστατεύει φύλλα CFC με την προσθήκη μεταλλικών καλωδίων υφασμένων στην εξωτερική πτυχή ενός φύλλου CFC. Τα καλώδια δεν μειώνουν τις μηχανικές ιδιότητες των CFC. Είναι τυπικά υφασμένα σε δύο κατευθύνσεις στην εξωτερική επιφάνεια των ινών γραφίτη. Οι διάμετροι των καλωδίων κυμαίνονται μεταξύ 0.0005 in έως 0.02 in (0.00001-0.00051m) αν και βρίσκονται περισσότερο στο εύρος 0.001-0.01 in (0.00003-0.00025m). Τα καλώδια τοποθετούνται μέσα στις πτυχές κατά τέτοιο τρόπο ώστε συχνά υπάρχει ένα καλώδιο ανά δέσμη, με αποτέλεσμα να υπάρχουν 8 εώς 12 καλώδια ανά ίντσα. Αν και έχουν δοκιμαστεί ένας αριθμός μεταλλικών καλωδίων, το πιο συνηθισμένο είναι το αλουμίνιο, πιθανόν λόγω του χαμηλότερου σημείο που λιώνει σε σύγκριση με άλλα μέταλλα. Τα καλώδια που εγκαθίστανται πρέπει να ενσωματωθούν στις εξωτερικές πτυχές. Επιπλέον στρώματα από πτυχές συνυφασμένων καλωδίων έχουν μία τάση να αυξάνουν τον βαθμό της ζημιάς. Τα πειράματα δείχνουν ότι τα συνυφασμένα καλώδια παρέχουν σημαντική μείωση στην ζημιά που προκαλείται από κεραυνικά πλήγματα. Σε σύγκριση με έναν μη προστατευμένο πίνακα ο οποίος υπέστησε διάτρηση 6 έως 8 ίντσες (ζώνη 1Α) σε όλες τις πτυχές, ένας όμοιος πίνακας με συνυφασμένα καλώδια υπέστησε ζημιά στην εξωτερική πτυχή (που περιέχει τα καλώδια) μόνο! Πλεονεκτήματα των συνυφασμένων καλωδίων είναι: ευκολία κατασκευής, συντήρησης και επιδιόρθωσης αμελητέα επιβάρυνση από το βάρος Μειονεκτήματα είναι: πιθανή διάβρωση των καλωδίων όταν εκτίθενται σε υγρασία. Καλώδια από αλουμίνιο είναι πιο ευαίσθητα σε αυτό Η αποτελεσματικότητα της προστασίας των συνυφασμένων καλωδίων οφείλεται στην διασπορά των σημείων επαφής του ηλεκτρικού τόξου που παρέχεται από τα καλώδια τα οποία εμφανίζονται περιοδικά στην επιφάνεια του φύλλου και τείνουν να αυξήσουν την διάσπαση της βαφής και πολλαπλά σημεία επαφής του κεραυνού. Επιπλέον επαφές συμβαίνουν καθώς τα καλώδια εξατμίζονται όταν επιχειρούν να άγουν κεραυνικά ρεύματα μακριά από τις περιοχές κεραυνικής επαφής. Τα προϊόντα της εξάτμισης εμφανίζονται στην επιφάνεια, δημιουργώντας επιπλέον σημεία επαφής του ηλεκτρικού τόξου. 59

4.2.3 Βάρη των υλικών Υπάρχει πάντα κάποια επιβάρυνση από το βάρος των υλικών της αντικεραυνικής προστασίας. Τα συνυφασμένα καλώδια στις επιφάνειες CFC έχουν την μικρότερη επίδραση, ενώ τα βάρη των άλλων υλικών εξαρτώνται από την πυκνότητα και τις μεθόδους συγκόλλησης. Ίνες καλωδίων ζυγίζουν μόνες τους 2lib/100 ft2 και σε συνδυασμό με άλλα υλικά το συνολικό βάρος μπορεί να φτάσει τις 3lbs/100ft2. Δευτερεύοντες σύνδεσμοι με επιπλέον υλικά που συγκολλούνται μπορούν να αυξήσουν το βάρος σε 5lbs/100ft2. Ο πίνακας που ακολουθεί δείχνει τυπικά βάρη που αναμένονται. Υλικό επίστρωσης Βάρος ( lbs ανά 100 ft2) Συνυφασμένα καλώδια (αλουμίνιο) 0.024 Εκτεταμένα ελάσματα αλουμινίου 1.6 έως 6 (συνήθως 2.9) Πλέγμα υφασμένων καλωδίων 2.4 έως 5 Ίνες καλωδίων 3 εώς 5 Θερμικά ψεκασμένα μέταλλα (αλουμίνιο) 5.75 έως 8 Αγώγιμη βαφή (ασήμι) 8 Ελάσματα αλουμινίου (στερεά) 8.5 4.3 Αποτελεσματικότητα αεροσκάφους της προστασίας της επιφάνειας του Οι σχεδιαστές θα βρουν τα παρακάτω δεδομένα χρήσιμα για την επιλογή της κατάλληλης επιφάνειας του αεροσκάφους (από άποψη της αντικεραυνικής προστασίας που παρέχει). Αυτό το κεφάλαιο παρέχει επιπλέον, πληροφορίες για την αποτελεσματικότητα της προστασίας βασισμένο σε δεδομένα από παλαιότερα πειράματα. Ασχολείται κυρίως με σύνθετα υλικά μιας και επιφάνειες κατασκευασμένες από αλουμίνιο είναι αυτοπροστατευμένες. Ωστόσο προστασία της επιφάνειας των δεξαμενών καυσίμων που είναι κατασκευασμένες από αλουμίνιο, εξετάζεται επίσης. Αυτό το κεφάλαιο παρέχει πληροφορίες για τα παρακάτω θέματα λιώσιμο της επιφάνειας αλουμινίου προστασία της επιφάνειας από CFC προστασία μη αγώγιμων επιφανειών Μέθοδοι προστασίας που εξετάζονται: Διάφορα δεδομένα για την αποτελεσματικότητα των μεθόδων προστασίας της επιφάνειας του αεροσκάφους παρέχονται σε αυτό το κεφάλαιο. Η πιο συνηθισμένη μέθοδος για την προστασία των συνθετικών επιφανειών περιλαμβάνει την εφαρμογή ενός προστατευτικού στρώματος που αποτελείται από ένα μεταλλικό επίστρωμα στην εξωτερική επιφάνεια του φύλλου της σύνθετης επιφάνειας. Αυτή η μέθοδος είναι γνωστή σαν μεταλλοποίηση. Αυτές οι επιστρώσεις παρέχουν διαφορετική προστασία και πρέπει να γίνονται συγκρίσεις με πειραματικά δεδομένα επιφανειών παρόμοιας κατασκευής και διαφορετικών συστημάτων προστασίας. Πολλές από τις μεθόδους προστασίας που συζητήθηκαν στο προηγούμενο κεφάλαιο μελετούνται εδώ. 60

Η αποτελεσματικότητα των μεθόδων προστασίας των συνθετικών επιφανειών που εξετάζονται εδώ, έχει εκτιμηθεί σε διάφορα φύλλα όπως φύλλα από αγώγιμο άνθρακα, μη αγώγιμο φίμπεργκλας και φύλλα από ίνες άραμιντ. Η αποτελεσματικότητα του υλικού προστασίας μπορεί να επηρεάζεται από την συνολική πυκνότητα του φύλλου. Άλλες συνθήκες όπως η πυκνότητα της βαφής και η τελική κατάσταση της επιφανείας μπορούν επίσης να επηρεάσουν την αποτελεσματικότητα της προστασίας. Προσπάθειες για να σταθμιστούν αυτοί οι παράγοντες πρέπει να γίνονται κατά την διαδικασία επιλογής μεθόδου προστασίας. Η πιο αποτελεσματική μέθοδος για την προστασία του αεροσκάφους από άμεσες συνέπειες κεραυνικού πλήγματος είναι η εφαρμογή ενός ή περισσοτέρων προστατευτικών στρωμάτων για την εξωτερική επιφάνεια του αεροσκάφους όπως αυτά που αναλύθηκαν στο προηγούμενο κεφάλαιο. Με αυτόν τον τρόπο, η πλειοψηφία των κεραυνικών ρευμάτων θα ρέει στο εξωτερικό του αεροσκάφους. Διατηρώντας τα κεραυνικά ρεύματα στο εξωτερικό του αεροσκάφους, μειώνονται σημαντικά οι επιδράσεις στα συστήματα και στο προσωπικό Διηλεκτρικές επιστρώσεις δεν μπορούν να προστατεύσουν ολόκληρο το αεροσκάφος από επαφή κεραυνού. Αντιθέτως το διηλεκτρικό μπορεί να αυξήσει την ζημιά σε περιοχές όπου η επαφή συμβαίνει. Διηλεκτρικά θα πρέπει να χρησιμοποιούνται για να παρέχουν προστασία σε μικρές περιοχές ή στοιχεία του αεροσκάφους. 4.3.1 Επιφάνεια από αλουμίνιο Παρέχουν υψηλό βαθμό αγωγιμότητας, αλλά μπορεί να υποστούν λιώσιμο και αλλαγή στο σχήμα τους. Το λιώσιμο απασχολεί κυρίως όσον αφορά την σχεδίαση των δεξαμένων καυσίμων, ενώ η αλλαγή σχήματος αφορά μεταλλικά στοιχεία μικρού βάρους όπως επιφάνειες ελέγχου. Αυτό το κομμάτι παρέχει πειραματικά δεδομένα τα οποία θα βοηθήσουν στον καθορισμό του τύπου της ζημιάς ο οποίος αναμένεται όταν ο κεραυνός έρχεται σε επαφή με βαμμένες επιφάνειες αλουμινίου διαφόρων πυκνοτήτων. Τα δεδομένα θα χρησιμοποιηθούν για την εκτίμηση της κατάλληλης πυκνότητας που πρέπει να έχει η επιφάνεια και θα επιδείξουν τις επιπτώσεις των διαφόρων στοιχείων ρευμάτων. 4.3.1.1 Λιώσιμο Έρευνες έχουν δείξει ότι το ποσοστό του μετάλλου που λιώνει σε ένα σημείο επαφής του κεραυνού είναι ανάλογο με το φορτίο που μεταφέρεται στο σημείο αυτό από το κεραυνικό τόξο, σε συγκεκριμένα μεγέθη ρεύματος. Η σχέση ανάμεσα στο ποσοστό του φορτίου που μεταφέρεται σε ένα σημείο επαφής του τόξου και το ποσοστό του μετάλλου που λιώνει από αυτό είναι (σχεδόν) γραμμική. Στον καθορισμό του ελάχιστου ποσοστού φορτίου και ρεύματος που απαιτείται για το λιώσιμο μίας επιφάνειας αλουμινίου, τα αποτελέσματα εξαρτώνται από το μέγεθος του ρεύματος όπως και από το φορτίο, όπως φαίνεται στο επόμενο σχήμα Σχήμα 1 (4) 61

Σχήμα 2 Χρόνος μέχρι να λιώσουν επιφάνειες από αλουμίνιο [4] Το σχήμα δείχνει το ποσοστό των coulombs και του χρόνου που απαιτείται για το λιώσιμο μίας επιφάνειας από αλουμίνιο, το οποίο θα μπορούσε να θεωρηθεί σαν ο χρόνος στον οποίο ξεκινάει η ανάφλεξη των καυσίμων καθώς το ζεστό κεραυνικό τόξο βρίσκεται σε επαφή με τα καύσιμα. Τα δεδομένα εξετάζουν ακόμη το μέσο ρεύμα σε σύγκριση με τον χρόνο. Έχει δειχτεί ότι πάνω από τους 22 C, με ρεύμα 200Α, μία επιφάνεια αλουμινίου με πυκνότητα 0.08 ίντσες (0.00203m) έλιωνε τελείως.ένα ρεύμα 130Α περίπου, με θερμοκρασία 2 C λιώνει μία επιφάνεια αλουμινίου με πάχος 0.04 ίντσες (0.00102m). Το ρεύμα του οχετού μεγέθους 100.000 Α δεν λιώνει συνήθως επιφάνειες αλουμινίου καθώς η διάρκεια του και η μεταφορά φορτίου είναι πολύ μικρές. Ενδιάμεσα (στοιχείο Β) και συνεχή ρεύματα (στοιχείο C) παραμένουν σε επαφή με ένα σημείο αρκετό χρόνο ώστε να το λιώσουν. Εάν συμβαίνει λιώσιμο ή όχι, εξαρτάται από τον χρόνο που το ηλεκτρικό τόξο παραμένει σε επαφή με ένα συγκεκριμένο σημείο. Αυτό ονομάζεται χρόνος παραμονής. Ο χρόνος παραμονής σε βαμμένες επιφάνειες έχει εκτιμηθεί να είναι λιγότερο από 20 ms, ενώ σε μη βαμμένες επιφάνειες αλουμινίου είναι λιγότερο από 5 ms. Οι επιφάνειες που βρίσκονται στις ζώνες 1Α ή 2Α θα πρέπει να αντέξουν στο στοιχείο ρεύματος Β και, εφόσον ο χρόνος παραμονής υπερβαίνει τα 5ms, ένα ποσοστό των συνεχών ρευμάτων (στοιχείο C). Το στοιχείο Β μόνο του παρέχει φορτίο των 10 coulomb, αλλά το στοιχείο Β (5 ms) μαζί με το στοιχείο C (επιπλέον 15 ms) παρέχουν 6 επιπλέον coulomb (με μέγεθος 400Α) άρα σύνολο 16 coulombs. Το προηγούμενο σχήμα δείχνει ότι 10 coulomb λιώνουν μία επιφάνεια αλουμινίου των 0.04 ιντσών (0.001m) σε 5 ms, ενώ 16 coulomb λιώνουν επιφάνειες πάχους 0.08 ιντσών (0.002m). Η εμπειρία από την χρήση των αεροπλάνων έχει δείξει ότι επιφάνειες με πάχος 0.08 ιντσών έχουν αντέξει στο λιώσιμο, ενώ πιο λεπτές επιφάνειες έχουν λιώσει. 62

Πολύ λίγα αεροπλάνα μικρού μεγέθους μπορούν να αντέξουν το βάρος μίας επιφάνειας πάχους 0.08 ιντσών στις δεξαμενές καυσίμων, και δεν απαιτείται τέτοιο πάχος για κατασκευαστικούς σκοπούς. Έτσι, άλλες προσεγγίσεις θα πρέπει να ληφθούν υπόψιν για την αντικεραυνική προστασία των επιφανειών μικρών αεροπλάνων. Μη βαμμένες επιφάνειες αλουμινίου πάχους 0.04 ιντσών, έχουν αντέξει το λιώσιμο κάτω από κεραυνικό περιβάλλον ζώνης 1Α ή 2Α. Η μη βαμμένη επιφάνεια επιτρέπει το κεραυνικό κανάλι να έρθει σε επαφή με ένα επόμενο σημείο νωρίτερα σε σύγκριση με όταν μία διηλεκτρική βαφή καλύπτει το αλουμίνιο, κρατώντας τους χρόνους παραμονής κάτω από 5 ms. Ο συντομότερος χρόνος παραμονής έχει ως αποτέλεσμα λιγότερη μεταφορά κατά συνέπεια μικρότερη πιθανότητα λιωσίματος. 4.3.1.2 Προστασία από λιώσιμο για μεταλλικές επιφάνειες για την προστασία λεπτών επιφανειών αλουμινίου (0.02-0.06 in) από λιώσιμο έχουν χρησιμοποιηθεί διάφορες μέθοδοι. Οι τέσσερις αυτές μέθοδοι παρουσιάζονται παρακάτω: Αυξημένη πυκνότητα της μεταλλικής επιφάνειας: αυτή η μέθοδος είναι η λιγότερο επιθυμητή λόγω του επιπλέον βάρους το οποίο μπορεί να μην χρειάζεται για κατασκευαστικούς σκοπούς και είναι εκεί μόνο για προστασία κατά του λιωσίματος. Ενώ μία μη βαμμένη επιφάνεια αλουμινίου πάχους 0.06 in (0.0015m) είναι κατάλληλη για την προστασία κατά του λιωσίματος, μία βαμμένη πρέπει να έχει πάχος μεγαλύτερο από 0.08 in όπως φαίνεται στο επόμενο σχήμα (a) προσθήκη μίας διηλεκτρικής μπάρας στην εσωτερική επιφάνεια: σε περιορισμένες επιφάνειες, κολλητικά ή στεγανωτικές ουσίες στις δεξαμενές καυσίμων τύπου polysulfide έχουν προστεθεί για να δημιουργήσουν ένα φράγμα, προστατεύοντας έτσι την μεταλλική επιφάνεια η οποία μπορεί να λιώσει από τον κεραυνό. Αυτή η μέθοδος απαιτεί τον έλεγχο της πυκνότητας της στεγανωτικής ουσίας σε προστατευμένες περιοχές. Μία άλλη προσέγγιση η οποία παρέχει παρόμοια αποτελέσματα είναι λεπτές πλαστικές περιφράξεις στο εσωτερικό της δεξαμενής καυσίμου, οι οποίες είναι ιδιαιτέρως δημοφιλής σε μικρά αεροπλάνα προσθήκη αγώγιμων σωματιδίων στην εξωτερική επιφάνεια της βαφής: η χρησιμότητα αυτών των σωματιδίων είναι να μειώνουν τον χρόνο παραμονής του ηλεκτρικού τόξου και να αυξάνουν την διασπορά των σημείων επαφής του ηλεκτρικού τόξου, γεγονός το οποίο επιτρέπει πολλαπλούς οδούς επαφής του ηλεκτρικού τόξου κατά μήκος της βαμμένης επιφάνειας. Παρότι η μέθοδος αυτή είναι πολλά υποσχόμενη, ο έλεγχος με πειράματα είναι δύσκολος εκτός αν στο εργαστήριο υπάρχει η δυνατότητα δοκιμής μίας ροής αέρα ή εάν το είδος υπό εξέταση μπορεί να μετακινείται ώστε να εξακριβωθούν οι μικρότεροι χρόνοι παραμονής. Το σχήμα (b) που ακολουθεί δείχνει την ιδέα της μεγαλύτερης διασποράς των σημείων επαφής του κεραυνικού τόξου. ελασματοποιημένες επιφάνειες αλουμινίου: το κλειδί για την επιτυχία αυτής της μεθόδου είναι να τοποθετήσουμε ένα θερμικό φράγμα ανάμεσα στην επιφάνεια από αλουμίνιο και το εσωτερικό στρώμα. Κολλητικές ταινίες παρέχουν ένα επαρκές φράγμα για την αποφυγή της επαφής του κεραυνικού τόξου με την εσωτερική επιφάνεια του αλουμινίου. Το τόξο παραμένει σε επαφή στα άκρα της τρύπας που έχει δημιουργηθεί από το λιώσιμο της εξωτερικής επιφανείας αντί να έρχεται σε επαφή με την εσωτερική επιφάνεια. Μία σχεδίαση με εξωτερικό στρώμα αλουμινίου πάχους 0.02 in (0.00051m) και εσωτερικό 0.03 in (0.00076m) δηλαδή 63

συνολικής πυκνότητας 0.05 in (000127m), έχει αντέξει με επιτυχία σε κεραυνική επαφή ζώνης 1Α ή 2Α σε βαμμένη επιφάνεια ( 16 coulomb). Το σχήμα (c) που ακολουθεί δείχνει αυτήν την μέθοδο προστασίας. Σχήμα 3 Μέθοδοι προστασίας απέναντι στο λιώσιμο [4] 4.3.1.3 Πειραματικά δεδομένα από επιφάνειες αλουμινίου Κεραυνικά πειράματα σε πάνελ από αλουμίνιο έχουν δείξει τις επιπτώσεις των ρευμάτων των 64

οχετών και τη σχέση ανάμεσα στη μεταφορά φορτίου των στοιχείων Β και C και το λιώσιμο. Πυκνότητες του πάνελ πάχους 0.032, 0.04 και 0.08 in εκτιμήθηκαν ότι αντέχουν στο λιώσιμο. Ο πίνακας που ακολουθεί παρουσιάζει τυπικά αποτελέσματα πειραμάτων. Ένα πλήγμα ζώνης 2Α χρόνου παραμονής 5 ms (στοιχεία D και Β μόνο) θα λιώσει ένα πάνελ με πάχος μικρότερο από 0.08 in. Το μέταλλο στην εσωτερική επιφάνεια μπορεί να επαναστερεοποιηθεί, ακόμα και στα πάνελς πάχους 0.08 in. Τα επόμενα τρία σχήματα δείχνουν τυπικές ζημιές σε επιφάνειες αλουμινίου που προκαλούνται από ρεύματα ζωνών 1Α και 1Β. Σχήμα 4 Πάνελ αλουμινίου με πάχος 0.032 in- καθόλου λιώσιμο, το μαύρο είναι μικρό βαφούλωμα [4] 65

Σχήμα 5 πάνελ αλουμινίου 0.04 in βαμμένο- λιώσιμο, απώλεια ελάσματος [4] Σχήμα 6 πάνελ αλουμινίου, πλήγμα ζώνης 1Α- μικρό βαφούλωμα στο κέντρο [4] 66

Αριθμός πάνελ Πυκνότητα πάνελ (in) Ρεύμα (ka) Φορτίο (C) Ζώνη Επιδράσεις 1 0.0032 μη βαμμένο 213 10 1Α Βαφουλώματα >2in 2 0.04 ουσία 215 πρώτηςεπίχρισης 3.5 1 Λιώσιμο, καμία τρύπα 3 0.04 βαμμένο 10 1Α Βαφουλώματα. 4 0.04 με ταινία Al 211 - (α) Εξάτμιση της ταινίας, κάψιμο, βαφουλώματα 5 0.04 με ταινία Al - 3.8 (α) Βαφουλώματα και κάψιμο 6 0.08 μη βαμμένο - 10.2 (α) Μικρή κοσμητική ζημιά 7 0.08 μη βαμμένο - 10 (α) Μικρή κοσμητική ζημιά 8 0.08 βαμμένο 10.2 (α) Μικρή κοσμητική ζημιά 209 - (α) δεν ήταν δυνατό να καθοριστεί η ζώνη 4.4 Σύνθετα από ίνες άνθρακα (CFC) Ο σχεδιαστής θα πρέπει να αποφασίσει ποιες κατασκευές απαιτούν επιπλέον προστασία μιας και η κεραυνική ζημιά σε ορισμένες επιφάνειες μπορεί να γίνει ανεκτή, δηλαδή αυτές οι επιφάνειες δεν θα απαιτούν επιπλέον προστασία. Τα πειραματικά δεδομένα σε αυτό το κομμάτι δείχνουν την ζημιά που αναμένεται σε μη προστατευμένες και προστατευμένες επιφάνειες από CFC, οι οποίες χαρακτηρίζουν κυρίως επιφάνειες σε μικρά αεροσκάφη. 4.4.1 Μη προστατευμένα CFC Τα τρία παραδείγματα που επιλέχθηκαν για αυτό το κομμάτι βασίζονται σε πάνελ από CFC πάχους 0.04 in, το οποίο αποτελείται από τέσσερεις πτυχές ινών με καθόλου προστασία στην εξωτερική επιφάνεια. Τα πάνελς εξετάστηκαν σε κεραυνικά περιβάλλοντα ζώνης 1Α και 2Α. Ζώνη 1Α- μη βαμμένη επιφάνεια: Το σχήμα 7 δείχνει ότι το μη βαμμένο πάνελ από CFC πάχους 0.04 in έχει πολύ καλή αντοχή σε κεραυνικά πλήγματα όταν στοιχεία όπως βαφές δεν υφίστανται στην επιφάνεια. Το φύλλο της επιφανείας δεν υπέστησε ζημιά εκτός από κάτι μικρές κοσμητικές απώλειες ρητινών. Δεν υπήρξε απελασματοποίηση ή διάσπαση της επιφανείας. 67

Σχήμα 7 [4] Το μη βαμμένο πάνελ στην φωτογραφία δείχνει τα αποτελέσματα μη αγώγιμων πρόσθετων σε φύλλα CFC. Αυτό το παράδειγμα δείχνει την σπουδαιότητα του να αφήνουμε το τόξο του κεραυνικού καναλιού να έρχεται σε επαφή με το αεροσκάφος σε περισσότερα σημεία. Αν και μία μη βαμμένη κατασκευή από CFC δεν είναι ρεαλιστική, η σπουδαιότητα του να διατηρούμε μία ελάχιστη πυκνότητα στα πρόσθετα στην επιφάνεια, ακόμη και σε προστατευμένα σύνθετα, είναι σημαντική για την ελαχιστοποίηση της ζημιάς. Ζώνη 1Α- βαμμένες επιφάνειες: το σχήμα 8 δείχνει τα αποτελέσματα ενός κεραυνικού πλήγματος στην ζώνη 1Α σε ένα βαμμένο πάνελ CFC πάχους 0.04 in. Το φύλλο υπέστησε ζημιά σε μία περιοχή 30 έως 40 τετραγωνικών ιντσών. Το φύλλο διαπεράστηκε επίσης στο πίσω μέρος του πάνελ. 68

Σχήμα 8 [4] Ζώνη 2Α- βαμμένη επιφάνεια: Το σχήμα 9 δείχνει τα αποτελέσματα της επαφής του κεραυνού στην ζώνη 2Α ενός μη προστατευμένου βαμμένου πάνελ από CFC πάχους 0.04 in. Το φύλλο υπέστησε ζημιά σε μία περιοχή 3 τετραγωνικών ιντσών. Η εσωτερική πτυχή του φύλλου διασπάστηκε επίσης, σε περίπου την ίδια περιοχή όπως και στην εξωτερική επιφάνεια, αν και οι ρητίνες δεν υπέστησαν πυρόλυση σε αυτήν την πτυχή. 69

Σχήμα 9 [4] 4.4.2 Ανάλυση των πειραματικών δεδομένων σε πάνελ από CFC 1) αγώγιμες βαφές δεν προσφέρουν πολλά στην προστασία απέναντι σε ένα σοβαρό πλήγμα όταν υπάρχει ένα αγώγιμο σύνθετο από κάτω 2) μη διατρητά (στερεά) ελάσματα συνεργάζονται καλά με το αλουμίνιο, τον άνθρακα ή το πιο ανθεκτικό νικέλιο. Υπάρχουν όμως προβλήματα στην εφαρμογή και στην συντήρηση. Οι περισσότεροι κατασκευαστές προτιμούν ποικιλίες από διατρητά ελάσματα 3) Τυπικά, προστασία από λιγότερο αγώγιμα υλικά (όπως νικέλιο ή ανοξείδωτος χάλυβας) δεν θα έχει την ίδια απόδοση σε σύγκριση με περισσότερο αγώγιμα υλικά. Είναι πιθανό να υπάρχει μικρή διαφορά στην συντήρηση των λιγότερο αγώγιμων με τα περισσότερο αγώγιμα υλικά (εκτός από την γαλβανική διάβρωση του ανοξείδωτου χάλυβα). Μικρές θα είναι επίσης οι διαφορές στην εφαρμογή τους. 4) Ένα στρώμα με σημαντική διηλεκτρική αντοχή τοποθετημένο πάνω από ένα αγώγιμο στρώμα (όπως σύνθετα άνθρακα σαν τον γραφίτη) τυπικά θα αυξήσει την ζημιά στο αγώγιμο στρώμα όταν έρθει σε επαφή ο κεραυνός. 70

4.5 Ανεμοθώρακες και παρόμοιες κατασκευές Ανεμοθώρακες, πλαϊνά παράθυρα και η καλύπτρα βρίσκονται στις ζώνες 1Α ή 2Α δηλαδή σε περιοχές επαφής του άμεσου ή του οπισθοδρομικού οχετού. Ζημιά από κεραυνούς στους ανεμοθώρακες δεν είναι συνήθης αλλά τουλάχιστον ένα ατύχημα (το 1930) έχει αποδοθεί σε αυτόν τον λόγο. Υπάρχουν διάφορα στοιχεία της σχεδίασης αυτών των κατασκευών τα οποία θα μπορούσαν να κάνουν τις κατασκευές ευάλωτες σε ζημιά από κεραυνικά πλήγματα και οι κατασκευαστές θα πρέπει να εξακριβώσουν ότι αυτές οι συνθήκες δεν έχουν ως συνέπεια κινδύνους κατά την πτήση. Τα παράθυρα και οι ανεμοθώρακες κατασκευάζονται συνήθως από γυαλί, ακρυλικό, πολυάνθρακα ή συνδυασμούς αυτών των υλικών. Αυτά τα υλικά έχουν γενικά υψηλές διηλεκτρικές αντοχές ειδικά αν συγκριθούν με τον αέρα ή ακόμα και με μη αγώγιμα σύνθετα από φίμπεργκλας ή ίνες άραμιντ. Εάν αγώγιμα αντικείμενα δεν τοποθετηθούν κοντά στην εσωτερική επιφάνεια του ανεμοθώρακα η πιθανότητα να διαπεράσει ο κεραυνός τον ανεμοθώρακα είναι μικρή. Ωστόσο αν ενσωματωθούν αγώγιμες ταινίες ή καλώδια στο φύλλο του τζαμιού η πιθανότητα αυξάνεται. Ανεμοθώρακες που θερμαίνονται ηλεκτρικά: Στοιχεία για την ηλεκτρική θέρμανση των φύλλων του ανεμοθώρακα χρησιμοποιούνται για τον καθορισμό του παγώματος και της ομίχλης. Τυπικές διατάξεις φαίνονται στο σχήμα που ακολουθεί. Στοιχεία για την θέρμανση είναι είτε μεταλλικά καλώδια είτε μεταλλικές ταινίες, τα οποία τροφοδοτούνται από το ηλεκτρικό κύκλωμα ισχύος του αεροσκάφους. Σχήμα 10 ηλεκτρικά στοιχεία θέρμανσης σε ανεμοθώρακες (α) καλώδια σε σχήμα sandwich ακρυλικού/γυαλιού (β) μεταλλικές ταινίες σε σχήμα sandwich ακρυλικού ή πολυάνθρακα [4] 71

Μιας και τα καλώδια είναι μικρής διαμέτρου και τοποθετημένα σε διάταξη ζιγκ-ζαγκ, ένα ηλεκτρικό πεδίο το οποίο κατευθύνεται κατά μήκος του τζαμιού είναι συγκεντρωμένο σε εκείνα τα καλώδια τα οποία θα έχουν ως συνέπεια την διάσπαση του εξωτερικού στρώματος του τζαμιού και την αγωγή κεραυνικών ρευμάτων κατευθείαν στα στοιχεία θέρμανσης και τα κυκλώματα ισχύος. Τα ηλεκτρικά πεδία μπορεί να παραχθούν είτε από έναν κεραυνικό λήντερ που πλησιάζει είτε από ηλεκτρικά φορτία τα οποία συγκεντρώνονται στο εξωτερικό του τζαμιού καθώς το αεροπλάνο πετάει κατά μήκος του υετού (βροχή, χιονόνερο, χαλάζι κτλ.). Γενικά θεωρείται ότι η διάσπαση του εξωτερικού τζαμιού είναι λιγότερη πιθανή όταν υπάρχουν ενσωματωμένα στοιχεία θέρμανσης μεταλλικών ταινιών επειδή η ομοιόμορφα αγώγιμη ταινία βοηθάει στην αποφυγή συγκέντρωσης ηλεκτρικού πεδίου σε τοπικά σημεία στα τζάμια. Η υψηλή πίεση που παράγεται από το εκτεταμένο κεραυνικό κανάλι μπορεί να συνιστά έναν παρόμοιο κίνδυνο καθώς διασπά το εξωτερικό φύλλο, γεγονός το οποίο επιτρέπει την απ' ευθείας επαφή του κεραυνικού καναλιού με το στοιχείο θέρμανσης. Η επακόλουθη εξάτμιση των λεπτών καλωδίων ή μεταλλικών ταινιών των στοιχείων θέρμανσης έχει ως αποτέλεσμα μία εκρηκτική υψηλή πίεση και ζημιά στα εσωτερικά και εξωτερικά φύλλα του ανεμοθώρακα όπως φαίνεται στο σχήμα που ακολουθεί. Η απώλεια της ακεραιότητας του ανεμοθώρακα μπορεί να οδηγήσει σε ξαφνική απώλεια πίεσης στην καμπίνα και την πιθανότητα να εκσφεντονιστεί γυαλί στο πρόσωπο των πιλότων. 72

Σχήμα 11 Ζημιά σε στοιχεία θέρμανσης και στον ανεμοθώρακα (α)ζημιά κρουστικό κύματος στα ελάσματα (β)κεραυνικό ρεύμα στο σύστημα ισχύος [4] Ένας δευτερεύον κίνδυνος της επαφής του κεραυνού με το στοιχείο θέρμανσης είναι η απ' ευθείας εισαγωγή παλμών υψηλού ρεύματος στο σύστημα διανομής ηλεκτρικής ισχύος του αεροσκάφους, που συχνά έχει ως συνέπεια ζημιά στα ηλεκτρικά φορτία που τροφοδοτούνται από τον ίδιο ζυγό διανομής. Μέθοδοι προστασίας: Μία μέθοδος για την εξάλειψη αυτών των προβλημάτων είναι το ξεπάγωμα του τζαμιού με ζεστό αέρα αντί για ηλεκτρικά στοιχεία θέρμανσης. Η απομάκρυνση των στοιχείων θέρμανσης ελαχιστοποιεί την πιθανότητα διάσπασης του τζαμιού. Οι παρακάτω τρόποι σχεδίασης μπορεί να χρησιμοποιηθούν για την ελαχιστοποίηση των κινδύνων από κεραυνικό πλήγμα εάν στοιχεία ηλεκτρικής θέρμανσης είναι παρόντα: α) Χρησιμοποίηση ενός σκληρού στρώματος από urethane ή πολυάνθρακες. Αυτά τα υλικά είναι συνήθως ανθεκτικά σε ζημιά κρουστικών κυμάτων ή πρόσκρουσης. Μερικές προδιαγραφές 73

απαιτούν ότι οι κατασκευές ανεμοθώρακα θα πρέπει να αντέχουν σε ζημιά από πρόσκρουση ενός πουλιού 2 κιλών με ταχύτητα 200 knots. Τέτοιοι ανεμοθώρακες έχουν μερικές φορές αντέξει τις συνέπειες της διάσπασης περιοχών ζώνης 1Α του εξωτερικού στρώματος. Μιας και αποτυχίες της κατασκευής μπορεί να είναι συνέπεια της διάσπασης του φύλλου αυτό το κομμάτι θα πρέπει να ληφθεί υπ' όψιν στο στάδιο της σχεδίασης. Σχεδιάσεις που αντέχουν την πρόσκρουση πουλιού είναι πιθανό να αντέξουν σε κεραυνικά πλήγματα. β) Χρησιμοποίηση στοιχείων θέρμανσης μεταλλικών ταινιών αντί για ενσωματωμένα καλώδια. Οι ταινίες μπορεί να είναι λιγότερο πιθανό να διασπαστούν από το κεραυνικό κανάλι γ) Μιας και οι ανεμοθώρακες, καλύπτρες και τα τζάμια είναι συνήθως κρίσιμα για την πτήση στοιχεία, θα πρέπει να δοκιμαστούν καινοτόμες σχεδιάσεις. Μέχρι σήμερα δεν υπάρχουν καταγεγραμμένες βάσεις δεδομένων για τις νεότερες σχεδιάσεις τζαμιών, υψηλής αντοχής και μικρότερου βάρους. Οι μέθοδοι προστασίας που χρησιμοποιούνται είναι εφαρμόσιμες πέρα από τους ανεμοθώρακες και στα πλαϊνά παράθυρα και στις καλύπτρες αν και οι ανεμοθώρακες αντιμετωπίζουν τον μεγαλύτερο κίνδυνο. Οι καλύπτρες σπάνια περιλαμβάνουν στοιχεία ξεπαγώματος και κατασκευάζονται συνήθως από ίνες από πολυάνθρακες, οι οποίες έχουν υψηλή διηλεκτρική αντοχή.αυτό ισχύει και για τα πλαϊνά παράθυρα. Μερικές φορές μεταλλικές ταινίες τοποθετούνται στο εσωτερικό καλύπτρων τύπου φυσαλλίδας (δηλαδή καλύπτρων που παρέχουν ορατότητα σε γωνία 360 μοιρών) για να προστατεύσουν τον πιλότο από υψηλά ηλεκτρικά πεδία τα οποία υπό άλλες συνθήκες θα δημιουργούσαν ηλεκτροπληξία. Αυτές οι ταινίες δεν έχουν προκαλέσει διασπάσεις σε καλύπτρες κατασκευασμένες από ίνες πολυάνθρακα. Επιστρώσεις που μειώνουν την συγκέντρωση του ηλεκτρικού φορτίου (anti-static): Ηλεκτρικά φορτία που συγκεντρώνονται στους ανεμοθώρακες και τις καλύπτρες μπορεί να απομακρυνθούν από ηλεκτρικά αγώγιμες επιφάνειες. Για να παραμείνουν οπτικά διαφανείς, οι ταινίες των επιφανειών πρέπει να είναι πολύ λεπτές και ως αποτέλεσμα οι τιμές αγωγιμότητας δεν θα είναι κατάλληλες για την αγωγή κεραυνικών ρευμάτων. Το πιο συνηθισμένο επίστρωμα που χρησιμοποιείται σήμερα είναι το ΙΤΟ (indium tin oxide) και προτιμάται λόγω της σχετικής αντοχής του απέναντι στην διάβρωση. Προσωρινή τύφλωση λόγω αστραπής: Εαν ένας κεραυνός πέσει πάνω σε έναν ανεμοθώρα την νύχτα, η πολύ φωτεινή αστραπή μπορεί να τυφλώσει τον πιλότο, καθιστώντας δύσκολη ή αδύνατη την ανάγνωση των οργάνων του αεροσκάφους. Η προσωρινή αυτή τύφλωση μπορεί να διαρκέσει ένα λεπτό ή δύο και μερικά ατυχήματα έχουν συμβεί όταν το αεροσκάφος ήταν στο τελευταίο στάδιο προσγείωσης σε ένα αεροδρόμιο Δεν έχει βρεθεί κάποια μέθοδος για την αποτροπή αυτού του φαινομένου χωρίς να ελαττώνεται η ορατότητα των πιλότων. Όταν υπάρχουν δύο πιλότοι, ο ένας απ' τους δύο θα πρέπει να επικεντρωθεί στα όργανα και να αποφύγει να κοιτάει στο τζάμι όταν οι καιρικές συνθήκες είναι τέτοιες ώστε να αναμένεται κεραυνικό πλήγμα. Η ένταση των φωτών των οργάνων στο πιλοτήριο θα πρέπει να είναι στην μέγιστη δυνατή φωτεινότητα. Αποτυχίες/Πειράματα: Αν και τα τζάμια αποτυγχάνουν όταν δοκιμάζονται κάτω από συνθήκες 74

εργαστηρίου, είναι σπάνιο τέτοιες κατασκευές να αποτύχουν κατά την διάρκεια πτήσεων. Είναι γενικά αποδεκτό ότι οι συνθήκες στα εργαστήρια αποτυγχάνουν να προσομοιώσουν μερικά φαινόμενα που συμβαίνουν κατά την διάρκεια των πτήσεων. Υπάρχουν διάφορες εξηγήσεις, καμία απολύτως ικανοποιητική. Φαίνεται όμως πιο πιθανό ότι ο κεραυνός μεταδίδεται στην γειτονική κατασκευή της ατράκτου, και δεν παραμένει στον ανεμοθώρακα Για λόγους όπως αυτός, οι κατασκευαστές είναι διστακτικοί να δοκιμάσουν τους ανεμοθώρακες με πειράματα ή να δημοσιοποιήσουν τα αποτελέσματα τέτοιων πειραμάτων. Γι' αυτό λίγα δεδομένα είναι διαθέσιμα. Πριν από την δοκιμή κάποιου ανεμοθώρακα, προτείνεται οι κατασκευαστές να έρθουν σε επαφή με προσωπικό που έχει εμπειρία σε τέτοιες δοκιμές. Παράδειγμα από πειράματα: Τα παρακάτω δεδομένα πάρθηκαν από μία σειρά πειραμάτων που διενεργήθηκαν για λογαριασμό της Stoddard Hamilton (Glasair III Lightning protection system development report). Τα πειράματα χρησιμοποιήθηκαν για τον έλεγχο του ανεμοθώρακα και των πλαϊνων παραθύρων της καλύπτρας. Μία κούκλα τοποθετήθηκε στην μπροστινή θέση του αεροσκάφους για να προσομοιώσει έναν επιβάτη ή πιλότο. Κάμερες τοποθετήθηκαν πίσω από την κούκλα για να εντοπιστούν στρήμερς ή δημιουργία ηλεκτρικού τόξου στην περιοχή κοντά στο κεφάλι. Η φωτογραφία που ακολουθεί δείχνει μία τυπική εκφόρτωση υψηλής τάσης στον ανεμοθώρακα και την καλύπτρα. Σε όλες τις περιπτώσεις το κεραυνικό κανάλι ερχόταν σε επαφή με την γειτονική κατασκευή της ατράκτου χωρίς να υπάρχουν ενδείξεις διηλεκτρικής διάσπασης ή διάτρησης του ανεμοθώρακα ή της καλύπτρας. Σχήμα 12 πείραμα υψηλής τάσης στον ανεμοθώρακα και την καλύπτρα [4] 75

Σχήμα 13 Η φωτογραφία δείχνει το κεφάλι της κούκλας κατά την διάρκεια πειράματος υψηλής τάσης.[4] Τα πειράματα που δίνονται παραπάνω εκτελέστηκαν πάνω σε ένα πλήρες αεροσκάφος. Τα πειράματα μπορεί να διενεργηθούν και μόνο στον ανεμοθώρακα ή την καλύπτρα όπως φαίνεται στην φωτογραφία που ακολουθεί. Στο συγκεκριμένο πείραμα η καλύπτρα η οποία ήταν κατασκευασμένη από ακρυλικό άντεξε σε υψηλή τάση παρότι υπήρχε ένα αγώγιμο αντικείμενο σε κοντινή απόσταση στην εσωτερική επιφάνεια. Σχήμα 14 υψηλή τάση στην καλύπτρα [4] 76

4.6 Επιφάνειες ελέγχου Αυτό το κομμάτι παρέχει οδηγίες για την σχεδίαση σύνθετων επιφανειών ελέγχου. Επίσης περιλαμβάνει τα αποτελέσματα πειραμάτων σε διάφορες επιφάνειες ελέγχου. 4.6.1 Οδηγίες για την σχεδίαση Επιφάνειες ελέγχου θα βρίσκονται συνήθως στην ζώνη 1Β ή 2Β. Ο σχεδιαστής θα πρέπει να έχει υπόψιν του ότι η πυκνότητα του ρεύματος σε αυτές τις περιοχές είναι πιθανό να είναι υψηλή, όχι μόνο λόγω του τύπου της επαφής αλλά και επειδή η διατομή των επιφανειών ελέγχου είναι μικρή. Επιφάνειες ελέγχου είτε από μέταλλο είτε σύνθετες, είναι συνήθως κατασκευασμένες από λεπτά και ελαφριά υλικά. Όπως με οποιαδήποτε εγκατάσταση μεντεσέδων, θα πρέπει να δοθεί προσοχή ώστε η επαφή των μεντεσέδων με την κατασκευή να είναι κατασκευαστικά σταθερή. Η προστασία των εξωτερικών επιφανειών έχει μελετηθεί σε προηγούμενη παράγραφο. Ωστόσο υπάρχουν επιπλέον παράμετροι για τις επιφάνειες ελέγχου. (α) ο καλύτερος τρόπος για την προστασία των επιφανειών ελέγχου είναι να καλύψουμε όλες τις επιφάνειες με μέταλλο. Δηλαδή να διασφαλίσουμε μέγιστη αγωγιμότητα με κάποιο τρόπο μεταλλικής προστασίας, είτε αυτή είναι με φύλλα αλουμινίου είτε με μεταλλικές ίνες ή άλλες τεχνικές. Κατ' αυτόν τον τρόπο ο σχεδιαστής θα εξασφαλίσει ότι η πλειονότητα του ρεύματος παραμένει στο εξωτερικό μέρος της επιφάνειας ελέγχου (β) Ο σχεδιαστής μπορεί εναλλακτικά να κάνει ολόκληρη την επιφάνεια ελέγχου όπως και την εσωτερική κατασκευή από μη-αγώγιμα υλικά όπως φίμπεργκλας. Αν και η επιφάνεια ελέγχου κατασκευάζεται από μη-αγώγιμα υλικά, στρήμερς μπορούν να σχηματιστούν στο εσωτερικό των επιφανειών ελέγχου και να έχουν ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό κεραυνικού καναλιού στο εσωτερικό της επιφάνειας ελέγχου. Σε αυτές τις περιπτώσεις, προστασία των εξωτερικών επιφανειών μπορεί ακόμη να απαιτείται και μερικές δοκιμές μπορεί να είναι απαραίτητες. (γ) Διεπαφές των επιφανειών ελέγχου στα καμπυλωτά τμήματα, δοκούς και μεντεσέδες μπορεί συχνά να υποστούν ζημιά λόγω του ηλεκτρικού τόξου, το οποίο οδηγεί σε αποκολλήσεις. Ο σχεδιαστής θα πρέπει να παρέχει εφεδρικές μονάδες για λόγους προστασίας. Δοκιμές είναι απαραίτητες για να εξακριβωθεί αν η σχεδίαση παρέχει ικανοποιητική προστασία. (δ) Επιφάνειες ελέγχου συνήθως θα απαιτούν κάποια προστασία, ειδικά στο χείλος εκφυγής, όπου οι σύνθετες επιφάνειες είναι κατά κανόνα δευτερευόντος συνδεδεμένες και η σύνθετη κατασκευή είναι λεπτή. Αυτή η δευτερεύουσα σύνδεση στο χείλος εκφυγής είναι πιθανό να αποσυνδεθεί αν το κεραυνικό πλήγμα πέσει σε εκείνο το σημείο. Διάφορες επιλογές θα πρέπει να ληφθούν υπόψιν, όπως ένας δευτερεύον σύνδεσμος από φύλλα αλουμινίου ή φύλλα μετάλλου. Μεταλλικά στηρίγματα συχνά απαιτούνται για να παρέχουν μηχανική υποστήριξη στην περίπτωση που αποτύχουν οι άλλες συνδέσεις (ε) Σε σύνθετες επιφάνειες ελέγχου από ίνες άνθρακα, τα σύνθετα υλικά μπορεί να κατασκευαστούν σαν μία μονάδα, αυξάνοντας έτσι την αγωγιμότητα. Η τεχνική αυτή αποκαλείται μεταφορά ινών. 77

(ζ) Καμπυλωτά τμήματα και δοκοί μπορεί να είναι κατασκευασμένα από μη-αγώγιμα σύνθετα, μη παρέχοντας κάποια αγώγιμη οδό στο κεραυνικό ρεύμα. Μιας και τα κεραυνικά ρεύματα δεν μπορούν να μεταφερθούν μέσω των συνδέσεων των καμπυλωτών τμημάτων ή των δοκών η πιθανότητα ζημιάς είναι μικρή. Μεντεσέδες: Κατά την μελέτη των μεντεσέδων θα πρέπει να ληφθεί υπόψιν ότι οι συνδέσεις τους συχνά αποτυγχάνουν για τον ίδιο λόγο που άλλες μη αγώγιμες συνδέσεις αποτυγχάνουν. Η πυκνότητα του ρεύματος μπορεί να προκαλέσει τους μηχανικούς συνδετήρες να χαλαρώσουν. Η αντικεραυνική προστασία είναι κατά συνέπεια μία σχεδιαστική πρόκληση σε αυτές τις περιοχές. Δοκιμές είναι συχνά απαραίτητες για τέτοιες περιπτώσεις. Πέρα από αυτές τις δυσκολίες, ο σχεδιαστής θα πρέπει να θυμάται ότι η ύπαρξη πολλών μεντεσέδων δεν είναι αρκετή για να παρέχουν επαρκή αγωγιμότητα. Το ρεύμα θα επιλέξει την συντομότερη διαδρομή, μεταφέροντας την μεγαλύτερη ποσότητα του ρεύματος σε έναν μεντεσέ. Αυτό το φαινόμενο είναι πιο πιθανό να συμβεί σε αγώγιμα σύνθετα και κατά ένα μικρότερο ποσοστό σε επιφάνειες ελέγχου με κάλυμμα από αλουμίνιο. Σε μία εγκατάσταση με τρεις μεντεσέδες, δεν είναι ασυνήθιστο ο ένας μεντεσές να δέχεται το 70% του κεραυνικού ρεύματος. Ακόμα και υψηλότερα ποσοστά είναι δυνατά, εξαρτώμενα από το που ο κεραυνός έρχεται σε επαφή και ηλεκτρικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας ελέγχου. Ακόμα και όταν η επιφάνεια ελέγχου δεν είναι σημείο εισόδου ή εξόδου του κεραυνού, οι μεντεσέδες και οι επιφάνειες ελέγχου θα λειτουργούν σαν παράλληλες οδοί αγωγής του ρεύματος. Επιπλέον πληροφορίες για τους μεντεσέδες θα δοθούν στο επόμενο κεφάλαιο. 4.6.2 Αποτελέσματα πειραμάτων σε επιφάνειες ελέγχου Οι επόμενοι παράγραφοι παρέχουν μερικά παραδείγματα πειραμάτων που δοκιμάστηκαν πάνω σε διάφορες σχεδιάσεις επιφανειών ελέγχου. Πτερύγια καμπυλότητας από φίμπεργκλας Το πτερύγιο καμπυλότητας από φίμπεργκλας δέχτηκε κεραυνικό πλήγμα ζώνης 2. Η ζημιά που υπέστησε ήταν μόνο κοσμητική στο στρώμα προστασίας από εκτεταμένα φύλλα αλουμινίου κατά μήκος μίας περιοχής 4 ιντσών στο χείλος εκφυγής και τοπική απώλεια φύλλων αλουμινίου κοντά στις περιοχές των μεντεσέδων. Η κατασκευή από φίμπεργκλας παρέμεινε άθικτη, με καμία εμφανή αποκόλληση ή ζημιά η οποία θα έθετε σε κίνδυνο την ασφαλή πτήση ή προσγείωση. Η φωτογραφία που ακολουθεί δείχνει την ζημιά που προκλήθηκε. 78

Σχήμα 15 άκρο του πτερυγίου καμπυλότητας επαφή ζώνης 2 [4] Πηδάλιο ανόδου - καθόδου από φίμπεργκλας Αυτό το παράδειγμα δείχνει τα αποτελέσματα της επαφής του κεραυνού με την εγκατάσταση του πηδαλίου (βρισκόμενο στην ζώνη 1Β), το οποίο προστατευόταν από εκτεταμένα φύλλα αλουμινίου. Η κατασκευή του πηδαλίου ήταν συνδεδεμένη με έναν οριζόντιο σταθεροποιητή ο οποίος παρείχε διανομή ρεύματος στην διεπαφή του μεντεσέ. Το πείραμα είχε ως αποτέλεσμα την απώλεια μέρους του εκτεταμένου φύλλου αλουμινίου στο σημείο επαφής του κεραυνού και στις περιοχές του μεντεσέ όπου η πυκνότητα του ρεύματος ήταν υψηλή. Η κατασκευή από φίμπεργκλας του πηδαλίου δεν υπέστησε ζημιά κατά την διάρκεια των πειραμάτων. Η φωτογραφία που ακολουθεί δείχνει το πηδάλιο μετά το πείραμα. Σχήμα 16 [4] 79

Πηδάλιο κατεύθυνσης από ίνες άνθρακα Τα πειράματα διενεργήθηκαν για να εξακριβωθεί αν το πηδάλιο κατεύθυνσης από ίνες άνθρακα αντέχει σε κεραυνικό πλήγμα ζώνης 2. Η επιφάνεια του πηδαλίου κατασκευάστηκε χρησιμοποιώντας μία μέθοδο για την συνένωση των φύλλων η οποία μειώνει την ανάγκη για συναρμολόγηση με δευτερεύοντως συνδεδεμένες ενώσεις. Τα πτερύγια ζυγοστάθμισης του πηδαλίου ήταν κατασκευασμένα από σύνθετα από φίμπεργκλας και συνδεδεμένα με τα πηδάλια με συνεχείς μεντεσέδες Οι μεντεσέδες συνδέοταν με το πηδάλιο με σύρτη. Η επιφάνεια του πηδαλίου τοποθετήθηκε ανάμεσα σε δύο μεταλλικά ρουλεμάν. Το πηδάλιο είχε τρεις μεντεσέδες σε επαφή με τον κορμό του αεροσκάφους. Κατά την διάρκεια του πειράματος εφαρμόστηκαν ρεύματα στο χείλος εκφυγής του πηδαλίου και αφαιρέθηκαν από συνδέσεις καλωδίων στα υποστηρίγματα των μεντεσέδων του πηδαλίου. Το πρώτο πείραμα χρησιμοποιήθηκε για την εκτίμηση ενός κεραυνικού πλήγματος ζώνης 2 στο χείλος εκφυγής του πηδαλίου ενώ το δεύτερο πείραμα χρησιμοποιήθηκε για την εκτίμηση των συνεπειών ενός κεραυνικού πλήγματος στα πτερύγια ζυγοστάθμισης (κατασκευασμένα από φίμπεργκλας). Η φωτογραφία που ακολουθεί δείχνει τα αποτελέσματα του πειράματος στο πηδάλιο Σχήμα 17 το πηδάλιο μετά την δοκιμή(4) Η φωτογραφία που ακολουθεί δείχνει τα αποτελέσματα της επαφής του κεραυνικού ρεύματος στην ζώνη 2 (στο χείλος εκφυγής) 80

Σχήμα 18 κοντινό πλάνο της επαφής στο χείλος εκφυγής [4] Η ζημιά στο χείλος εκφυγής ήταν περιορισμένη σε τοπική απώλεια μέρους του προστατευτικού στρώματος του εκτεταμένου φύλλου αλουμινίου και μικρή απώλεια ρητίνης στην περιοχή της επαφής. Αυτή η απώλεια ρητίνης εντοπιζόταν σε μία περιοχή λιγότερο από 2 ίντσες κατά μήκος του χείλους εκφυγής. Η ζημιά στο χείλος εκφυγής ήταν ελάχιστη και δεν ήταν δυνατό να παρεμποδίσει την ασφαλή πτήση. Η φωτογραφία που ακολουθεί δείχνει τα αποτελέσματα της επαφής του κεραυνικού ρεύματος με τα πτερύγια ζυγοστάθμισης. Σχήμα 29 [4] Για περισσότερες πληροφορίες για τα πειράματα στα πηδάλια οι ενδιαφερόμενοι μπορούν να κοιτάξουν το [16] 81

4.7 Μεντεσέδες και ρουλεμάν στην επιφάνεια ελέγχου Εάν μεντεσέδες και ρουλεμάν βρίσκονται σε περιοχές όπου κεραυνικά ρεύματα μπορεί να περάσουν μέσα απ' αυτά, όπως επιφάνειες ελέγχου στις ζώνες 1Β ή 2Β θα πρέπει να είναι σε θέση να άγουν τα ρεύματα με ασφάλεια χωρίς να χειροτερεύει η λειτουργία τους. Διάφορα κατάλληλα μέτρα θα πρέπει να παρθούν για να μεταφέρονται τα ρεύματα γύρω από τους μεντεσέδες. Πειράματα και εμπειρία είναι συχνά οι μοναδικοί μέθοδοι για το αν οι μεντεσέδες μπορούν να αντέξουν υπερβολική ζημιά. Αργά περιστρεφόμενα ενώσεις συχνά μπορεί να υποστούν βαθουλώματα και ζημιά συγκόλλησης στην επιφάνεια των ρουλεμάν. Κατά την διάρκεια δοκιμών στο εργαστήριο, συγκόλληση των ρουλεμάν μπορεί να συμβεί, αλλά η συγκόλληση είναι σπάνια τόσο σοβαρή ώστε η ένωση δεν μπορεί να σπάσει παρά μόνο με δυνάμεις επαγόμενες από τον πιλότο ή από το σύστημα ελέγχου. Η συγκόλληση που μπορεί να εμφανιστεί κατά την διάρκεια δοκιμών, αναπαριστά μία υπερβολικά δυσμενή κατάσταση, ειδικά αν αναλογιστούμε ότι επιφάνειες ελέγχου κατά την πτήση μπορεί να δονούνται ή να μετακικούνται κατά την διάρκεια του κεραυνικού πλήγματος, γεγονός το οποίο μειώνει το φαινόμενο συγκόλλησης και μπορεί να εμποδίσει τον σχηματισμό στάσιμης συγκόλλησης. Μεντεσέδες με πολλά σημεία επαφής, όπως οι συνεχείς μεντεσέδες, είναι ικανοί να άγουν με ασφάλεια κεραυνικά ρεύματα χωρίς να θέτουν σε κίνδυνο την πτήση ή την προσγείωση. Στις περισσότερες περιπτώσεις, όλοι οι μεντεσέδες και τα ρουλεμάν θα πρέπει να ελεγχθούν σε έναν προκαθορισμένο χρόνο μετά από ένα κεραυνικό πλήγμα για να εκτιμηθεί η αναγκαιότητα αντικατάστασης ή επιδιορθώσεων. Οι μεντεσέδες και τα ρουλεμάν των περισσότερων επιφανειών ελέγχου των αεροσκαφών είναι σε θέση να αντέξουν την αγωγή κεραυνικών ρευμάτων χωρίς ειδικές τεχνικές προστασίας. Τα κεραυνικά ρεύματα μπορούν να συγκολλούν κινούμενα μέρη μεταξύ τους, αλλά γενικά το σημείο συγκόλλησης θα είναι αρκετά μικρό ώστε να ελευθερώθει η ένωση. Εαν οι δοκιμές δείχνουν ότι υπερβολική ζημιά θα μπορούσε να συμβεί, επιπλέον αγωγιμότητα θα πρέπει να παρασχεθεί. Η πιο αποτελεσματική μέθοδος για να παρέχουμε την επιπλέον αγωγιμότητα είναι να προσθέσουμε επιπλέον περιοχές επαφής στους μεντεσέδες ή αλλιώς με επιπλέον μεντεσέδες. Άλτης (jumper): Τα jumpers συχνά εγκαθίστανται κατά μήκος των μεντεσέδων. Σε πολλές περιπτώσεις ωστόσο τα jumpers δεν μειώνουν το ρεύμα στους μεντεσέδες. Ο λόγος για αυτό είναι ότι το κεραυνικό ρεύμα ακολουθεί τον δρόμο της μικρότερης αυτεπαγωγής παρά τον δρόμο της μικρότερης αντίστασης και τα jumper σχεδόν πάντα περιλαμβάνουν μακρύτερους και με μεγαλύτερη αυτεπαγωγή δρόμους σε σύγκριση με δρόμους κατά μήκος των μεντεσέδων. Οι παρακάτω παράγραφοι παρέχουν μία σύνοψη των διαφόρων πειραμάτων που έχουν γίνει σε μεντεσέδες και ρουλεμάν που χρησιμοποιούνται συνήθως σε εγκαταστάσεις μικρών αεροσκαφών 4.7.1 Εγκατάσταση με συνεχείς μεντεσέδες Αυτό το παράδειγμα αντιπροσωπεύει μία τυπική εγκατάσταση με συνεχείς μεντεσέδες. Ο σκελετός του αεροπλάνου ήταν κατασκευασμένος με συνθετικά υλικά ενισχυμένα με φίμπεργκλας, με ένα προστατευτικό κάλυμμα από εκτεταμμένα φύλλα αλουμινίου 0.016lb/ft^2, το οποίο παρείχε αγωγιμότητα. Το μήκος του μεντεσέ ήταν 12 ίντσες και είχε καρφιά εγκατεστημένα ανά ίντσα. 82

Το πείραμα διενεργήθηκε για να εκτιμηθούν τα κεραυνικά ρεύματα που ρέουν στην ζώνη 1Α σε μία τυπική εγκατάσταση με συνεχείς μεντεσέδες. Το ρεύμα που εφαρμόστηκε κατά την δοκιμή ήταν ακριβώς 133kΑ του στοιχείου Α και 10 coulomb του στοιχείου Β. Αποτελέσματα των δοκιμών: Οι μεντεσέδες παρέμειναν λειτουργικοί με μοναδική συνέπεια την απώλεια ενός μέρους του εκτεταμμένου φύλλου αλουμινίου γύρω από τους συνδετήρες ή την εγκατάσταση των μεντεσέδων. Η κατασκευή από φίμπεργκλας δεν έπαθε ζημιά από τα ρεύματα και οι μεντεσέδες παρέμειναν σταθερά συνδεδεμένοι. Οι φωτογραφίες που ακολουθούν δείχνουν τα αποτελέσματα του πειράματος που διενεργήθηκε. Σχήμα 20 Τοπική ζημιά γύρω από τα εκτεταμένα ελάσματα [4] Σχήμα 21 κάτω άκρο του μεντεσέ μετά το πείραμα [4] 4.7.2 Μεντεσέδες στην διεπαφή των πτερυγίων καμπυλότητας Τα φτερά από φίμπεργκλας και τα πτερύγια καμπυλότητας χρησιμοποιούσαν εκτεταμένα φύλλα αλουμινίου για να παρέχουν μία αγώγιμη διαδρομή. Το σχήμα που ακολουθεί παρουσιάζει ένα 83

σχεδιάγραμμα της εγκατάστασης. Η εγκατάσταση δέχτηκε ένα κεραυνικό ρεύμα ζώνης 2Β κατά την διάρκεια των δοκιμών. Οι δοκιμές είχαν σαν συνέπεια την απώλεια μέρους του εκτεταμμένου φύλλου στην περιοχή κοντά στους μεντεσέδες λόγω της τοπικής υψηλής πυκνότητας ρεύματος. Ένα δεύτερο στρώμα από εκτεταμμένο αλουμίνιο ή ένα πιο πυκνό στρώμα από εκτεταμμένο αλουμίνιο, θα είχε μειώσει την απώλεια του εκτεταμμένου φύλλου κοντά στα σημεία σύνδεσης των μεντεσέδων. Φωτογραφίες από την κατάσταση μετά τις δοκιμές φαίνονται στο σχήμα που ακολουθεί Σχήμα 22 η συσκευή που εξετάζουμε [4] 84

Σχήμα 23 Η περιοχή στην οποία προκλήθηκε ζημιά [4] 4.7.3 Μεντεσέδες σε καλύπτρες Το πείραμα διενεργήθηκε για την εκτίμηση κεραυνικού πλήγματος σε τυπικούς μεντεσέδες της καλύπτρας. Κεραυνικά ρεύματα ζώνης 1Α άγονταν από τους μεντεσέδες της καλύπτρας. Στο αεροσκάφος δύο μεντεσέδες μοιράζονταν τα κεραυνικά ρεύματα, κατά συνέπεια αναμένονταν σαν χειρότερη περίπτωση ρεύματα μεγέθους 133kA το οποίο σημαίνει ότι το μέγιστο ρεύμα που θα περάσει από ένα μεμονωμένο μεντεσέ θα είναι τα 2/3 του συνολικού ρεύματος. Η καλύπτρα και η γειτονική κατασκευή της ατράκτου ήταν κατασκευασμένα από σύνθετα από φίμπεργκλας με εκτεταμμένα φύλλα αλουμινίου στην εξωτερική επιφάνεια. Αφού διενεργήθηκαν τα πειράματα δεν προέκυψε κάποια εμφανής ζημιά στην κατασκευή από φίμπεργκλας. Παρατηρήθηκαν σημάδια στους μεντεσέδες ως συνέπεια της δημιουργίας ηλεκτρικού τόξου, ωστόσο οι μεντεσέδες συνέχισαν να λειτουργούν κανονικά. Τα σχήματα που ακολουθούν δείχνουν τα αποτελέσματα στις καλύπτρες που χρησιμοποιήθηκαν για τα πειράματα 85

Σχήμα 24 Μεντεσέδες στην καλύπτρα μετά το πείραμα [4] Σχήμα 25 Η συσκευή που εξετάζουμε μετά το πείραμα [4] 86

4.8 Κυψέλες καυσίμων από σύνθετα Όπως έχουμε δει η κύρια πρόκληση στην σχεδίαση κυψελών καυσίμου για αεροσκάφη είναι η προστασία του συστήματος καυσίμων από ανάφλεξη λόγω των κεραυνών. Θα εξετάσουμε σε αυτό το κεφάλαιο κατάλληλες μεθόδους για την προστασία κυψελών καυσίμου (από σύνθετα υλικά) από ανάφλεξη λόγω κεραυνικών πληγμάτων. Σε αεροσκάφη μεταλλικής κατασκευής δεν έχουν παρατηρηθεί σημαντικά προβλήματα και αυτό γιατί αυτά συνήθως χρησιμοποιούνε υψηλής ηλεκτρικής αγωγιμότητας ελάσματα αλουμινίου στις δεξαμενές καυσίμων. Σε αεροπλάνα όμως από σύνθετα όπως CFC και πολύ περισσότερο από μη αγώγιμα σύνθετα όπως φίμπεργκλας και άραμιντ, η ζημιά θα είναι πολύ πιο σοβαρή και αυτό γιατί οι εκφορτώσεις μπορούν πιο εύκολα να περάσουν στο εσωτερικό και να προκαλέσουν ανάφλεξη [7] Η προστασία των συστημάτων καυσίμων θα περιλαμβάνει μία από τις παρακάτω προσεγγίσεις [7]: 1) Συγκράτηση: σχεδίαση της κατασκευής ώστε να μπορεί να συγκρατεί την επακόλουθη υψηλή πίεση χωρίς να σπάει 2) Αδρανές αέρια: έλεγχος της ατμόσφαιρας στο σύστημα καυσίμου ώστε να είναι σίγουρο ότι δεν θα μπορέσει να αναπτυχθεί ανάφλεξη 3) Υλικά πυρόσβεσης: σε περίπτωση που αναπτυχθεί ανάφλεξη, θα πρέπει να υπάρχουν υλικά που εμποδίζουν την εξάπλωση της φλόγας Αυτές οι προσεγγίσεις περιλαμβάνουν την επιλογή υλικών της κατασκευής, αλλαγές στην σχεδίαση της κατασκευής της ατράκτου και, ίσως, μεθόδους για την αποφυγή επαφής ανάμεσα σε πηγές ανάφλεξης και ατμούς των καυσίμων. Επιτυχής εφαρμογή αυτών των μέτρων απαιτεί ο σχεδιαστής του συστήματος καυσίμου να δουλέψει στενά με τον σχεδιαστή της κατασκευής της ατράκτου και όσο το δυνατόν πιο νωρίς. Αλλαγές στην σχεδίαση της κατασκευής για την ελάττωση προβλημάτων της αντικεραυνικής προστασίας μπορεί να επιφέρουν σημαντική μείωση στο βάρος και το κόστος, αλλά αυτά τα πλεονεκτήματα δεν θα τα αποκτήσουμε αν οι αλλαγές δεν γίνουν νωρίς στην διαδικασία σχεδίασης. Η σχεδίαση της κατασκευής θα πρέπει να καλύπτει αρκετές απαιτήσεις και μερικά χαρακτηριστικά της αντικεραυνικής προστασίας μπορεί να αντικρούουν διάφορες απαιτήσεις. Οι παρακάτω προσεγγίσεις θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν στην σχεδίαση στο βαθμό ώστε να μειώσουν πιθανές πηγές ανάφλεξης μέσα στις δεξαμενές καυσίμων. 1) σχεδίαση της δεξαμενής καυσίμου ώστε να μειωθεί ο αριθμός ενώσεων, στηριγμάτων και άλλων πιθανών πηγών τόξων και σπινθήρων 2) παροχή επαρκούς ηλεκτρικής αγωγιμότητας ανάμεσα σε γειτονικές περιοχές της κατασκευής 3) παροχή ενός φράγματος που θα διαχωρίζει το τόξο ή τους σπινθήρες από τους ατμούς των καυσίμων 4) σχεδίαση των στοιχείων του συστήματος καυσίμου ώστε να διακόπτεται το ρεύμα 4.8.1 Σχεδίαση της δεξαμενής καυσίμων Όπως θα δειχτεί και στις επόμενες παραγράφους, οι περισσότερες πηγές ανάφλεξης σχετίζονται με ενώσεις και στηρίγματα διαφόρων ειδών. Εφόσον είναι δυνατό, ενώσεις και στηρίγματα θα πρέπει να μην υπάρχουν σε περιοχές με ατμούς καυσίμων. Εαν δεν μπορούν να εξαλειφθούν, θα πρέπει να σχεδιαστούν ώστε να μην σπιθίζουν. Εαν οι σπινθήρες δεν μπορούν να εξαλειφθούν, τα στηρίγματα 87

θα πρέπει να σφραγιστούν ώστε να μην μπορούν να έρθουν σε επαφή με τους ατμούς. Εξάλειψη στηριγμάτων Τα σχήματα δείχνουν πως οι δοκοί και τα καμπυλωτά τμήματα μπορούν να επανατοποθετηθούν ώστε να εξαλειφθεί η διείσδυση των στηριγμάτων στην δεξαμενή καυσίμων. Αυτή η προσέγγιση μπορεί να εξαλείψει πιθανή διαρροή καυσίμων αλλά και να εξαλείψει τις πηγές ανάφλεξης, αν και η πιθανότητα διαρροών λόγω του λυγίσματος των καμπυλωτών τμημάτων θα πρέπει να ληφθεί υπόψιν. Σχήμα 26 Σχεδίαση της επιφάνειας ώστε να μειωθούν οι πιθανές πηγές ανάφλεξης [4] 88

Σχήμα 27 Σχεδίαση της επιφάνειας ώστε να μειωθούν οι πιθανές πηγές ανάφλεξης [4] Θα πρέπει να δοθεί προσοχή ώστε οι άκρες των δοκών και οι διεπαφές των καμπυλωτών τμηματών, να μην είναι πιθανές πηγές δημιουργίας τόξου ή σπινθήρων. Αυτό συμβαίνει συνήθως με την χρήση ηλεκτρικά μονωμένων, με αντοχή στην διάβρωση, φινιρισμάτων όπως και με την χρήση στεγανωτικών υλικών που χρησιμοποιούνται για να διαχωρίζουν δύο περιοχές. Ακόμα στεγανωτικές ουσίες τύπου πολυσουλφίδιου (polysulfide) είναι συχνά απαραίτητες σε στηρίγματα. Οι προσεγγίσεις που φαίνονται στα σχήματα είναι εφαρμόσιμες σε κατασκευές CFC και μεταλλικές. Κεραυνικά ρεύματα σε στηρίγματα σε κατασκευές CFC μπορεί να είναι μεγαλύτερα από κατασκευές αλουμινίου λόγω του ότι οι χρόνοι διάδοσης του ρεύματος σε CFC είναι πολύ μικρότεροι από το αλουμίνιο και το περισσότερο ρεύμα τείνει να ρέει σε στοιχεία εσωτερικών κατασκευών όπως ιστούς και καμπυλωτά τμήματα. Επίσης, είναι συνήθως πιο δύσκολο να γίνει ηλεκτρική επαφή σε μέρη CFC χωρίς να δημιουργούνται τόξα. Αυτές οι προσεγγίσεις μπορεί να 89

είναι πιο αναγκαίες σε κατασκευές CFC παρά σε αλουμινίου Ομοίως, οι πυκνότητες των κεραυνικών ρευμάτων σε κατασκευές μικρού μεγέθους, γενικού τύπου αεροσκάφων ή μικρών ελικοπτέρων θα είναι αναλόγως υψηλότερα από τις πυκνότητες των κεραυνικών ρευμάτων σε μεγαλύτερα μεταφορικά αεροσκάφη που υπόκεινται στο ίδιο ποσό κεραυνικού ρεύματος. Μη αγώγιμα καμπυλωτά τμήματα Μία άλλη μέθοδος, που δείχνεται στο παρακάτω σχήμα παρουσιάζει την χρησιμοποίηση του φίμπεργκλας ή σύνθετων ενισχυμένων με ίνες άραμιντ για την κατασκευή καμπυλωτών τμημάτων μέσα σε μία δεξαμενή καυσίμων σε ένα φτερό. Σε αυτήν την περίπτωση, τα κεραυνικά ρεύματα τείνουν να μην ρέουν στα στηρίγματα επειδή αυτά στηρίζονται πάνω σε μη αγώγιμες εσωτερικές επιφάνειες και δεν συνιστούν οδούς ροής του ρεύματος. Λόγοι μηχανικής αντοχής μπορεί να οδηγήσουν στην χρησιμοποίηση άλλων υλικών για δοκούς και καμπυλωτά τμήματα. Εάν είναι έτσι, διάφορες άλλοι μέθοδοι θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν για να διακόπτεται η ροή του ρεύματος στα στηρίγματα. 90

Σχήμα 28 (α) μη αγώγιμοι δοκοί (β) μη αγώγιμοι δεσμοί (γ) μη αγώγιμα ελάσματα [4] Μη αγώγιμοι δεσμοί στο παραπάνω σχήμα (κάτω αριστερά) δείχνεται η χρησιμοποίηση μη αγώγιμων δεσμών, μερικές φορές αποκαλούνται και μεταλλικοί συνδετήρες, για την διακοπή της ροής του ρεύματος ανάμεσα στην επιφάνεια και την εσωτερική κατασκευή, οι οποίες είναι αγώγιμες. Αυτό επιτρέπει σε αυτά τα 91

στοιχεία να παραμείνουν αγώγιμα, και εξασφαλίζει ότι τα κεραυνικά ρεύματα θα παραμείνουν στην επιφάνεια της κατασκευής και θα εξαλειφθούν πιθανές πηγές τόξων στους συνδετήρες. Αποφυγή σπινθήρων στα στηρίγματα Εαν δεν είναι δυνατό να χρησιμοποιηθούν μη αγώγιμοι δεσμοί, το παραπάνω σχήμα (κάτω δεξιά) δείχνει μία μέθοδο για τον έλεγχο των σπινθήρων στα στηρίγματα. Ενα μη αγώγιμο στρώμα ή πολλαπλά στρώματα συνδέονται στην εσωτερική επιφάνεια του μεταλλικού στηρίγματος. Αυτό αποτρέπει το ρεύμα από το να ρέει από το στήριγμα στο πίσω μέρος του μεταλλικού συνδετήρα. Οι σχεδιάσεις που φαίνονται στα σχήματα είναι παραδείγματα των τύπων των προσεγγίσεων που χρησιμοποιούνται για την εξάλειψη πιθανών πηγών ανάφλεξης. Αυτές οι μέθοδοι αποφεύγουν την χρήση υπερβολικά πολύς επίστρωσης στεγανωτικής ουσίας η οποία αυξάνει το κόστος και το βάρος και λόγω του ότι αυτές οι επιστρώσεις δεν διαρκούν για πάντα. Μιας και η επιτυχία εξαρτάται από πολλούς παράγοντες όπως διαστάσεις, διάκενο κτλ η απόδοση των μεθόδων δεν μπορεί να εκτιμηθεί. Κάθε καινούργια σχεδίαση θα πρέπει να εξεταστεί μέσω δοκιμών. Όταν χρησιμοποιούνται ηλεκτρικά μονωμένα υλικά για να εμποδίζουν την ροή ηλεκτρικού ρεύματος, θα πρέπει να ληφθεί υπόψιν ότι θα πρέπει να επιτρέπονται οδοί ροής του ρεύματος ανάμεσα σε ακρότητες όπως μύτη, ουρά, φτερά και χείλοι εκφυγής και επιφάνειες ελέγχου. Έτσι μη αγώγιμα στοιχεία μπορεί να χρησιμοποιηθούν μέσα σε μία δεξαμενή από CFC, αλλά η επιφάνεια της δεξαμενής και συχνά οι κύριοι δοκοί θα πρέπει να κατασκευαστούν από αγώγιμα υλικά ικανά να άγουν κεραυνικά ρεύματα. 4.8.1.1 Παροχή επαρκούς ηλεκτρικής επαφής Ο κύριος τρόπος μεταφοράς ρεύματος ανάμεσα στα κατασκευαστικά στοιχεία της δεξαμενής καυσίμων είναι μέσω στηριγμάτων. Όταν το ρεύμα άγεται μέσα από τα στηρίγματα, μπορεί να παραχθούν διάφορα παράγωγα του ηλεκτρικού τόξου, όπως πλάσματα ιονισμένου αέρα, εξατμισμένα ή λιωμένα μέταλλα και/ή σύνθετα υλικά εποξικών ινών. Οποιοδήποτε από αυτά τα προιόντα του ηλεκτρικού τόξου μπορεί να είναι αρκετά ζεστό ώστε να αναφλεγούν οι ατμοί των καυσίμων. Ο βασικός μηχανισμός δείχνεται στο παρακάτω σχήμα. Το κεραυνικό ρεύμα άγεται από το ένα μέρος στο άλλο μέσω των στηριγμάτων, περικόχλιων και των ροδελών. Με πυκνότητες ρεύματος εκατοντάδων ή χιλιάδων αμπέρ ανά στήριγμα, το ηλεκτρικό τόξο θα συμβεί στα σημεία επαφής ανάμεσα στο στήριγμα και τα μέρη του στηρίγματος. Εαν το στήριγμα στηρίζεται σε γυμνό μέταλλο, το κατώφλι του ηλεκτρικού τόξου (αμπέρ ανά στήριγμα) θα μπορούσε να αυξηθεί. Ωστόσο, γυμνά (χωρίς επίστρωση) μέρη δεν υφίστανται σχεδόν ποτέ σε αεροσκάφη λόγω της πιθανότητας διάβρωσης. 92

Σχήμα 29 Δημιουργία τόξων στις διεπαφές των στηριγμάτων [4] 93

Διατήρηση της πυκνότητας του ρεύματος σε χαμηλά επίπεδα Μία μέθοδος για να μειωθεί το ηλεκτρικό τόξο σε ένα στήριγμα είναι η διατήρηση της πυκνότητας του ρεύματος στο στήριγμα σε χαμηλά επίπεδα. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με το να χρησιμοποιούνται στηρίγματα όσο το δυνατό πιο μεγάλα για να μεγιστοποιηθεί η επιφάνεια επαφής ανάμεσα στο στήριγμα και την περιοχή ένωσης στην επιφάνεια του αεροσκάφους. Η ένταση του ηλεκτρικού τόξου μπορεί επίσης να μειωθεί με το να επιτρέπεται το ρεύμα να μοιράζεται σε πολλά στηρίγματα. Με έναν μεγάλο αριθμό στηριγμάτων στην οδό ροής του ρεύματος, το ρεύμα σε κάθε στήριγμα θα είναι μικρότερο. Το κεραυνικό ρεύμα δεν ισομοιράζεται στα στηρίγματα στις περισσότερες σχεδιάσεις, μιας και η συνολική πυκνότητα του ρεύματος μειώνεται με την απόσταση από τα σημεία εισόδου/εξόδου του κεραυνού. Δεν υπάρχουν αξιόπιστες μέθοδοι ανάλυσης για τον υπολογισμό της διανομής του ρεύματος στα στηρίγματα. Εκτιμήσεις μπορεί να γίνουν από την εμπειρία του μηχανικού. Περιορισμός του τόξου: όπως έχει σημειωθεί νωρίτερα, συγκεκριμένες μέθοδοι σχεδίασης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την μείωση της έντασης του τόξου σε αγώγιμες διεπαφές. Αυτές οι μέθοδοι μπορεί να αποτρέψουν την ανάφλεξη σε επίπεδα ρεύματος μικρά ή μεσαία, αλλά σε μεγαλύτερα επίπεδα, η αύξηση της πίεσης του τόξου μπορεί να είναι αρκετή ώστε να ανατιναχτούν τα προιόντα του τόξου στην περιοχή των ατμών του καυσίμου. Για αυτόν τον λόγο, είναι γενικά απαραίτητο να εφαρμοστεί ένα φράγμα ανάμεσα στις πηγές του ηλεκτρικού τόξου και στις περιοχές των ατμών των καυσίμων. Περιορισμός με στεγανωτικές ουσίες: η πιο συνηθισμένη μέθοδος περιορισμού είναι η προσθήκη ενός επιστρώματος από στεγανωτική ουσία πάνω από την επιφάνεια των συνδετήρων. Η ιδέα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Έμφαση θα πρέπει να δοθεί στο ότι η στεγανωτική ουσία δεν εξαλείφει τα τόξα που παράγονται αλλά συγκρατεί τα προιόντα του τόξου ώστε να μην έρθουν σε επαφή με τους ατμούς των καυσαερίων. Η προστασία αυξάνεται καθώς η πυκνότητα της στεγανωτικής ουσίας που εφαρμόζεται αυξάνεται, αν και υπάρχει ένα πρακτικό όριο στην ποσότητα της στεγανωτικής ουσίας η οποία μπορεί να εφαρμοστεί λόγω του πρόσθετου βάρους και του κόστους εργασίας και των υλικών. Η αποτελεσματικότητα του επιστρώματος εξαρτάται από την ικανότητα του εγκαταστάτη. Το στήριγμα θα πρέπει να καλυφθεί με επίστρωση χωρίς να υπάρχουν κενά ή περιοχές όπου η επίστρωση είναι λίγη. Παραδείγματα αποδεκτών και μη αποδεκτών καλύψεων για στηρίγματα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Στο (α) φαίνονται οι στεγανωτικές ουσίες που εφαρμόζονται στις πλευρές του στηρίγματος, αλλά όχι επαρκούς ποσότητας για την αποφυγή διαρροής πίεσης του τόξου μέσω της στεγανωτικής ουσίας ή στις διεπαφές ανάμεσα στις στεγανωτικές ουσίες και το στήριγμα. Αυτό αλλάζει, όπως φαίνεται στο (b), με την εφαρμογή μίας επίστρωσης αρκετά πυκνής ώστε να αποτρέψει να περάσουν τα προϊόντα του τόξου. Επιπρόσθετα, η στεγανωτική ουσία έχει επιμηκυνθεί πάνω από την κεφαλή του στηρίγματος εξαλείφοντας έτσι την πιθανότητα να περάσουν τα προϊόντα του τόξου μέσω της στεγανωτικής ουσίας σε αυτήν την περιοχή. 94

Σχήμα 30 οδηγίες για την επικάλυψη των στηριγμάτων [4] Τα πλεονεκτήματα των στεγανωτικών ουσιών είναι: 1) Μπορεί να εφαρμοστούν για την αποφυγή διαρροών. Περιορισμός του τόξου και των σπινθήρων μπορεί μόνο να απαιτεί ότι θα αυξηθεί το πάχος της στεγανωτικής ουσίας ή ότι θα εφαρμοστεί σε μία πιο πλατιά περιοχή. 2) Εφαρμόζονται εύκολα 3) Μπορεί να εφαρμοστούν σε υπάρχουσες σχεδιάσεις Μειονεκτήματα είναι: 1) Η εφαρμογή εξαρτάται από τον χειριστή 2) Αυξάνουν το βάρος και το κόστος 3) Η προστασία μπορεί να μειωθεί με την πάροδο του χρόνου και το λύγισμα της κατασκευής Περιορισμός με στηρίγματα: αν και το ηλεκτρικό τόξο μπορεί να εμφανιστεί σε κάθε σημείο επαφής ανάμεσα στο στήριγμα και την κατασκευή από CFC, το πιο σημαντικό τόξο εμφανίζεται ανάμεσα στην λαβή του στηρίγματος και την επιφάνεια. Η πίεση τότε θα αυξάνεται στην περιοχή και μπορεί να περάσει από το περικόχλιο ή την ροδέλα του στηρίγματος στους ατμούς της δεξαμενής καυσίμου. Μία μέθοδος για τον περιορισμό αυτών των προϊόντων είναι να χρησιμοποιηθούν στηρίγματα τα οποία παρέχουν μηχανικό στεγανωτικό παρέμβυσμα Αυτά τα στηρίγματα κατασκευάζονται με ένα παρέμβυσμα για να περιέχουν τα προϊόντα του ηλεκτρικού τόξου τα οποία προκαλούνται από την επαφή του στηρίγματος με την κατασκευή. Το τόξο μπορεί να εμφανιστεί ανάμεσα σε επιφάνειες σε κοντινή απόσταση, όπως ανάμεσα στο στήριγμα και την επιφάνεια όπως φαίνεται στα σχήματα, αλλά ηλεκτρικά μη αγώγιμες ουσίες επίχρισης στην επιφάνεια μπορεί να βοηθήσουν στην αποφυγή αυτού του προβλήματος. Οι εγκαταστάσεις θα πρέπει να δοκιμαστούν 95

Τα επίπεδα κατωφλίου του τόξου σε στηρίγματα με στεγανωτικό παρέμβυσμα και καρφιά είναι γενικά υψηλότερα από παρόμοιους στηρίγματα χωρίς καρφιά. Αυτό οφείλεται στον συνδυασμό του στεγανωτικού παρεμβύσματος το οποίο εμποδίζει την ανάπτυξη των προϊόντων στην περιοχή των ατμών των καυσαερίων, και στην εξάλειψη των καρφιών τα οποία είναι η πηγή του τόξου όταν ρεύματα με υπολογίσιμο μέγεθος άγονται από τον συνδετήρα. Αν και τα επίπεδα κατωφλίου του τόξου των στηριγμάτων έχει δειχτεί ότι είναι περίπου 5kΑ τα επίπεδα που επιτυγχάνονται από στηρίγματα χωρίς καρφιά έχει δειχτεί ότι είναι 3 έως 4 φορές μεγαλύτερα. Διεπαφές στην κατασκευή: επίστρωση στεγανωτικής ουσίας θα πρέπει επίσης να εφαρμόζεται σε διεπαφές, τουλάχιστον σε εξωτερικές επιφάνειες όπου οι πυκνότητες των κεραυνικών ρευμάτων είναι υψηλότερες. Σε δεξαμενές κατασκευασμένες από αλουμίνιο, επιστρώσεις από ηλεκτρικά μη αγώγιμα φινιρίσματα σε διεπαφές μπορεί να έχει ως αποτέλεσμα την δημιουργία τόξου λόγω της φτωχής ηλεκτρικής επαφής. Για δεξαμενές από CFC, το τόξο μπορεί να δημιουργηθεί από μη αγώγιμες ρητίνες και κολλητικές ουσίες που χρησιμοποιούνται για τις κατασκευές. Το τόξο μπορεί να συμβεί λόγω της ανεπαρκούς ηλεκτρικής επαφής ανάμεσα σε στοιχεία και οι σπινθήρες μπορεί να συμβούν λόγω των διαφορετικών τάσεων ανάμεσα στα στοιχεία. Προτεινόμενες διαστάσεις των στεγανωτικών ουσιών φαίνονται στο σχήμα Επίπεδα κατωφλίου τόξου και σπινθήρων εξαρτώνται από διάφορους παράγοντες όπως: 1) 2) 3) 4) 5) 6) τύπος του υλικού της επιφανείας πυκνότητα της επιφανείας πυκνότητα της ουσίας πρώτης επίχρισης και της τελικής κατάστασης της επιφανείας μέγεθος του ρεύματος διαχωρισμός του ρεύματος στα στοιχεία της κατασκευής πληρότητα της κάλυψης της στεγανωτικής ουσίας στην δεξαμενή καυσίμων Τα επίπεδα κατωφλίου στα οποία συμβαίνουν τόξα και σπινθήρες σε καινούργιες σχεδιάσεις αεροπλάνων μπορεί να εκτιμηθεί από ομοιότητα με άλλες σχεδιάσεις για τις οποίες υπάρχουν βάσεις δεδομένων. Παρόλαυτα, ο σχεδιαστής δεξαμενών καυσίμων θα πρέπει να είναι προσεκτικός όταν θεωρεί ότι μία σχεδίαση είναι όμοια με μία παλαιότερη. Οποιεσδήποτε διαφορές σε υλικά, πυκνότητες, επιστρώσεις ή αριθμό στηριγμάτων θα αλλάξουν την σύνθετη αντίσταση και τις οδούς του ρεύματος μέσα στην δεξαμενή, τα οποία μπορεί να αλλάξουν τα επίπεδα κατωφλίου. Η πυκνότητα ρεύματος σε ένα συγκεκριμένο σετ στηριγμάτων μπορεί να εκτιμηθεί από μαθηματικές τεχνικές αλλά ο καθορισμός του ρεύματος είναι αδύνατος λόγω της πολυπλοκότητας των οδών ροής του ρεύματος και την δυσκολία περιγραφής τους μαθηματικά. Μιας και υπάρχει αβεβαιότητα για την αξιοπιστία αυτών των υπολογισμών, είναι γενικά καλύτερο οι σχεδιάσεις να βασίζονται στην ομοιότητα ή στην ανάλυση συνεπικορούμενα από πειραματικά δεδομένα. 4.8.1.2 Καπάκια γεμίσματος Τα καπάκια γεμίσματος παρουσιάζουν μία σειρά προβλημάτων όσον αφορά την αντικεραυνική τους προστασία. Σε μία προσπάθεια να μην διαρέει υγρό, θα πρέπει να υπάρχει στεγανωτικό παρέμβυσμα ανάμεσα στο καπάκι και τον προσαρμογέα της δεξαμενής. Εαν ο κεραυνός έρχεται σε 96

επαφή με το καπάκι (τυπικά είναι αγώγιμο) υπάρχει πιθανότητα διμιουργίας σπινθήρων κατά μήκος του στεγανωτικού παρεμβύσματος. Επιπλέον, ένα κορδόνι χρησιμοποιείται για να διατηρείται το καπάκι και να μην χάνεται. Συνήθως κατασκευασμένο από μικρού διαμετρήματος αλυσίδα, το κορδόνι παρουσιάζει ένα ελκυστικό περιβάλλον για την διμιουργία σπινθήρων σε περίπτωση κεραυνικής επαφής Υπάρχει μία ποικιλία μεθόδων για να αντιμετωπιστούν αυτές οι δυσκολίες Ένα καπάκι προστατευμένο από τους κεραυνούς θα πρέπει να είναι από πλαστικό στο εσωτερικό του, ώστε να μην υπάρχουν μεταλλικές επιφάνειες κατά μήκος των οποίων μπορεί να εκκινήσουν σπινθήρες. Εάν απαιτείται κορδόνι για να διατηρήσει το καπάκι στην θέση του θα πρέπει να είναι κατασκευασμένο από πλαστικό. Εναλλακτικά μπορεί να χρησιμοποιηθούν ηλεκτρικά μη αγώγιμοι προσαρμογείς τύπου O-ring οι οποίοι αποτρέπουν την διαρροή καυσίμων. Εάν πέσει κεραυνός στο καπάκι, τα ρεύματα θα πάνε από το καπάκι στον γειτονικό προσαρμογέα μιας και το παρέμβυσμα τύπου O-ring αποτρέπει απευθείας ηλεκτρική επαφή ανάμεσα στα δύο μέρη. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα καπάκι το οποίο είναι παντού κατασκευασμένο από πλαστικό αποτρέποντας έτσι οποιαδήποτε επαφή με το ηλεκτρικό τόξο. Καπάκια ειδικά προστατευμένα από κεραυνούς θα πρέπει να χρησιμοποιούνται αν υπάρχει πιθανότητα να δεχτούν κεραυνικό πλήγμα. Αυτό μπορεί να συμβεί αν το καπάκι είναι στις ζώνες 1Α, 1Β, 2Α ή 2Β. 4.8.1.3 Πόρτες για την πρόσβαση στις δεξαμενές καυσίμων Όπως τα καπάκια γεμίσματος, οι πόρτες παρουσιάζουν μία σειρά δυσκολιών για τον σχεδιαστή. Οι πόρτες αυτές θα πρέπει να επιτρέπουν εγκατάσταση και συντήρηση του υλικού του συστήματος καυσίμων. Τέτοιες πόρτες συνήθως βρίσκονται στην εξωτερική επιφάνεια σε περιοχές που υπόκεινται σε άμεσους ή οπισθοδρομικούς οχετούς. Χωρίς προστασία, τέτοιες πόρτες είναι πιθανό να δημιουργούν σπινθήρες ανάμεσα στην πόρτα και το κάθετο στοιχείο κουφώματος. Δεδομένης της πιθανότητας ανάφλεξης του καυσίμου ή των ατμών των καυσίμων, είναι απαραίτητο οι πόρτες αυτές να προστατεύονται. Οι παρακάτω μέθοδοι χρησιμοποιούνται 1) θα πρέπει να αποφεύγεται η επαφή μέταλλο με μέταλλο σε περιοχές οι οποίες εκτίθενται στους ατμούς των καυσίμων 2) παροχή αρκετών οδών ροής του ρεύματος ανάμεσα στην πόρτα και τον προσαρμογέα και ανάμεσα στον προσαρμογέα και την περιβάλλουσα επιφάνεια, μακριά από τους ατμούς των καυσίμων. Αυτό συνήθως συμβαίνει μέσω των στηριγμάτων, τα οποία διαχωρίζονται από περιοχές καυσαερίων μέσω O-rings ή στεγανωτικών ουσιών 3) εφαρμογή στεγανωτικής ουσίας σε άλλες πιθανές πηγές τόξων ή σπινθήρων για να αποφευχθεί επαφή με τους ατμούς των καυσίμων. Τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των στεγανωτικών ουσιών έχουν συζητηθεί Οδηγίες σχεδίασης για τις πόρτες πρόσβασης: Οι παρακάτω οδηγίες χρησιμοποιούνται για να βοηθήσουν στην σχεδίαση για τις πόρτες 97

1) παροχή όσο το δυνατό πιο πολύς ηλεκτρικής επαφής μέσω καρφιών και στηριγμάτων ενώ οι οδοί ροής του ρεύματος μέσω των στηριγμάτων θα πρέπει να είναι όσο το δυνατό πιο σύντομοι 2) τα στηρίγματα θα πρέπει να απομονώνονται από περιοχές ατμών με μη αγώγιμα μηχανικά παρεμβύσματα ή στεγανωτικές ουσίες τύπου O-ring 3) όλα τα στηρίγματα θα πρέπει να έχουν επίστρωση με στεγανωτικές ουσίες Συμμόρφωση Οι σχεδόν άπειρες παράμετροι που σχετίζονται με την σχεδίαση των πορτών πρόσβασης καθιστούν αναγκαία την δοκιμή αυτών των εγκαταστάσεων Μία τυπική πόρτα θα πρέπει να δοκιμαστεί με πειράματα επαφής τόξου υψηλού ρεύματος για να καθοριστεί αν εκκινεί τόξο ή σπινθήρες στο εσωτερικό της πόρτας. Οι δοκιμές αυτές πρέπει να γίνουν τόσο στο κέντρο της πόρτας όσο και στα στηρίγματα της πόρτας. Αυτό έχει σκοπό να δείξει την επάρκεια του μηχανικού παρεμβύσματος του προσαρμογέα της πόρτας πρόσβασης και των στηριγμάτων της πόρτας. Οι δοκιμές μπορούν να γίνουν σε περιβάλλον με εύφλεκτα αέρια αλλά αν συμβεί ανάφλεξη θα είναι δύσκολο να καθοριστεί η πηγή. 4.8.2 Ενώσεις στις δεξαμενές καυσίμων: ειδικά προβλήματα Υψηλής πυκνότητας καρφιά ή στηρίγματα που χρησιμοποιούνται συνήθως για να ενώσουν επιφάνειες δεξαμενών καυσίμων με δοκούς και καμπυλωτά τμήματα θα πρέπει να είναι ικανά να άγουν ρεύματα οχετών 200kA ακόμα και αν μη αγώγιμες ουσίες πρώτης επίχρισης ή στεγανωτικές ουσίες είναι παρούσες ανάμεσα στις επιφάνειες Δεν υπάρχει κάποιος κανόνας για τον αριθμό των στηριγμάτων ανά ένωση τα οποία είναι απαραίτητα για την αποφυγή δημιουργίας ηλεκτρικού τόξου αλλά θεωρώντας περίπου 2 εώς 5 ka ανά στήριγμα μπορούμε να εκτιμήσουμε των αριθμό των στηριγμάτων τα οποία απαιτούνται για την μεταφορά κεραυνικών ρευμάτων χωρίς να δημιουργείται ηλεκτρικό τόξο. Γενικά είναι αποδεκτό ότι στηρίγματα μέσα στις δεξαμενές καυσίμων που δεν εκτίθενται σε άμεσα κεραυνικά πλήγματα (ζώνη 3) μπορούν να αντέξουν πυκνότητες ρεύματος χωρίς να εμφανίζεται ηλεκτρικό τόξο και χωρίς να χρειάζεται να τοποθετήσουμε υπερβολικά πολύ επίστρωση με την στεγανωτική ουσία. Στηρίγματα που βρίσκονται στην εξωτερική επιφάνεια (ζώνη 1 ή 2) θα πρέπει συνήθως να προστατεύονται και να αποδεικνύεται αυτό μέσω πειραμάτων Σε περιοχές με υψηλή πυκνότητα ρεύματος το τόξο συνήθως συμβαίνει σε διεπαφές ανάμεσα στο στήριγμα και την γειτονική κατασκευή και η εμφάνιση τέτοιων τόξων εξαρτάται από άλλα φυσικά χαρακτηριστικά όπως το υλικό της επιφανείας, η πυκνότητα της επιφανείας, η επίστρωση της επιφανείας και η στιβαρότητα του στηρίγματος. Πειράματα στα οποία προσωμοιωμένα κεραυνικά ρεύματα άγονται μέσω των ενώσεων θα πρέπει πάντα να γίνονται σε δείγματα ενώσεων που περιλαμβάνουν καινούργια υλικά ή σχεδιάσεις για να αποδειχτεί η επάρκεια της προστασίας. Τα επίπεδα κατωφλίου του τόξου των στηριγμάτων στην ζώνη 3: μέσω ενός προγράμματος της NASA, έγιναν πειράματα για τον καθορισμό των επιπέδων κατωφλίου των σπινθήρων τυπικών στηριγμάτων που χρησιμοποιούνται σε εγκαταστάσεις αεροσκαφών. Για εκείνα τα πειράματα, ενώσεις από αλουμίνιο συνδέθηκαν με ηλεκτρικά μη αγώγιμες στεγανωτικές ουσίες δεξαμενών 98

καυσίμων και συνδέθηκαν επίσης με ένα μόνο καρφί το οποίο είχε εγκατασταθεί με την ίδια στεγανωτική ουσία. Τα ρεύματα άγονταν από το ένα άκρο των ενώσεων και έβγαιναν από το άλλο άκρο. Όλο το ρεύμα κατευθυνόταν από το ένα στήριγμα μιας και η μη αγώγιμη στεγανωτική ουσία εξάλειψε οποιαδήποτε απευθείας ηλεκτρική επαφή ανάμεσα στις επιφάνειες. Κανένα επίστρωμα δεν εφαρμόστηκε στην κεφαλή του στηρίγματος. Τα πειράματα έδειξαν ότι τα επίπεδα κατωφλίου του ρεύματος των σπινθήρων ήταν 5kΑ ανά στήριγμα. Άρα μία πόρτα που έχει 40 στηρίγματα θα μπορούσε να άγει περίπου 200kA χωρίς να δημιουργούνται σπινθήρες αν το ρεύμα κατανεμόταν ισομερώς στα στηρίγματα. Στις περισσότερες περιπτώσεις όμως το ρεύμα δεν κατανέμεται ισομερώς αλλά συγκεντρώνεται σε εκείνα τα στηρίγματα που είναι πλησιέστερα στο σημείο επαφής ή εξόδου του κεραυνού Απευθείας επαφές: Η συζήτηση που προηγήθηκε αφορά ενώσεις που βρίσκονται στην ζώνη 3 οι οποίες θα πρέπει να άγουν ένα μέρος του κεραυνικού ρεύματος. Ενώσεις που βρίσκονται σε άλλες ζώνες μπορούν να δεχτούν απευθείας κεραυνικό πλήγμα. Είναι πιθανό το ηλεκτρικό τόξο να παραμείνει σε επαφή με ένα στήριγμα ή με ένα καρφί. Εάν αυτό συμβεί, το τόξο μπορεί να λιώσει ή να κάνει ζημιά στο στήριγμα/καρφί και την γειτονική κατασκευή. Εάν υπάρχουν ατμοί των καυσαερίων κάτω από την ένωση, η ένωση πρέπει να είναι μεγαλύτερη απ' ότι θα ήταν συνήθως. Οδηγίες για ενώσεις: Μερικές άλλες οδηγίες οι οποίες θα πρέπει να αναφερθούν για την σχεδίαση ενώσεων στις δεξαμενές καυσίμων είναι: 1) παροχή ηλεκτρικά αγώγιμων οδών στη κατασκευή έτσι ώστε τα κεραυνικά ρεύματα να άγονται χωρίς να δημιουργούνται μεγάλα τόξα και χωρίς να χρειάζεται να δημιουργούνται σπινθήρες σε μη αγώγιμες κολλητικές ή στεγανωτικές ουσίες. Συχνά αυτό θα γίνεται μέσω καρφιών ή αφαιρούμενων στηριγμάτων τα οποία πετυχαίνουν επαφή μετάλλου με μέταλλο. Θα πρέπει να υπάρχει επαρκής επαφή ανάμεσα σε όλα τα στηρίγματα στην οδό ροής του ρεύματος για να αποφευχθεί υπερβολικά μεγάλο τόξο και ζημιά στα στηρίγματα ή σε υλικά των γειτονικών κατασκευών. 2) Να μην τοποθετούνται υλικά σε περιοχές οι οποίες θα εκτρέπουν το κεραυνικό ρεύμα από τις οδούς ροής του ρεύματος ανάμεσα σε σημεία εισόδου και εξόδου. Τάσεις οι οποίες μπορεί να προκαλέσουν σπινθήρες θα αναπτυχθούν όπου υπάρχουν τέτοιες παρακάμψεις. Οι παρακάμψεις μέσω των στηριγμάτων που φαίνονται στο προηγούμενο σχήμα είναι αποδεκτές. Πιο εκτεταμένες οδοί μπορεί να μην είναι. 3) Να ληφθούν υπόψιν η γήρανση και η μηχανική καταπόνηση, τα οποία μπορεί να προκαλέσουν μειωμένη ηλεκτρική αγωγιμότητα. Συνεχής κάμψη των κατασκευών μπορεί να οδηγήσει στο χαλάρωμα μίας ένωσης σε βαθμό τέτοιο ώστε να συμβεί ηλεκτρικό τόξο. Για να εκτιμηθεί αυτή η πιθανότητα θα πρέπει να διενεργηθούν πειράματα σε δείγματα ενώσεων τα οποία έχουν υποστεί στο παρελθόν μηχανική καταπόνηση 4) να τοποθετηθεί επίστρωση σε όλες τις ενώσεις στην δεξαμενή καυσίμων με στεγανωτική ουσία για να περιοριστούν τα ηλεκτρικά τόξα και οι σπινθήρες που μπορεί να εκκινήσουν 5) η επαρκής αγωγιμότητα κεραυνικού ρεύματος σε μία ένωση δεν πρέπει να αποδεικνύεται από την μέτρηση της αντίστασης. Η αυτεπαγωγή παίζει έναν εξίσου σημαντικό ρόλο. Μετρήσεις της αντίστασης (ac ή dc) μπορεί να είναι χρήσιμες σαν εργαλείο ελέγχου της ποιότητας της κατασκευής αλλά δεν είναι χρήσιμες για τον καθορισμό της επάρκειας του κεραυνικού ρεύματος κατά μήκος της ένωσης 99

4.8.3 Στηρίγματα και διεπαφές σε αγωγούς Γραμμές ύδρευσης μέσα σε μία δεξαμενή καυσίμων θα άγουν συνήθως ένα μέρος από το κεραυνικό ρεύμα μιας και παρέχουν αγώγιμες οδούς σε επαφή με αγώγιμες επιφάνειες. Το ποσοστό του ρεύματος στους αγωγούς ύδρευσης εξαρτάται από την αντίσταση και την αυτεπαγωγή των οδών ροής του ρεύματος σε σύγκριση με τις οδούς γειτονικών κατασκευών. Τα ρεύματα στις γραμμές ύδρευσης μέσα σε μεταλλικά αεροσκάφη μπορεί να είναι μικρά, μερικές δεκάδες ή εκατοντάδες αμπέρς, αλλά τα ρεύματα σε μεταλλικούς σωλήνες μέσα σε μη αγώγιμες ή κατασκευές από CFC μπορεί να είναι πολύ υψηλά προβλήματα: το ρεύμα σε αυτές τις γραμμές μπορεί να προκαλέσει σπινθήρες στην σύζευξη των σωλήνων όπου η επαφή είναι μέτρια ή κακή. Η σύζευξη μερικών σωλήνων για παράδειγμα είναι σχεδιασμένη έτσι ώστε να επιτρέπει σχετική κίνηση ανάμεσα στις άκρες του σωλήνα για την αποσυμφόρηση μηχανικών καταπονήσεων που προκαλούνται από την κάμψη και δόνηση του φτερού και αυτό αποκλείει την σφιχτή μέταλλο με μέταλλο επαφή που χρειάζεται για την μεταφορά ρεύματος. Επίσης ηλεκτρικά μονωμένες επιστρώσεις όπως επιμεταλλωμένα με ηλεκτρόλυση φινιρίσματα συχνά εφαρμόζονται στις άκρες του σωλήνα για τον έλεγχο της διάβρωσης. Σχετική κίνηση και δόνηση μπορεί να εξασφενίσουν αυτήν την μόνωση, παρέχοντας ακούσιες και διακοπτόμενες οδούς ροής του ρεύματος καταστάσεις οι οποίες οδηγούν σε εμφάνιση σπινθήρων. Έτσι, ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στην σχεδίαση του υδραυλικού συστήματος των καυσίμων Κεραυνικά ρεύματα στους σωλήνες ύδρευσης: τα υψηλά ρεύματα των οχετών επιστροφής δεν θα εξαπλωθούν πολύ βαθιά μέσα στο εσωτερικό της κατασκευής ή άλλους εσωτερικούς αγωγούς, γιατί είναι μικρής διάρκειας, αντίθετα τείνουν να μείνουν στην μεταλλική επιφάνεια. Ωστόσο θα υπάρχει κάποιο ρεύμα στο εσωτερικό. Κατά την διάρκεια ενός προγράμματος χρηματοδοτούμενο από την NASA μετρήθηκαν τα ρεύματα στις γραμμές καυσίμων μέσα σε μία δεξαμενή με κολλημένα στοιχεία αλουμινίου. Με ρεύμα στο φτερό μεγέθους 88kΑ το ρεύμα σε μία γραμμή καυσίμων μικρής διαμέτρου μέσα στην δεξαμενή ήταν 160Α. Οι αναλυτικές μέθοδοι για τον καθορισμό της διανομής ταχαία μεταβολλόμενων ρευμάτων είναι πολύπλοκες, αλλά ενδιάμεσα και συνεχή ρεύματα διατηρούνται για χρόνους αρκετά μεγάλους για να υπολογιστεί η διανομή στην βάση των dc αντιστάσεων που περιλαμβάνονται Θεωρώντας ότι το χείλος εκφυγής και το χείλος προσβολής (στο φτερό του αεροπλάνου) είναι μη αγώγιμα ή επαρκώς απομονωμένα ώστε να μην είναι διαθέσιμα για την αγωγή και ότι το υπόλοιπο κομμάτι του φτερού αποτελείται από επιφάνειες και ιστούς που έχουν τις διαστάσεις που φαίνονται στο σχήμα. Η διατομή των ιστών και των επιφανειών που σχηματίζει αυτήν την περιοχή είναι 135 cm2. Η δεξαμενή επίσης περιλαμβάνει έναν σωλήνα εξαερισμού από αλουμίνιο ο οποίος συνδέεται ηλεκτρικά με την κατασκευή σε κάθε άκρο της δεξαμενής. Αυτός ο σωλήνας έχει εξωτερική διάμετρο 10cm, πάχος τείχου 0.5mm, και διατομή 1.56cm2. Θεωρούμε ένα ενδιάμεσο ρεύμα με μέσο ρεύμα 2000Α για 5ms (στοιχείο Β κεραυνικού ρεύματος) Το ρεύμα στον σωλήνα μπορεί να υπολογιστεί από την εξίσωση: 1,56cm2 I pipe = * 2000 A = 21,3 A 135cm2 Ρεύματα αυτής της τάξης μεγέθους έχουν παράγει τόξα σε μετακινούμενες, μικρής αγωγιμότητας διεπαφές σε μερικά στηρίγματα. Πιο συνηθισμένα παραδείγματα από πηγές ηλεκτρικού τόξου περιλαμβάνουν μεταγωγούς κινητήρων. 100

Συνδετικοί ιμάντες: ηλεκτρικοί συνδετικοί ιμάντες ή jumpers εγκαθίστανται μερικές φορές σε σωλήνες μικρής αγωγιμότητας όπως δείχνεται στο σχήμα. Δεν θα πρέπει να βασιζόμαστε σε αυτούς τους συνδετικούς ιμάντες για την αποφυγή σπινθηρισμών από κεραυνικά ρεύματα. Το ρεύμα τείνει να διαχωρίζεται ανάλογα με την αντίσταση η οποία μπορεί να είναι το αποτέλεσμα μίας μικρής περιοχής επαφής στην σύζευξη. Ένα ποσοστό του ρεύματος στην σύζευξη μπορεί να οδηγήσει σε σπινθηρισμούς ακόμα και αν οι συνδετικοί ιμάντες είναι στην θέση τους. Αγωγή μέσω συνδέσμων και διεπαφών: η εκτεταμμένη χρήση επιστρώσεων επιμεταλλωμένων με ηλεκτρόλυση για την παροχή μη διαβρώσιμων επιφανειών σε συζευγμένους σωλήνες φαίνεται ότι αποκλείει την δημιουργία τόξου κατά μήκος της διεπαφής του σωλήνα, αλλά η σχετική κίνηση ανάμεσα σε αυτές τις επιφάνειες μπορεί να δημιουργήσει μία αγώγιμη οδό. Εάν τυχαίνει να υπάρχει μία μεγάλη γυμνή επαφή μέταλλο με μέταλλο μέσα στον σύνδεσμο, αυτή μπορεί να παρέχει μία οδό χωρίς σπινθήρες. Ωστόσο μία μικρή αλλαγή στην σχετική θέση των επιφανειών ή εισαγωγή βρωμιάς ή άλλων καταλοίπων μπορεί να αλλάξει ριζικά την ηλεκτρική ικανότητα του σύνδεσμου. Είναι πιθανό ότι η ηλεκτρική ικανότητα ενός τυπικού συνδέσμου σωλήνων αλλάζει πολλές φορές κατά την διάρκεια μίας πτήσης σαν αποτέλεσμα της σχετικής κίνησης που προκαλείται από δονήσεις και λύγισμα της κατασκευής. Μερικοί από τους εμπορικά διαθέσιμους συνδέσμους έχουν κατασκευαστεί ώστε να άγουν κρουστικά ρεύματα έως 2500Α χωρίς να δημιουργούνται σπινθήρες. Αυτοί οι σύνδεσμοι θα πρέπει να είναι επαρκής για χρήση στις περισσότερες μεταλλικές δεξαμενές όπου τα ρεύματα είναι της τάξης μερικών εκατοντάδων αμπέρ ή λιγότερο. Δεξαμενές καυσίμων που κατασκευάζονται από υλικά CFC, ωστόσο, είναι περισσότερο ανθεκτικά από το αλουμίνιο. Ρεύματα στην εξωτερική επιφάνεια τέτοιων δεξαμενών θα διαχέονται πιο γρήγορα σε εσωτερικούς αγώγιμους σωλήνες ύδρευσης και τα ρεύματα μπορεί να ξεπεράσουν τα 2500Α. Οδηγίες για προστασία: αν δεν υπάρχουν δεδομένα για την ηλεκτρική αγωγιμότητα των συζευγμένων σωλήνων κάτω από συνθήκες πτήσης, προτείνεται να ακολουθείται η παρακάτω προσέγγιση: 1) καθορισμός μέσω ανάλυσης ή πειραμάτων του ποσοστού του κεραυνικού ρεύματος που αναμένεται σε έναν συγκεκριμένο σωλήνα 2) εισαγωγή αυτού του ρεύματος σε ένα δείγμα του συνδέσμου κάτω από προσομοιωμένες συνθήκες δονήσεων 3) διενέργεια αυτού του πειράματος σε μία κλειστή σκοτεινή περιοχή και καταγραφή τόξων ή σπινθήρων (αν συμβούν). Επανάληψη αυτής της διαδικασίας μέχρι να πάρουμε αξιόπιστα και ικανοποιητικά αποτελέσματα Μη αγώγιμες διεπαφές: μία λύση στο πρόβλημα των τόξων και των σπινθήρων στους συνδέσμους και τις διεπαφές των σωληνώσεων είναι η εισαγωγή ηλεκτρικά μη αγώγιμων συνδέσμων απομόνωσης για να πάψουν αυτές οι γραμμές να είναι οδοί ροής του ρεύματος. Αυτή η λύση απαιτεί επιπλέον συνδέσμους οι οποίοι μπορεί να προσθέσουν επιπλέον βάρος σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς σωλήνες ύδρευσης από αλουμίνιο. Μία άλλη μέθοδος είναι να κατασκευάσουμε τους σωλήνες από ένα μη αγώγιμο υλικό. Διάφορα 101

στερεά πολυμερή ή ρητίνες ενισχυμένες με ίνες μπορεί να χρησιμοποιηθούν για αυτόν τον σκοπό. Ωστόσο μερικά ηλεκτρικά αγώγιμα υλικά θα πρέπει να παρασχεθούν στις εσωτερικές γραμμές των σωλήνων που μεταφέρουν καύσιμα για την αποφυγή συσσώρευσης φορτίου. Η αντίσταση αυτών των υλικών θα πρέπει να είναι της τάξης 106 έως 108 ohm-cm. Αυτό είναι επαρκώς υψηλό για την αποφυγή κεραυνικών ρευμάτων και επαρκές για να διαλύσει στατικά φορτία. Μικρότερες τιμές θα έκαναν τις γραμμές υπερβολικά αγώγιμες. Ένα τέτοιο σύστημα που αναπτύσσεται είναι ένα σύστημα αγωγών ηλεκτρικά μη αγώγιμων θερμοπλαστικών φθοριοπολυμερικών, ενισχυμένων με ίνες άραμιντ. 4.8.4 Ηλεκτρικά καλώδια σε δεξαμενές καυσίμων Προβλήματα: κεραυνικά ρεύματα σε ένα αεροσκάφος μπορεί να επάγουν τάσεις στα ηλεκτρικά καλώδια. Εάν αυτά τα καλώδια εισέρχονται στην δεξαμενή καυσίμων, οι επαγόμενες τάσεις μπορεί να είναι αρκετά μεγάλες ώστε να προκαλέσουν σπινθήρες. Ηλεκτρικά καλώδια που βρίσκονται μέσα σε δεξαμενές καυσίμων είναι τυπικά εκείνες που χρησιμοποιούνται σε χωρητικού τύπου δείκτες της ποσότητας καυσίμου ή τους ηλεκτρικούς κινητήρες που χρησιμοποιούνται για τον χειρισμό αντλιών ή βαλβίδων. Εάν αυτά τα καλώδια είναι ολόκληρα κλεισμένα σε μεταλλικές επιφάνειες και δοκούς ή καμπυλωτά τμήματα, το εσωτερικό μαγνητικό πεδίο και οι επαγόμενες τάσεις θα είναι σχετικά μικρές. Ηλεκτρικές συσκευές, όπως δείκτες της ποσότητας του καυσίμου και το υλικό της εγκατάστασης τους έχουν σχεδιαστεί σκόπιμα ώστε να αντέχουν σχετικά υψηλές τάσεις χωρίς να δημιουργούνται σπινθήρες. Ο σχεδιαστής συστημάτων καυσίμων, ωστόσο, θα πρέπει να είναι διαρκώς ενήμερως για αλλαγές σε υλικά και σχεδιάσεις της κατασκευής οι οποίες μπορεί να επιτρέψουν να εμφανιστούν υπερβολικές επαγόμενες τάσεις σε ηλεκτρικά κυκλώματα δεξαμενών καυσίμων. Οδηγίες για τις σχεδιάσεις: πρακτικά, σχεδίαση μικρών διακένων αέρα θα πρέπει να περιλαμβάνει ένα περιθώριο 100% σε σύγκριση με τα αναμενόμενα πραγματικά επίπεδα τάσης λόγω αντοχών στην μηχανική εγκατάσταση και τις στατιστικές διαφορές στα επίπεδα τάσης των σπινθήρων σε μικρά διάκενα. Έτσι ένα διάκενο θα πρέπει να έχει μέγεθος ώστε να αντέχει το διπλάσιο της αναμενόμενης πραγματικής τάσης. Σε μερικές περιπτώσεις ειδικά σε εγκαταστάσεις μέσα σε δεξαμενές από CFC, αυτό θα απαιτεί μη αποδεκτά μεγάλα διάκενα ανάμεσα σε αντικείμενα όπως δείκτες ποιότητας καυσίμων και γειτονικές κατασκευές. Σε τέτοιες περιπτώσεις άλλοι τρόποι όπως επίστρωση γειτονικών επιφανειών με διηλεκτρικές ταινίες μπορεί να εξεταστούν για να επιτρέψουν μικρότερα διάκενα να αντέχουν σε διπλάσια από την αναμενόμενη τάση. Σχεδιάσεις σαν και αυτήν πρέπει να εξεταστούν από πειράματα αντοχής τάσης μιας και δεν υφίστανται σχετικές βάσεις δεδομένων Είναι ιδιαίτερα σημαντικό να παρέχεται επαρκής μόνωση ανάμεσα σε ενεργά στοιχεία και την άτρακτο επειδή οι υψηλότερα επαγόμενες τάσεις συνήθως εμφανίζονται ανάμεσα στα καλώδια και την άτρακτο. Αυτές οι τάσεις μπορεί να είναι IR τάσεις που σχετίζονται με τα κεραυνικά ρεύματα στην κατασκευαστική αντίσταση του φτερού ή μπορεί να είναι μαγνητικά επαγόμενες τάσεις. Δομικές IR τάσεις μπορεί να είναι μερικά βολτς για ένα μεταλλικό φτερό αλλά μπορεί να είναι μερικές χιλιάδες βολτ σε ένα σύνθετο φτερό. Μολυσματικές ουσίες που συσσωρεύονται με την πάροδο του χρόνου στις επιφάνειες των δεικτών μπορεί να μειώσουν την τάση στην οποία εκκινεί ο σπινθήρας, έτσι είναι συνετό να μπει ένας 102

παράγοντας 2 όταν σχεδιάζονται διάκενα τα οποία είναι απαραίτητο να αντέχουν στις αναμενόμενες επαγόμενες τάσεις στα καλώδια των δεξαμενών καυσίμων Η απόσταση του μετρητή από την άτρακτο στην οποία είναι δεμένος είναι πολύ σημαντική για τον καθορισμό της πτώσης τάσης. Λόγω αυτού, η σχεδίαση επαρκούς μόνωσης ανάμεσα στα ενεργά μέρη του μετρητή και την άτρακτο μπορεί να μην είναι εξ' ολοκλήρου στον έλεγχο του σχεδιαστή του μετρητή Προστασία των καλωδίων του μετρητή καυσίμων: Εάν ένα η περισσότερα καλώδια είναι προστατευμένα με κάποιον προστατευτικό θώρακα, μπορεί να υπάρχει σύγκρουση ανάμεσα στις πρακτικές γείωσης οι οποίες είναι ιδανικές για τον έλεγχο των επαγόμενων από τον κεραυνό τάσεων και εκείνων των πρακτικών που είναι ιδανικές για τον έλεγχο της ηλεκτρομαγνητικής παρεμβολής (ΕΜΙ). Συνήθως λόγω προβληματισμών εξαιτίας των ΕΜΙ παρεμβολών, μόνο ένα άκρο του προστατευτικού θώρακα είναι γειωμένο. Συνήθως το άκρο που είναι πιο απομακρυσμένο από τον μετρητή καυσίμων. Γείωση του προστατευτικού θώρακα και στα δύο άκρα επιτρέπει σε ac πεδία να επάγουν ρεύματα στον προστατευτικό θώρακα και τέτοια ρεύματα μπορεί να ενοχλούν την λειτουργία των μετρητών ποιότητας καυσίμων. Η εγείρεται επειδή ένας προστατευτικός θώρακας γειωμένος μόνο στο ένα άκρο, δεν τείνει να μειώσει μαγνητικά επαγόμενες τάσεις ανάμεσα στους αγωγούς και την γη, αν και μπορεί να μειώσει τις τάσεις ανάμεσα σε αγωγούς στον προστατευτικό θώρακα. Το συμπέρασμα είναι ότι ο προστατευτικός θώρακας μπορεί να μειώσει τάσεις ανάμεσα σε αγωγούς και την γη μόνο αν είναι γειωμένος και στα δύο άκρα και του επιτρέπεται να μεταφέρει ρεύμα. Εάν κάποιος προστατευτικός θώρακας δεν είναι γειωμένος σε ένα από τα δύο άκρα, μαγνητικά επαγόμενες τάσεις μπορεί να αναπτυχθούν σε εκείνο το άκρο ανάμεσα στους αγωγούς και την γη. Έτσι, οι περισσότεροι προστατευτικοί θώρακες που βρίσκονται σε καλώδια μετρητών ποιότητας καυσίμων, προσφέρουν λίγη ή καθόλου προστασία στις επιπτώσεις ενός κεραυνού 4.8.5 Πείραμα σε πόρτα πρόσβασης δεξαμενής καυσίμων Ένα πείραμα ελέγχου ανάφλεξης πραγματοποιήθηκε σε μία πόρτα πρόσβασης δεξαμενής καυσίμων. Η κατασκευή του φτερού του αεροσκάφους ήταν από ίνες άνθρακα. Η πόρτα πρόσβασης ήταν κατασκευασμένη από kevlar. Πιθανοί σπινθηρισμοί γύρω από τα στηρίγματα θα έπρεπε να εκτιμηθεί Μία κάμερα 35 mm τοποθετήθηκε μέσα στην δεξαμενή καυσίμων μέσω της πόρτας πρόσβασης. Πριν από το πείραμα, το εσωτερικό της δεξαμενής φωτίστηκε και τραβήχτηκε μία φωτογραφία από αυτήν την κάμερα. Η φωτογραφία χρησιμοποιήθηκε σαν βοήθημα για τον προσδιορισμό οποιοδήποτε πιθανού σημείου εκκίνησης ηλεκτρικού τόξου ή σπινθήρων τα οποία θα συνέβαιναν κατά την διάρκεια των πειραμάτων. Ακολούθως η δεξαμενή καυσίμων εκτέθηκε σε κεραυνικό ρεύμα. Μετά το πείραμα φάνηκε ότι η στεγανωτική ουσία της πόρτας ήταν πολύ σφιχτή για να επιτρέψει επαρκή επαφή ανάμεσα στην πόρτα πρόσβασης και τον διπλασιαστή (doubler- μία συσκευή που 103

διπλασιάζει την συχνότητα ή την τάση). Το σχήμα δείχνει σημάδια που άφησε το ηλεκτρικό τόξο σε διάφορα σημεία στην πόρτα. Σε ένα δεύτερο πείραμα που έγινε, η στεγανωτική ουσία αφαιρέθηκε και αντικαταστάθηκε μία στεγανωτική ουσία με μεγαλύτερη πυκνότητα. Το δεύτερο πείραμα απέδειξε ότι η ανάπτυξη του τόξου εξαλείφθηκε και η εγκατάσταση της πόρτας δεν εμφάνισε σημάδια λόγω του ηλεκτρικού τόξου Ανάλυση: Το πρόβλημα με το ηλεκτρικό τόξο ανάμεσα στα στηρίγματα της πόρτας και την διεπαφή όπου αναρτόνται λύθηκε με την εφαρμογή μίας στεγανωτικής ουσίας PROSEAL, P/N PR703. Η στεγανωτική ουσία παρείχε ένα επαρκές φράγμα και απέτρεπε τα προϊόντα του τόξου από το να μπουν στις κυψέλες καυσίμων. Σχήμα 31 Φωτογραφία της πόρτας πρόσβασης (ενώ ανοίγει) πριν το τεστ [4] 104

Σχήμα 32 φωτογραφία που δείχνει σπινθήρες να σχηματίζονται στην πόρτα πρόσβασης κατά την διάρκεια του πειράματος [4] 4.9 Υλικό τοποθετημένο στο εξωτερικό μέρος του αεροσκάφους 4.9.1 Κανόνες σχεδίασης Υλικό τοποθετημένο στο εξωτερικό μέρος του αεροσκάφους είναι οι κεραίες, συσκευές μέτρησης της πίεσης (όπως αυτές που χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της ταχύτητας και του υψόμετρου του αεροσκάφους), ανιχνευτές σβησίματος της μηχανής, ανιχνευτές θερμοκρασίας και οποιαδήποτε άλλη συσκευή που αναρτάται στο εξωτερικό μέρος του αεροσκάφους. Οι περισσότερες απ' αυτές τις συσκευές εξέχουν από τον κορμό του αεροσκάφους και γι' αυτό έχουν αυξημένες πιθανότητες να είναι σημεία επαφής των κεραυνών, ιδίως αν είναι τοποθετημένες στην ζώνη 1 ή 2. Η εμπειρία έχει δείξει ότι πολλές απ' αυτές τις συσκευές θα μείνουν λειτουργικές αν το κεραυνικό πλήγμα πέσει σε μία γειτονική της συσκευής περιοχή, αν όμως το πλήγμα έρθει σε επαφή με μία συσκευή με ευαίσθητα ηλεκτρονικά και κινούμενα μέρη τότε υπάρχει μεγάλος κίνδυνος να καταστραφεί η συσκευή. Υλικό όπως μετρητές σβησίματος της μηχανής που έχουν κινούμενα μέρη και κεραίες με διηλεκτρικό κάλυμμα μπορούν να υποστούν ζημιά, ειδικά αν ο κεραυνός έρθει σε επαφή με αυτές τις συσκευές. Η πιθανότητα ζημιάς αυξάνεται όταν το υλικό τοποθετείται σε επιφάνειες με μηαγώγιμη ή ελαφρά-αγώγιμη επίστρωση. Όταν η συσκευή τοποθετείται σε επιφάνειες από αλουμίνιο και η επένδυση των καλωδίων και άλλα βοηθητικά συστήματα βρίσκονται τοποθετημένα σε μία κατασκευή από αλουμίνιο (πχ στην άτρακτο του αεροσκάφους), μπορεί να μην είναι αναγκαίο να ληφθούν επιπλέον μέτρα προστασίας Όταν εξωτερικά στοιχεία τοποθετούνται σε επιφάνειες από σύνθετα υλικά, τα παρακάτω μέτρα προστασίας θα πρέπει να ληφθούν: 105

(1) Προστατεύουμε την επιφάνεια πάνω στην οποία θα τοποθετηθούν οι συσκευές με μεταλλικά καλύμματα. Υλικά όπως φύλλα από λεπτό μέταλλο ή πλέγματα είναι ιδανικοί υποψήφιοι για τέτοια καλύμματα. Το κάλυμμα θα πρέπει να μπορεί να άγει κεραυνικά ρεύματα μακριά από τις συσκευές στην περίπτωση κεραυνικού πλήγματος (2) συνδέουμε την εξωτερική συσκευή με την εξωτερική επιφάνεια του αεροσκάφους με τέσσερις (κατά ελάχιστο) μεταλλικούς συνδετήρες. Καρφιά ή αφαιρούμενοι συνδετήρες του μεγαλύτερου δυνατού μεγέθους θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν. Είναι επιθυμητό να επιτρέπεται επαφή ανάμεσα στις μεταλλικές περιοχές της εξωτερικής συσκευής και της μεταλλικής επιφάνειας. Μία προτιμώμενη μέθοδος να το επιτύχουμε αυτό είναι να τοποθετήσουμε ένα στρώμα 0,016in (0,00041m) ή πιο πυκνό, από αλουμίνιο στην μεταλλική επιφάνεια. Αυτή η μέθοδος παράγει μία λεία μεταλλική επιφάνεια η οποία οδηγεί σε μία πιο συνεκτική ηλεκτρική σύνδεση από ότι συνήθως αναμένεται, μεταξύ της συσκευής και της μεταλλικής σύνθετης επιφάνειας (3) Εσωκλείουμε τα καλώδια της συσκευής σε προστατευτικούς θώρακες από κασσίτεροχαλκό. Η ελάχιστη διατομή του προστατευτικού θώρακα θα πρέπει να είναι ίση με AWG No. 8 (3,264mm ή 0,1285in). Ο προστατευτικός θώρακας θα πρέπει να έρθει προσεκτικά σε επαφή με την συσκευή και την διεπαφή της ή με την γειτονική αγώγιμη κατασκευή. Οι προστατευτικοί θώρακες είναι αναγκαίοι παρά την προστασία της εξωτερικής επιφάνειας, μιας και η μεταλλική επίστρωση στις σύνθετες επιφάνειες δεν παρέχει τόση αγωγιμότητα όσο η από στερεό αλουμίνιο άτρακτος του αεροπλάνου. Ο προστατευτικός θώρακας βοηθάει στο να αποτραπούν υπερβολικά ρεύματα να μεταφερθούν στα καλώδια (τα οποία μπορεί να συμπεριλαμβάνουν κρίσιμα κυκλώματα ή γραμμές διανομής). Η εφαρμογή προστατευτικού θώρακα στα καλώδια θα πρέπει να γίνεται σε συνεργασία με το κομμάτι για την προστασία των καλωδίων από τις έμμεσες επιπτώσεις. (4) Χρησιμοποιούμε μη ηλεκτρικά αγώγιμους αεροσωλήνες για την μεταφορά δεδομένων αέρα. Αυτό εξαλείφει την πιθανότητα ροής των κεραυνικών ρευμάτων σ' αυτούς τους σωλήνες και κατ' επέκταση ζημιάς σε αυτούς ή σε σχετικά όργανα (5) Αισθητήρες οι οποίοι παρέχουν σημαντικά δεδομένα θα πρέπει να εγκατασταθούν κατά τρόπο ώστε να παραμένουν λειτουργικοί και μετά το κεραυνικό πλήγμα διαφορετικά θα παρέχουν λανθασμένα δεδομένα. Παραδείγματα των εξωτερικών στοιχείων και της εγκατάστασης τους, τα οποία έχουν αντέξει με επιτυχία σε κεραυνικά περιβάλλοντα της ζώνης 1Α και 2Α περιγράφονται στις παρακάτω παραγράφους. Όταν εγκαθιστούμε αισθητήρες και κεραίες σε επιφάνειες από συνθετικές ίνες άνθρακα, θα πρέπει να δοθεί προσοχή ώστε να βεβαιωθεί ότι τα κεραυνικά ρεύματα που ρέουν από την εξωτερική συσκευή στην επιφάνεια δεν προκαλούν υπερβολική ζημιά, όπως θέρμανση, απελασματοποίηση και εξάτμιση της ρητίνης σε γειτονικές προς τους συνδετήρες περιοχές. Η πιθανότητα σκουπιδιών να εισέρχονται σε μηχανές που αναρτούνται στο σώμα του αεροπλάνου θα πρέπει να ληφθεί υπόψιν. Σε ένα σκελετό του αεροπλάνου υπό πίεση, εκρηκτική αποσυμπίεση συνιστά παράγοντα ανησυχίας Οι παρακάτω παράγραφοι περιγράφουν διαφορετικές συσκευές εγκατεστημένες εξωτερικά σε σύνθετες κατασκευές. Τα παρακάτω παραδείγματα δίνονται μετρητές πίεσης εγκατεστημένοι σε φύλλα από συνθετικές ίνες άνθρακα (CFC) 106

εγκαταστάσεις κεραίας σε προστατευμένα φύλλα φίμπεργκλας 4.9.2 Μετρητές δεδομένων αέρα Η εγκατάσταση μέτρησης πίεσης είναι όμοια με άλλες συσκευές μέτρησης δεδομένων αέρα (πχ ανίχνευση πάγων). Τα δεδομένα που περιγράφονται σε αυτό το κομμάτι μπορούν να μεταφερθούν εύκολα και σε άλλους τύπους μετρητών Ο μετρητής πίεσης βρισκόνταν αναρτημένος σε ένα συνθετικό πάνελ από CFC. Ο ανιχνευτής βρισκόνταν αναρτημένος σε μία επιφάνεια από αλλουμίνιο και η επιφάνεια αυτή ήταν καρφωμένη στο πάνελ. Τα σχήματα δίνουν τις συνθήκες που επικρατούσαν πριν το τεστ. Σχήμα 33 Εξωτερική όψη του μετρητή πίεσης πριν το τεστ [4] Σχήμα 34 εσωτερική όψη του μετρητή πίεσης πριν το τεστ [4] Περιγραφή του πειράματος: Ο μετρητής δέχθηκε ένα πλήγμα ζώνης 1Α, το οποίο εξανάγκασε το κεραυνικό ρεύμα να μεταφερθεί από τον ανιχνευτή στο πάνελ. Ο κύριος διάδρομος από τον 107

ανιχνευτή στο πάνελ ήταν μέσω των 16 καρφιών επειδή η επιφάνεια από αλλουμίνιο ήταν απομονωμένη από το πάνελ από ένα φράγμα από μη αγώγιμο υγρό. Το υψηλής πυκνότητας ρεύμα στους συνδετήρες προκάλεσε υπερθέρμανση των ινών άνθρακα που βρίσκονταν γειτονικά στους συνδετήρες, με αποτέλεσμα τοπική ζημιά στους συνδετήρες. Η εγκατάσταση του ανιχνευτή παρέμεινε σταθερή και λειτουργική ωστόσο αν χρησιμοποιούνταν λιγότεροι συνδετήρες θα υπήρχε μεγαλύτερη πιθανότητα να χαλαρώσει η σύνδεση του ανιχνευτή. Το σχήμα δείχνει μία φωτογραφία του ανιχνευτή μετά το πείραμα Οδηγίες σχεδίασης: Οι παρακάτω προτάσεις σχεδίασης θα βοηθήσουν να μειωθούν οι επιπτώσεις κεραυνικού πλήγματος σε εξωτερικούς μετρητές δεδομένων αέρα (1) Καρφιά του μεγαλύτερου δυνατού μεγέθους θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν για την εγκατάσταση του μετρητή (2) Επιπλέον στρώματα από άνθρακα βοηθάνε στο να μειωθεί η ζημιά γύρω από τους συνδετήρες (3) Οι πλάκες αλλουμινίου με τις οποίες αναρτάται ο ανιχνευτής θα πρέπει να κάνουν απ' ευθείας επαφή με τα φύλλα CFC για να υπάρχει περισσότερη αγωγιμότητα (4) η πλάκα με την οποία αναρτάται ο ανιχνευτής θα πρέπει να είναι κατασκευασμένη από υλικό τέτοιο που να αποτρέπεται η διάβρωση ή που να έχει μία ημι-αγώγιμη τελική κατάσταση, όπως Αλωδίνιο 1200 (Alodine) (5) η κεραυνική απειλή μπορεί να μειωθεί αν εγκαταστήσουμε τους ανιχνευτές στην ζώνη 2 ή 3 Σχήμα 35 εξωτερική όψη του μετρητή πίεσης μετά το πείραμα. Φαίνεται η συγκέντρωση ρεύματος στα στηρίγματα [4] 108

4.9.3 Κεραίες Οι περισσότερες κεραίες συνδέονται στην εξωτερική επιφάνεια του αεροσκάφους. Γενικά αφαιρούμενοι συνδετήρες φέρνουν σε επαφή την κεραία με την επιφάνεια. Η βάση της κεραίας η οποία έρχεται σε επαφή με την επιφάνεια, παρέχει την κύρια οδό ροής του κεραυνικού ρεύματος στην κατασκευή του αεροσκάφους. Η πυκνότητα του ρεύματος μπορεί να είναι πολύ υψηλή σε τοπικές περιοχές, ειδικά αν η κεραία είναι μικρή. Ρεύματα μεγάλου μεγέθους που άγονται σε μία μικρή περιοχή της σύνθετης επιφάνειας μπορούν να επιφέρουν σημαντική ζημιά σε μία τοπική περιοχή της κατασκευής. Τα παραδείγματα που ακολουθούν δείχνουν αποτελεσματικές σχεδιάσεις που μειώνουν την πιθανή ζημιά. Οι κεραίες τύπου L-Band έχουν μία σχετική μικρή επιφάνεια από την οποία μπορούν να μεταφέρουν κεραυνικά ρεύματα στην επιφάνεια του αεροσκάφους. Τυπικά μόνο τέσσερις συνδετήρες τοποθετούνται και η κεραία μπορεί να έχει μήκος μόνο 4 ίντσες και 1 ή 2 ίντσες πάχος. Συνήθως αυτές οι κεραίες τοποθετούνται σε ζώνη 1Α ή 2Α και μπορεί να οδηγήσουν σε πυκνότητες ρεύματος που υπερβαίνουν τα 50kA ανά τετραγωνική ίντσα. Περιγραφή του πειράματος: Η κεραία προσομοιώθηκε από μία πλάκα αλλουμινίου πάχους 0,25in η οποία είχε εύρος 2 in και μήκος 4 in. Η προσομοιωμένη κεραία συνδεόταν στην επιφάνεια με τέσσερις συνδετήρες μεγέθους 10. Το FRC υπό δοκιμή προστατευόταν από μία βαφή εκτεταμένου αλλουμίνιου πάχους 0,016lb/ft2. Γύρω απ' αυτήν την βαφή υπήρχε μία πλάκα αλλουμινίου πάχους 0,020 in. Στο σχήμα που ακολουθεί φαίνεται το αντικείμενο υπό δοκιμή Η προσωμοιωμένη κεραία δεχόταν κεραυνικό πλήγμα ζώνης 1Α. Το πάνελ FRC χειροτέρευσε πολύ λίγο. Η μόνη εμφανής ζημιά ήταν η απώλεια (λιώσιμο) του εκτεταμένου φύλλου αλλουμινίου για μια περιοχή με περιφέρεια 20 in γύρω από την κεραία. Το σχήμα που ακολουθεί δείχνει μία φωτογραφία του υπό δοκιμή αντικειμένου μετά την δοκιμή. Η απώλεια του εκτεταμένου αλουμινίου δίπλα από την κεραία μπορεί να προκαλέσει χειροτέρευση των επιδόσεων της κεραίας λόγω της απώλειας ηλεκτρικής αγωγιμότητας στην γειτονική επιφάνεια όπου βρίσκονται τα φύλλα εκτεταμένου αλουμινίου. Είναι επίσης πιθανό οι κεραίες που δεν είναι σύμφωνες με την μελέτη των έμμεσων επιπτώσεων από κεραυνικό πλήγμα, να αποτύχουν Γενικά, μία δεύτερη κεραία με φυσικό διαχωρισμό από την πρώτη τοποθετείται στο αεροσκάφος για να μειώσει το ρίσκο ολικής απώλειας του δέκτη ή των δυνατοτήτων του πομπού. Τεχνικές σχεδίασης: Οι παρακάτω οδηγίες παρέχουν μεθόδους οι οποίες μπορούν να μειώσουν τις συνέπειες του κεραυνού ή να παρέχουν εναλλακτικούς τρόπους συμμόρφωσης (1) θα πρέπει να εξασφαλιστεί καλή αγωγιμότητα ανάμεσα στην κεραία και στην επιφάνεια του αεροσκάφους (2) Παραπάνω από μία εγκαταστάσεις κεραίας μπορεί να θεωρηθεί ένας αποτελεσματικός τρόπος για την παροχή συνεχούς λειτουργίας πομπού-δέκτη, μιας και μία διαταραχή σε μία κεραία δεν θα εμποδίσει αυτές τις λειτουργίες. Αυτή η ιδέα είναι αποτελεσματική αν οι κεραίες τοποθετούνται κατά τρόπο που ελλατώνει την πιθανότητα κεραυνικού πλήγματος και στις δύο κεραίες. (3) Σε περιπτώσεις που οι κεραίες επιτρέπεται να υποστούν ζημιά από κεραυνικό πλήγμα, θα πρέπει να τοποθετηθούν σε περιοχές οι οποίες δεν επιτρέπουν σε θραύσματα από την κεραία να εισχωρήσουν στους κινητήρες (4) Συσκευές που εμποδίζουν την ανάπτυξη σπινθήρων θα πρέπει να εγκατασταθούν ανάμεσα σε συγκεκριμένους τύπους κεραιών και εξαρτημάτων ασυρμάτου για να ελλατώσουν 109

παροδικά ρεύματα και τάσεις τα οποία θα μπορούσαν να κάνουν ζημιά στην διεπαφή του ραδιοφώνου (5) Όταν μη αγώγιμοι σύνδεσμοι ή στεγανωτικές ταινίες χρησιμοποιούνται ανάμεσα στην βάση της κεραίας και στον σκελετό του αεροπλάνου, επαρκής αγωγιμότητα θα πρέπει να διατηρηθεί μέσω διαφόρων τρόπων όπως πολλαπλά καρφιά ή κοχλίες. 110

4.10 Ραδιοθόλοι Αυτές οι κατασκευές θα πρέπει να παραμείνουν ηλεκτρομαγνητικά διαφανείς για να επιτρέψουν την λειτουργία της δορυφορικής κεραίας και του ραντάρ. Έτσι στις περισσότερες περιπτώσεις μόνο ταινίες εκτροπής μπορούν να χρησιμοποιηθούν για αντικεραυνική προστασία εάν η ηλεκτρομαγνητικά διαφανής περιοχή είναι αρκετά μεγάλη ώστε να μπορεί να διαπεραστεί από το κεραυνικό κανάλι. Οι φωτογραφίες που ακολοθούν δείχνουν τυπικές ζημιές που αναμένονται από το τρύπημα του ραδιοθόλου από κεραυνούς. Σχήμα 36 Τυπική κεραυνική ζημιά σε ραδιοθόλο [4] 111

Σχήμα 37 Τυπική κεραυνική ζημιά σε ραδιοθόλο [9] 4.10.1 Σχεδίαση ραδιοθόλων Οι ραδιοθόλοι παρουσιάζουν έναν αριθμό από μοναδικά προβλήματα όσον αφορά την αντικεραυνική προστασία. Η επιφάνεια του ραδιοθόλου δεν θα πρέπει να εμποδίζει τις εκπομπές του ασυρμάτου. Αυτό πρακτικά σημαίνει ότι οι τυποποιημένες μέθοδοι προστασίας δεν μπορούν να εφαρμοστούν στους ραδιοθόλους. Επιπλέον οι ραδιοθόλοι κατασκευάζονται από μη-αγώγιμα σύνθετα ή διηλεκτρικές ρητίνες. Η πιο συνηθισμένη μέθοδος προστασίας ραδιοθόλων είναι ταινίες εκτροπής Υπάρχουν δύο τύποι εκτροπέων: στερεοί και τμηματικοί. Εάν εφαρμοστούν σωστά και οι δύο τύποι μειώνουν σημαντικά τον αριθμό των διατρήσεων που οφείλονται στους κεραυνούς, ωστόσο δεν είναι 100% αποτελεσματικοί. Παροδικές διατρήσεις των προστατευμένων ραδιοθόλων συμβαίνουν. Αυτά που θα αναφερθούν για τους εκτροπείς θα αφορούν οποιεσδήποτε συσκευές με RF διαφάνεια όπως αεροδυναμικά καλύμματα στην κεραία. Η πλειοψηφία των ραδιοθόλων που χρησιμοποιούνται στα αεροσκάφη πολλών μηχανών βρίσκονται στην μύτη του αεροσκάφους, μία περιοχή που θεωρείται ότι είναι στην ζώνη 1. Αεροσκάφη με μία μόνο μηχανή μπορεί να έχουν μικρούς ραδιοθόλους τοποθετημένους στα άκρα των φτερών. Τελευταίως τα σύνθετα αεροσκάφη έχουν ολοκληρωμένους ραδιοθόλους μέσα στην κατασκευή του σκελετού του αεροσκάφους για άλλες εφαρμογές όπως GPS και συστήματα έκτατης ανάγκης. Τυπικά πολλές από αυτές τις περιοχές τοποθετούν τους ραδιοθόλους σε μέρη που έχουν πολλές πιθανότητες να χτυπηθούν από κεραυνό. Η κατασκευή των ραδιοθόλων μπορεί να είναι τύπου A Sandwich ή C Sandwich. Τα υλικά που μπορεί να χρησιμοποιηθούν στα στρώματα είναι [9]: Γυαλλί τύπου Ε το πιο συνηθισμένο υλικό οι εκπομπές RF είναι καλές Χαλαζίας 112

οι εκπομπές RF είναι άριστες πιο ακριβή λύση Kevlar οι εκπομπές RF είναι καλές απορροφάει το νερό Σχήμα 38 Η κατασκευή των ραδιοθόλων τύπου A Sandwich ή C Sandwich(9) Τα υλικά του πυρήνα μπορεί να είναι αφρός divinycell κυψελοειδής ίνες άραμιντ η πυκνότητα εξαρτάται από την συχνότητα του ραντάρ Η εμπειρία για αεροσκάφη γενικής χρήσης και μεταφορικά αεροσκάφη σχετίζεται με ραδιοθόλους τοποθετημένους στην μύτη του αεροσκάφους. Μικρότερα αεροσκάφη μίας μηχανής μπορεί να έχουν ραδιοθόλους σε άλλες περιοχές, αλλά οι μέθοδοι προστασίας είναι όμοιες. Ο σχεδιαστής θα πρέπει να διαλέξει μία από τις παρακάτω επιλογές για την αντικεραυνική προστασία των ραδιοθόλων: (1) τοποθέτηση εκτροπέων είτε με στερεές ράβδους είτε με τεμαχισμένες (2) αύξηση του διηλεκτρικού του ραδιοθόλου με την προσθήκη διαφόρων ταινιών ή φύλλων πλαστικού. Πλαστικά όπως ακρυλικό, πολυάνθρακες ή ουρυθάνιο χρησιμοποιούνται για να αυξήσουν την διηλεκτρικότητα του ραδιοθόλου (3) τοποθέτηση του ραδιοθόλου στην ζώνη 3 όπου η επαφή του κεραυνού είναι απίθανη (4) ελαχιστοποίηση των περιοχών του ραδιοθόλου στον βάθμο που η γειτονική κατασκευή είναι πιθανό να συλλαμβάνει το κεραυνικό πλήγμα. Αυτό μπορεί συχνά να συμβαίνει για μικρές κεραίες GPS όπου το παράθυρο απ' όπου εκπέμπεται η συχνότητα της κεραίας είναι μικρή και βρίσκεται στην περιοχή 2Α της ατράκτου του αεροπλάνου Η διαδικασία συμμόρφωσης για τους ραδιοθόλους συχνά απαιτεί να γίνουν κάποιες δοκιμές 113

4.10.1.1 Στερεοί εκτροπείς Οι στερεοί εκτροπείς είναι συνεχείς μεταλλικές μπάρες στερεωμένες στην εξωτερική επιφάνεια για να αναχαιτίσουν μία αστραπή και να άγουν το ρεύμα στην γειτονική μεταλλική κατασκευή (σπανιότερα τοποθετούνται και στο εσωτερικό του ραδιοθόλου). Στερεές μπάρες παρέχουν επίσης ηλεκτροστατική προστασία από το εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο για αντικείμενα κάτω από την επιφάνεια. Έτσι τείνουν να εμποδίσουν την ανάπτυξη στρήμερς από αντικείμενα στο εσωτερικό. Οι στερεοί εκτροπείς θα πρέπει να σχεδιαστούν ώστε να άγουν κεραυνικά ρεύματα της ζώνης στην οποία βρίσκεται ο εκτροπέας, τυπικά 200kA για εκτροπείς για έναν ραδιοθόλο στην μύτη του αεροσκάφους (ζώνη 1Α) και είναι συνήθως κατασκευασμένοι από αλουμίνιο με μία ορθογωνική διατομή. Για μηχανικούς λόγους οι περισσότεροι εκτροπείς έχουν ορθογωνικές διατομές των περίπου 0.5 cm2 (0.08 in2) αν και μερικοί είναι μεγαλύτεροι. Μία συνηθισμένη τεχνική είναι πάχος 0.125 in (0.00318m) και πλάτος 0.5 in (0.0127m). Οι εκτροπείς είναι συνήθως συνδεδεμένοι στην συνθετική επιφάνεια με βίδες σε απόσταση περίπου 6 in (0.1524m) μεταξύ τους. Είναι σημαντικό οι εκτροπείς να συνδέονται ασφαλώς με τον ραδιοθόλο ή το αεροδυναμικό κάλυμμα για την αποτροπή της απώλειας τους λόγω διάβρωσης από την βροχή/επιπτώσεων των μαγνητικών δυνάμεων των κεραυνών και πιθανή εισαγωγή τους στην μηχανή. Σε μεγάλα μεταφορικά αεροσκάφη τοποθετούνται συνήθως 6 έως 12 εκτροπείς) Μερικοί κατασκευαστές ραδιοθόλων (μικρών αεροσκαφών κυρίως) εγκαθιστούν μεταλλικούς εκτροπείς οι οποίοι δεν είναι σχεδιασμένοι να άγουν ένα σοβαρό κεραυνικό ρεύμα και μπορεί να εξατμιστούν σε αυτήν την περίπτωση. Αυτοί οι εκτροπείς θεωρούνται συνήθως μίας χρήσης αφού είναι αποτελεσματικοί μόνο για το πρώτο πλήγμα και μπορεί να μην παρέχουν προστασία για μία επόμενη κεραυνική επαφή στην ίδια περιοχή. Αυτό είναι ένας συμβιβασμός ανάμεσα στο βάρος/κόστος και την πιθανότητα ενός σοβαρού κεραυνικού πλήγματος σε ένα μικρό αεροσκάφος. Σχήμα 39 Εκτροπείς σε ραδιοθόλο [9] 114

Σχήμα 40 Εκτροπείς σε ραδιοθόλο [9] Σχήμα 41 Εκτροπείς σε ραδιοθόλο [9] 115

Σχήμα 42 Εκτροπείς σε ραδιοθόλο [9] Στερεοί εκτροπείς τοποθετημένοι στο εξωτερικό έχουν πρόσθετα από phenolic συνδέονται με το αεροσκάφος μέσω ενός μόνο στηρίγματος Σχήμα 43 Στερεοί εκτροπείς στο εξωτερικό [9] Εσωτερικοί στερεοί εκτροπείς τοποθετούνται στο εσωτερικό του ραδιοθόλου οι κεφαλές των στηριγμάτων σχεδιάζονται έτσι ώστε να είναι σημεία επαφής του κεραυνού ο ραδιοθόλος έχει λεία εξωτερική επιφάνεια 116

Σχήμα 44 Στερεοί εκτροπείς στο εχωτερικό [9] 4.10.1.2 Τμηματικοί εκτροπείς Οι στερεοί εκτροπείς τείνουν να μειώσουν την αποτελεσματικότητα των RF εκπομπών των ραδιοθόλων και των αεροδυναμικών καλυμάτων. Για τη ελαχιστοποίηση αυτού του προβλήματος μπορεί να χρησιμοποιηθούν οι τεμαχισμένοι εκτροπείς. Αυτοί αποτελούνται από μία σειρά από λεπτά αγώγιμα κομμάτια, που συνδέονται μεταξύ τους με ένα ανθεκτικό υλικό και συνδέονται σε μια λεπτή λουρίδα από φίμπεργκλας (τουλάχιστον 10 στηρίγματα) η οποία μπορεί να κολληθεί στην επιφάνεια υπό προστασία. Δεν θα πρέπει να τοποθετείται βαφή πάνω από τα τμήματα Τεμαχισμένοι εκτροπείς παρέχουν πολλά μικρά διάκενα τα οποία ιονίζονται όταν εφαρμόζεται ένα κεραυνικό ηλεκτρικό πεδίο. Μιας και τα μικρά διακενά είναι κοντά μεταξύ τους, ο επακόλουθος ιονισμός γρήγορα μετατρέπεται σε συνεχή ώστε να καθοδηγήσει την αστραπή κατά μήκος της επιφάνειας υπό προστασία. 4.10.1.3 Αποστάσεις ανάμεσα στους εκτροπείς Η μέγιστη απόσταση ανάμεσα σε τεμαχισμένους εκτροπείς και η ελάχιστη δυνατή απόσταση σε αγωγούς που βρίσκονται από κάτω εξαρτάται από το ποσοστό της τάσης που απαιτείται για τον ιονισμό των τεμαχισμένων εκτροπέων, την πυκνότητα της επιφάνειας του ραδιοθόλου και την εγγύτητα αγώγιμων στοιχείων κάτω από την επιφάνεια. Οι αποστάσεις τυπικά κυμαίνονται στο εύρος 6 έως 18 ίντσες (0.1524-0.4572m). Λεπτές επιφάνειες και/ή μικρές αποστάσεις των αγώγιμων αντικειμένων απαιτούν πιο σύντομες αποστάσεις ανάμεσα στους εκτροπείς. Το μήκος των τεμαχισμένων εκτροπέων θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψιν στη σχεδίαση του συστήματος προστασίας. Χρειάζεται ένα συγκεκριμένο ποσοστό τάσης ανά μονάδα μήκους για να διασπαστεί ο εκτροπέας. Καθώς ο εκτροπέας γίνεται μακρύτερος το επίπεδο πτώσης τάσης γίνεται υψηλότερο. Ο εκτροπέας μπορεί να γίνει τόσο μακρύς και να απαιτεί τόσο μεγάλο ποσό τάσης διάσπασης ώστε να είναι άχρηστος. Συχνά για να παρακάμψουμε αυτό το πρόβλημα (με το μήκος) ένας συνδυασμός στερεών και τεμαχισμένων εκτροπέων έχει χρησιμοποιηθεί σε μεγαλύτερες κατασκευές. 117

Σχήμα 45 Τμηματικός εκτροπέας [9] Σχήμα 46 Τμηματικός εκτροπέας [9] Λεπτά ελάσματα τοποθετούνται στο εξωτερικό κάτω από την βαφή δεν μπορούν να αντέξουν ιδιαίτερα μεγάλα ρεύματα Σχήμα 47 Λεπτά ελάσματα [9] 118