Een blikseminslag in een vliegtuig in de lucht is niet direct een groot gevaar, maar het toestel is daarna vaak wel een tijd uit de running voor checks en onderhoud. Daarom werken vliegtuigbouwers zoals Boeing aan maatregelen om de kans op een blikseminslag te verkleinen. Bij MIT hebben ze er een gevonden: breng een kleine elektrische spanning aan over de romp en de bliksem zal minder snel inslaan.
Heel vaak komt het niet voor, maar naar schatting krijgt gemiddeld elk verkeersvliegtuig eens per jaar te maken met blikseminslag. De passagiers zijn beschermd tegen elektrische activiteit van buiten, maar het toestel moet na de betreffende vlucht wel extra worden gecontroleerd, waardoor het vaak even uit de running is.
Logisch dus dat piloten om te beginnen het liefst om onweerswolken heen vliegen. Daarnaast denken vliegtuigbouwers na over technische ingrepen om de kans op blikseminslagen te verkleinen.
Bij het Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, VS, hebben onderzoekers nu laten zien hoe dat zou kunnen: door over de romp van een vliegtuig een spanningsverschil aan te brengen. Dit heft het spanningsverschil van het toestel op dat wordt veroorzaakt door het externe elektrische veld van de onweerswolk, en die verantwoordelijk is voor het in gang zetten van een bliksem.
Ontlading
Dat werkt als volgt. Een vliegtuig dat door een onweerswolk vliegt, ondervindt aan de buitenkant een elektrisch veld dat wordt veroorzaakt doordat positieve en negatieve ladingen uit elkaar zijn getrokken (het proces dat uiteindelijk leidt tot een bliksem). Dat veld polariseert de romp van het toestel; de voorzijde wordt meer positief geladen en de achterkant negatief, of andersom. Als deze polarisatie te groot wordt, kan rond het toestel een laagje plasma (een geïoniseerd gas dat elektriciteit heel goed geleidt) ontstaan – een zogeheten leader – dat vaak leidt tot blikseminslag (Hier lees je meer over zo'n leader).
Spanning over de romp
Om het ontstaan van dit plasma te voorkomen stellen de MIT-ingenieurs voor om de polarisatie van het vliegtuig actief tegen te gaan. In de toekomst kan een toestel worden uitgerust met sensoren die voortdurend meten of zich rond de romp een laagje plasma vormt. Is dat het geval, dan komt een kleine stroombron – met een vermogen van enkele tientallen watts – in het vliegtuig in actie, die een spanning over de romp zet. Die is tegengesteld aan de spanning als gevolg van het externe elektrische veld en heft die dus grotendeels op.
‘We proberen het vliegtuig zo onzichtbaar mogelijk te maken voor bliksem’, zegt hoogleraar Jaime Peraire van de faculteit Aeronautics and Astronautics van MIT in een persbericht van die universiteit. Daartoe bouwden de Amerikanen een wiskundig model van een vliegtuig dat de elektrische velden om het toestel beschrijft. In dit model varieerden ze de potentiaal over de romp om te kijken wat de invloed hiervan was op de kans dat een bliksem zich zou ontwikkelen.
En wat bleek? Als er een tegengestelde spanning over de romp staat, heb je een 50 % sterker extern elektrisch veld om het toestel heen nodig om een leader, de voorbode van bliksem, te produceren. Anders gezegd, de kans dat bliksem het toestel treft, gaat aanzienlijk omlaag als je het op de juiste manier onder spanning zet.
Drones door een onweerswolk
De resultaten zijn hoopgevend, maar het onderzoek zit nog in de beginfase. De lastigste horde moet nog genomen worden: het daadwerkelijk implementeren van het concept in de vorm van sensoren en elektrische actuatoren.
Dat is waar een promovendus van MIT nu aan werkt. Hij doet de eerste experimenten met het opladen van een metalen bol in een windtunnel. Dat is een – nogal – sterke vereenvoudiging van een vliegtuig. Als volgende stap willen de onderzoekers daarom met drones door onweerswolken gaan vliegen, om te zien of hun ideeën praktisch uitvoerbaar zijn.
Composiet
Het onderzoek van MIT is des te belangrijker geworden omdat in de afgelopen jaren vliegtuigrompen meer en meer van composieten worden gemaakt, materialen die zijn versterkt met glas- of koolstofvezels. Hierin wordt meer lading opgebouwd dan in een romp van metaal, waardoor de kans op een elektrische ontlading toeneemt.
Boeing, de grote vliegtuigbouwer uit de Verenigde Staten, betaalde mee aan dit onderzoek van MIT. Voor dat bedrijf is het belang duidelijk. Als het kan zorgen dat een nieuw toestel minder vaak door bliksem wordt getroffen, dan hoeft dat gedurende zijn werkzame leven minder vaak stil te staan en brengt het dus meer geld in het laatje voor de luchtvaartmaatschappij die hem gebruikt.
Openingsfoto U.S. Air Force / Senior Airman J.T. Armstrong
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.