Камзолов Сергей Константинович - доктор технических наук, профессор, профессор кафедры физики МГТУ ГА
Sergey K. Kamzolov - Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Physics Chair
Новиков Сергей Михайлович - кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры физики МГТУ ГА
Sergey M. Novikov - Candidate of Technical Sciences, Professor of the Physics Chair
Одним из факторов, вызывающим повреждение наружных элементов конструкции самолета при поражении молнией, является ее электромеханическое воздействие. Наиболее характерные и разнообразные повреждения молнией узлов крепления обшивки самолета были обнаружены в декабре 2017 г. в штате Луизиана (США) после поражения молнией бомбардировщика B-52 при заходе на посадку. Уже на земле экипаж обнаружил в хвосте самолета дыру размером в человеческий рост. Подобные инциденты происходили и с отечественными самолетами. Исследования, проведенные на кафедре физики МГТУ ГА группой специалистов в области молниезащиты воздушных судов, позволяют с высокой степенью достоверности объяснить механизм такого рода повреждений. Этот механизм имеет комплексный характер. Главную роль здесь играет электромеханическое воздействие молнии на проводящую обшивку, обусловленное взаимодействием растекающегося по обшивке тока молнии с создаваемым ею магнитным полем, а также пинчевое давление в канале разряда. Нагружение проводящей обшивки обусловлено пондеромоторными силами как в обшивке, так и внутри канала молниевого разряда. Приходящая на край панели обшивки волна напряжений от такой нагрузки вкупе с воздействием рожденной молнией ударной акустической волны, складываясь со штатными эксплуатационными нагрузками, может вызвать перенапряжение как на контуре панели обшивки, ослабленной отверстиями под элементы крепления, так и в самих элементах крепления (заклепки, винты). Расчет интенсивности напряжения в обшивке за счет пондеромоторных сил в районе заклепочного соединения показал, что лишь при амплитуде тока молнии, превышающей 100 кА, могут возникнуть сверхкритические как нормальные напряжения в обшивке вдоль заклепочного ряда так и касательные напряжения в узкой части закраины сзади заклепки. Поскольку статистика утверждает, что вероятность поражения самолета столь сильноточной молнией ничтожна, то очевидно, что при поражении В-52 сработали указанные дополнительные факторы. На фотографии поврежденной части хвостового оперения отчетливо видны оба типа разрушения конструкции: отрыв одного края панели от стрингера вдоль заклепочного ряда (закраина осталась на месте) и срыв другого края по заклепкам вместе с закраиной.
One of the damage factors of the outer elements of aircraft structures by lightning strike is its electromechanical effect. The most typical and diverse types of damage caused by lightning to the fittings of the aircraft skin were discovered in December 2017 in the state of Louisiana (USA) after the lightning strike to the B-52 bomber during landing. On the ground the crew found the man-sized gash in the tail unit. Similar incidents took place with a number of Russian aircraft too. Researches, conducted at the Chair of Physics of Moscow State Technical University of Civil Aviation by a group of specialists in the field of lightning protection of aircraft, allow to explain the mechanism of this kind of damage with a high degree of reliability. This mechanism is of a complex nature. The Electromechanical effect of lightning on the conductive skin, due to the interaction of the lightning current spreading along the skin with the magnetic field created by it, is essential as well as the pinch pressure in the discharge channel. Loading of a conductive plating is caused by ponderomotive forces in the skin and inside the channel of the lightning discharge. Coming to the edge of the trim panel stresses wave from such loads, coupled with the impact of lightning born of the shock acoustic waves, adding up to the operational, staffing loading, can overload as at the contour of the trim panel, weakened by holes for fastening elements, and at the fastening elements too (rivets, screws). The calculation of the intensity of the stresses in the skin due to ponderomotor forces in the area of the rivet connection showed that only if the amplitude of the lightning current exceeds 100 kA, supercritical stresses can take place - as normal stresses in the skin along the rivet row and tangential stresses in the narrow part of the rivet flange. Since the statistics claims that the probability of the aircraft high-current lightning strike is negligible, it is obvious that these additional factors were active in the B-52 case. In the photo of the damaged part of the tail unit of the aircraft, both types of structural damage are clearly visible: the separation of one edge of the panel from the stringer along the rivet row (the flange remains in the place) and the damage of the other edge along the rivets with the flange.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.