Villám és repülés a szakértőnk szemszögéből

A héten a Wizz Air Bariba tartó gépét villámcsapás érte, ezért előrehoztuk szakértőnk korábbi cikkének az új dizájnba való áttételét.

A statisztika szerint minden utasszállító repülőgépet évente egyszer villámcsapás ér. Persze van, amelyet egy sem, van amelyiket több is egy év alatt. Így az esetek többségében egy repülőgépet ért villámcsapás nem számít különleges, de még csak különösebben veszélyes eseménynek sem a közforgalmi repülésben.

Az Egyesült Államokban az elmúlt negyven évben nem fordult elő olyan eset, hogy egy utasszállító repülőgép katasztrófáját közvetlenül egy villámcsapás okozta volna. Egyéb meghibásodással, szerencsétlen körülményekkel társulva persze volt már okozója katasztrófának, de – ahogy ez lenni szokott a katasztrófákhoz vezető eseménysorokban – egy villámcsapás önmagában még nem elég, hogy katasztrófát okozzon.

A 80-as években a NASA kísérletsorozatában egy F-106B átalakított vadászgéppel a villámcsapások hatásait vizsgálták úgy, hogy szándékosan belerepültek a zivatarcellákba, előidézve a gépet érő villámcsapásokat. A gépet legalább hétszáz „villámtalálat” érte a kísérletsorozat alatt úgy, hogy az szerkezeti károkat egyszer sem szenvedett.

A kísérletek eredményeképp rengeteg tapasztalat gyűlt össze a repülőgépek és a fedélzeti műszerek villámvédelmével kapcsolatban.

A repüléstörténetben azért vannak példák villámcsapás miatti katasztrófákra. Egy Boeing 707-esen 1963-ban a hajtóműből szivárgó üzemanyag gyulladt meg a villámcsapás miatt, de volt példa a fedélzeti műszerek meghibásodására is.

A villámlás a zivatarok jellemző kísérője. A zivatarfelhő, a Cumulonimbus fejlődése közben és annak élete során alakulnak ki a villámok. Ezek a felhőn belül, azok felületén, felhők között, vagy a felhő és a talaj között is létrejöhetnek. A villámlást a felhőben lévő pozitív és negatív töltések szétválása okozza.

A jelenség pontos lefolyása máig sem tisztázott, valószínűleg a zivatarfelhőben lévő erőteljes feláramlások és a csapadékképződés folyamata együttesen okozzák folyadékcseppek és velük együtt a töltések szétválását.

A villám elindulhat a felhő pozitívvá és negatívvá vált részeiből is, eszerint van pozitív és negatív villám. Pozitív villám esetén a felhőből egy pozitív töltésű elővillám indul a föld felé, amelyet a földből a felhő felé induló negatív elektronfolyam, a fővillám követ. A negatív villámnál ennek a fordítottja történik. A földre jutó negatív villámok többnyire a kiemelkedő, villámhárító-szerű helyeket kedvelik, míg a pozitív villám bárhová lecsaphat, ennek helye a terep töltéseloszlásától függ.

A villámlás, ahogy ezt a NASA kísérletsorozat is bizonyította, nem tesz kárt a repülőgép belsejében lévőkben és magában a szerkezetben sem. Ennek az az oka, hogy a jellemzően fémből készült borítás Faraday kalitkaként viselkedve megvédi a benne lévőket, ahogy egy autó zárt fémdoboza is biztonságot nyújt ilyenkor.

A zárt, vezetőből készült doboz, vagy háló megvédi az általa bezárt teret az elektromágneses sugárzásoktól és a villámcsapástól is, amely ilyenkor a külső felület mentén fut végig a gépen, majd elhagyja azt.

A villám rendszerint a repülőgép egy kiemelkedő, hegyes részébe csap bele, mint például a szárnyvég vagy az orr, majd miután végigfut a felületen egy hasonló helyen hagyja el azt. A belépés és a kilépés helyén égésnyomok előfordulhatnak, illetve ha a borítás megsérül, akkor az többnyire ezeken a pontokon történik.

Az egyre inkább teret hódító kompozitoknál, mivel nem elektromosan vezető anyag, a Faraday kalitka általi villámvédelmet a szerkezet nem biztosítja. Ezt a problémát a kompozit anyag rétegei közé laminált elektromosan vezető villámhálóval lehet megoldani. A kompozit törzsű repülőgépek villámvédelme komoly feladat a fejlesztőknek. A Boeing 787-es Dreamliner karbonszálas kompozit törzsét is ilyen, vezetőből készült, a kompozitba ágyazott villámhálóval készítik.

A repülőgépek műszerei és elektromos berendezései „megérezhetik” a villámlást, mivel ezek antennákon, külső érzékelőkön keresztül közvetlenül is kapcsolatban vannak a repülőgép alkotta Faraday kalitka külsejével. Az ilyen berendezéseket túláram védelemmel és árnyékolással látják el. Ennek ellenére is előfordulhat, hogy egyes műszerek károsodnak, mint 2006-ban az Iceland Air Boeing 757-ese, amely nem a villámcsapás után vissza kellett fordulnia, mivel károsodott az orrkúpja és az az alatt lévő radarberendezése is.

https://www.youtube.com/watch?v=jcPUG-3mND8

Vannak egészen elképesztő esetek is, mint annak az angol kapitánynak az esete, akit egy 757-es pilótafülkéjének az ablakát átlyukasztó villámcsapás sebesített meg. A géppel az első tiszt leszállt, de a kapitány többé nem repülhetett.

Persze van még jó néhány példa arra, hogy a villámlás károkat okozott utasszállító repülőgépeken, mégis kijelenthetjük, hogy a komoly károsodás valószínűsége elég kicsi, főleg, ha figyelembe vesszük, hogy nap, mint nap repülőgépek tucatjait ér villámcsapás anélkül, hogy bármilyen kárt okozna.

Az utasszállító repülőgépekre a legnagyobb veszélyt nem a villámlás, hanem a zivatarcellákkal járó erőteljes feláramlások, turbulenciák és az ezek belsejében csapadékként kiváló akár extrém nagy méretű jég jelenti. Még a legnagyobb méretű, bármilyen időjárási körülmények között repülhető gépek is elkerülik a zivatarcellákat.

Az ezek belsejében lévő rendkívül erős turbulens áramlások már okozhatnak súlyos, katasztrofális szerkezeti károsodást is, ahogy ez a kisgépes repülésben sajnos már hazánkban is előfordult. Ezen kívül az utasok kényelme sem elhanyagolható szempont.

Így a zivatar és a villámcsapás elleni védelem két vonalból áll. Az első a pilóta, aki remélhetőleg elkerüli a zivatarokat. A második pedig maga a gép, amely megóvja a benne lévőket.

(Eredeti megjelenés: 2008 július)