Sytuacja, w której podczas lotu w samolot uderza piorun nie należy do rzadkości. Każdego dnia, na całym świecie zdarza się to nawet siedemdziesiąt razy. W ujęciu statystycznym w jeden samolot pasażerski piorun uderza średnio raz w roku. Ale nie ma powodu do obaw. Ostatnia katastrofa samolotu rejsowego, spowodowana przez błyskawicę wydarzyła się w 1963 roku. Współczesne samoloty budowane są w sposób umożliwiający rozproszenie energii pioruna w bezpieczny sposób. Metalowe kadłuby samolotów działają przy tym jak klatka Faradaya, chroniąca ich wnętrze. W przypadku konstrukcji kompozytowych, które przewodzą prąd słabiej (CFRP) lub wcale (GFRP), stosowane są specjalne rozwiązania konstrukcyjne, wykorzystujące metalowe siatki i folie, laminowane w strukturze kompozytu. Z kolei instalacja elektryczna, systemy elektroniczne i układ paliwowy są chronione poprzez ekranowanie. Odgromniki zaś wykorzystywane są do zabezpieczenia kompozytowych struktur, takich jak kopuły radarów czy winglety. Efektywne rozmieszczenie zabezpieczeń opisuje amerykańska norma SAE ARP 5414B i jej europejski odpowiednik ED-91A, dzielące płatowiec na strefy, według stopnia narażenia konstrukcji, o czym pisaliśmy w artykule:
Tutaj jednak pojawia się problem: dotychczasowe normy mają charakter w znacznej mierze empiryczny – są wynikiem wieloletnich doświadczeń z eksploatacji samolotów i niezliczonych oględzin skutków uderzeń piorunów. Nie do końca wiadomo, czy okażą się miarodajne dla nowej generacji samolotów, które ze względów ekonomicznych będą budowane z uwzględnieniem daleko idących innowacji konstrukcyjnych. Przykładem branej pod uwagę w tym kontekście konfiguracji płatowca jest tzw. skrzydło rozmyte (blended wing) pozbawione wyraźnego rozdzielenia od kadłuba. Innym rozwiązaniem są skrzydła o dużym wydłużeniu, podparte zastrzałami. Jak przekonuje prof. Carmen Guerra-Garcia z MIT, danych zebranych w ciągu ostatnich kilku dekad nie można tak po prostu zastosować dla takich konfiguracji, ze względu na zbyt wielkie różnice konstrukcyjne. Alternatywę mają stanowić symulacje komputerowe, umożliwiające modelowanie złożonych zjawisk fizycznych, towarzyszących uderzeniom piorunów, z uwzględnieniem analiz przepływowych i elektromagnetycznych. Metody oparte na fizyce mają uniwersalny charakter i można je aplikować niezależnie od różnic w geometrii samolotów – wyjaśnia Guerra-Garcia.
Identyfikacja najbardziej narażonych punktów ma zasadnicze znaczenie dla konstrukcji płatowca, nie tylko pod kątem bezpieczeństwa, lecz także ze względów ekonomicznych. Pokrycie całego samolotu metalową siatką znacznie zwiększyłoby jego masę, powodując spadek osiągów. Opracowana metodologia symulacyjna obejmuje identyfikację najbardziej prawdopodobnych punktów „przyczepienia” pioruna i rozkład statystyczny ścieżek spłynięcia łuku krętego z uwzględnieniem opływu powietrza dla różnych kątów pochylenia samolotu. Podczas testów na przykładzie geometrii samolotu w konfiguracji konwencjonalnej, opracowaną metodą uzyskano wyniki zbieżne z dotychczasową praktyką.
Zdaniem Bena Westina z koncernu Boeinga, wyznaczenie stref narażonych na uderzenie pioruna dla niekonwencjonalnych geometrii nie jest łatwym zadaniem. Jednak opracowana metodologia symulacyjna zapewnia identyfikację właściwych poziomów ryzyka, według których różne punkty perspektywicznych samolotów mogą być zabezpieczane i certyfikowane, co przyczynia się do optymalizacji procesu projektowego. Na podobnej zasadzie można analizować także konstrukcję turbin wiatrowych.
news.mit.edu
N. A. Jenkins, L. Michael, B. A. Westin et C. Guerra-Garcia: A Physics-Based Approach to Aircraft Lightning Zoning: Zone 2, IEEE Access, 3628197, 2025
