¿Cómo se protegen las aeronaves de los rayos mediante una piel conductora?

He leído this question y this one , pero en realidad no responden a mi pregunta.

¿Cómo o por qué los aviones están protegidos (de los rayos) por una piel conductora, como el aluminio? ¡ Los conductores permiten que la corriente fluya a través de ti! ¿No sería mejor tener una carcasa aislante?

Me doy cuenta de que no es posible tener una burbuja ideal que te proteja por completo, porque los motores necesitan respirar aire. Presumiblemente, estos motores de metal se llevarían la peor parte del impacto del rayo.

Así que déjame probar un ejemplo con un planeador. Digamos que tenemos un planeador completamente rodeado por una piel aislante. Solo por el bien del ejemplo ideal, digamos que esta piel es el mejor material aislante conocido: el diamante. (Está bien, no es diamante sólido. Es solo un recubrimiento de diamante. Sí, pueden construirlo mediante deposición química de vapor. Sé que no es económico, es solo por el bien de un ejemplo ideal).

¿Qué pasaría si esta nave fuera alcanzada por un rayo? Por favor, no digas "explota" sin algún tipo de cita o explicación o sospecharé de la falsedad de Hollywood.

Voto para cerrar esta pregunta como fuera de tema porque es una pregunta para física.se (la jaula de Faraday)
@Federico Cuando lo piensa, también se pueden hacer preguntas sobre sustentación, arrastre y eficiencia del motor en physics.SE. Están permitidos aquí porque se relacionan con la aviación. Espero que podamos estar de acuerdo en que los rayos también se relacionan con la aviación.
Conductors allow current to flow through you!aquí es donde cae tu pregunta. Esta es una afirmación incorrecta.
La pregunta se basa en una comprensión incorrecta de la electrostática que establece que una cabina metálica protege a los pasajeros del campo (por lo tanto, de la corriente) exactamente como un pararrayos protege un edificio. En realidad, el problema actual en el diseño de aeronaves es recrear esta protección donde la cabina no es metálica (aluminio reemplazado por compuestos). Demostración convincente en Youtube. Teoría de la superficie equipotencial cerrada .
No estoy de acuerdo con los votos negativos. Esta es una pregunta válida. Simplemente sucede que la comprensión del OP sobre su física subyacente es muy incorrecta.
@Simon Sería bueno si pudieras dar más detalles. Hay conductores y aisladores. Uno permite que fluya la corriente, otro no (al menos no fácilmente). Si está hablando de algo como el efecto piel y quiere debatir el significado de la palabra "a través", tal vez podríamos intentarlo en English.SE.
@ DrZ214, English.SE sería inútil para esto. El problema con "a través" es que depende de dónde esté el conductor. Si el conductor está a su alrededor , entonces la corriente fluirá predominantemente a través del conductor y, por lo tanto, a su alrededor, no a través de usted.
El mejor aislante (vacío) no es un aislante perfecto. Todos los materiales tienen rigidez dieléctrica , es decir, capacidad de resistir tensiones antes de que pierdan sus propiedades aislantes. Diamond resistirá hasta 2.000 MV/m. Si la capa de diamante tiene 1 mm de espesor, resistirá solo hasta 2 MV, y luego conducirá los electrones. Pero lo más crítico es que mientras aísla, todavía permite que existan campos eléctricos y magnéticos dentro del volumen aislado.
@mins Interesante, pero mencionas un vacío y luego dices "todos los materiales tienen...". El vacío no es un material. Busqué y encontré ( en.wikipedia.org/wiki/Dielectric_strength ) el límite de Schwinger que sugiere que la fuerza dieléctrica de un vacío es de mil millones de MV/m, así que veo lo que dices. Curiosamente, sin embargo, ni siquiera esto es suficiente para protegerse contra un rayo positivo (mucho más raro que un rayo negativo, que es más débil), que puede superar los mil millones de voltios. Entonces, incluso si pudiéramos construir una cubierta protectora de vacío de 1 m de espesor, ¡no sería suficiente!
@TomMcW gracias por crear la etiqueta del rayo. Me sorprendió no encontrarlo cuando publiqué esto por primera vez. Tengo la sensación de que pronto volverá a ser útil.
(El vacío no es un material, pero me faltaron personajes) Buenos hallazgos adicionales. Entonces, en realidad, la mejor solución (y solo una, debido a los campos ... piense en las armas EMI ...) es usar un muy buen conductor que pueda manejar la energía. La idea es tener todos los puntos de la superficie protectora al mismo potencial (no es posible, pero podemos acercarnos). Si el caparazón es una esfera, la protección es perfecta en el centro.
Con respecto al comentario de @Simon, puede ver que estar en contacto con un conductor no es el problema: se filma al ingeniero de mantenimiento arrastrándose a lo largo de la línea de alto voltaje

Respuestas (1)

Rayo golpeando un avión de metal

Un avión comercial [...] es golpeado varias veces durante toda su vida útil.
En tal caso, el avión actúa como un pararrayos. Su estructura metálica proporciona la menor resistencia a la descarga eléctrica en su camino entre las nubes y el suelo. No es raro que el avión sea golpeado por una serie completa de descargas, la mayoría entre tres y cinco, en casos excepcionales hasta 25.
Como un avión en vuelo no tiene ningún tipo de conexión a tierra, el rayo primero entra en la estructura y sale de ella. de nuevo una fracción de segundo después. El principio detrás de esta ocurrencia es conocido por la mayoría de las personas de las lecciones de física en la escuela. El fuselaje actúa como la llamada "jaula de Faraday".. Al igual que la carrocería de un automóvil, la estructura de aluminio, cuando cae un rayo, pasa la energía eléctrica por el interior y mantiene seguros a los pasajeros.
El equipo técnico crucial también se mantiene a salvo del alto voltaje y la aeronave puede, en la mayoría de los casos, continuar normalmente con su vuelo. Pero para ir a lo seguro, la tripulación de cabina documenta cada impacto de rayo y la aeronave se trata con una rutina de inspección especial en su próxima revisión.

Fuente: "Caídas de rayos durante el vuelo", Lufthansa Technik

Relámpagos que golpean aviones modernos con estructuras compuestas (como se señala en este comentario )

Las piezas compuestas que se encuentran en áreas propensas a los rayos deben tener una protección contra rayos adecuada. [...] Las estructuras compuestas son menos conductoras que las de metal, lo que genera voltajes más altos.
La protección contra rayos en los aviones puede incluir pantallas de haz de cables, correas de tierra, láminas expandidas de estructura compuesta, malla de alambre, revestimiento de rociado de llama de aluminio, alambre metálico incrustado, marcos de cuadros metálicos, tiras de desvío, revestimientos de lámina metálica, tela de vidrio recubierta y lámina de aluminio adherida.
Los rayos también pueden dañar las estructuras compuestas del avión si no se aplica un acabado de protección, no se diseña correctamente o no es adecuado. Este daño es a menudo en forma de pintura quemada, fibra dañada y eliminación de la capa compuesta.

Fuente: "Caídas de rayos: protección, inspección y reparación", Boeing, 2012

Nueva tecnología que mejora la protección contra rayos de los aviones modernos

Los métodos tradicionales para proteger las aeronaves compuestas de los daños causados ​​por rayos se basan en una capa conductora incrustada sobre o dentro de la superficie del revestimiento compuesto de la aeronave. Este método es eficaz para prevenir daños importantes por efectos directos y minimiza los efectos indirectos en los sistemas de aeronaves debido a la aplicación de rayos, pero no proporciona ningún beneficio adicional por el peso parásito adicional de la capa conductora.
Se ha desarrollado un nuevo método multifuncional de protección contra rayos (LSP) para proporcionar protección contra rayos en aeronaves, detección de daños y diagnóstico para superficies compuestas de aeronaves. El método incorpora un conjunto de sensores SansEC en las superficies exteriores de la aeronave que forman una superficie de "piel inteligente" para las zonas de rayos de aeronaves certificadas para resistir impactos de hasta 100 kiloamperios de corriente máxima.

Fuente: Szatkowski, GN y otros: "Tecnología de sensor resonante de circuito abierto (SansEC) para la mitigación de rayos y detección y diagnóstico de daños para aplicaciones de aeronaves compuestas", NASA, 2014

Se puede encontrar más información en Internet, véase, por ejemplo, "Playing with Lightning in the Name of Aircraft Safety", NASA .

Para conocer la ciencia detrás de la jaula de Faraday y los aisladores que golpean rayos, consulte Physics.SE .

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