Самолет всегда "на резиновой подошве", поэтому электрический разряд ему не страшен. Он протекает по обшивке корпуса и уходит в другую тучу, не проникая внутрь.
... На прежних самолетах, где металлизация (соединение отдельных частей металлическими проводниками) была несовершенной, иногда отказывали какие - то приборчики, чаще радиостанции. На современных следы молнии остаются на поверхности в виде закопченных заклепок ...
Мягко выражаясь, не совсем так. Давно хотел об этом написать ради просвещения общества по реальным проблемам современной техники, но не было повода.
Мне пришлось лет 5 назад заняться разработкой непростого авиационного БРЭО и вникнуть в тему стойкости (т.е., неповреждаемости) такого БРЭО к удару молнии в корпус ЛА. До того я уже 30 лет занимался разработкой научной, промышленной, а с начала века и военной электроники, и в общем представлял последствия близкого удара молнии (в молниеотвод, дерево и т.п.) для РЭО и методы повышения стойкости РЭО к таким ударам.
Кратко: импульсное магнитное поле громадного тока молнии индуцирует импульсные напряжение и ток во всех близких электрических цепях, и соответствующие электрические импульсы могут далеко распространяться по этим цепям. Так, общепринятые требования к цепям электропитания РЭО от бытовой или промышленной сети (220В 50Гц и другие стандарты питания в разных странах) - это стойкость к импульсному синфазному напряжению (одновременно на фазе и на нейтрали) +/- 2,5...5 кВ относительно местного заземления (разные уровни жесткости в разных стандартов) и к импульсному дифференциальному напряжению (между фазой и нейтралью) в многие сотни В (также разные уровни в разных стандартах). И сопоставимые перенапряжения возникают в сигнальных линиях связи (телефонные, компьютерные и т.п.). Приличное РЭО это выдерживает благодаря специальным мерам защиты, а халтурное РЭО выгорает.
Но в авиации ситуация гораздо серьезнее - и молния ударяет не вблизи ЛА, а непосредственно в корпус ЛА, и последствия повреждения авионики могут быть фатальными. А удар молнии в корпус ЛА - не такая уж редкость: ЕМНИП, в среднем (в мировом масштабе) один удар на несколько тыс. летных часов. Соответственно, этой проблеме в авиации уделялось и уделяется очень серьезное внимание. В частности, в США опубликовано множество справочных и руководящих документов по характеристикам молний, мерам защиты ЛА и методам испытаний на стойкость ЛА к ударам молнии, и я тогда поизучал несколько сотен страниц этих документов (это лишь их малая часть).
Теперь немного о физических основах защиты БРЭО от молнии - чтобы стала понятна суть проблемы.
Если ЛА с проводящим корпусом оказался на пути разряда молнии между облаками или между облаком и землей, то он создает "льготный" путь для разряда - через себя. ЛА даже может спровоцировать разряд, который почти "созрел". При разряде через корпус ЛА, по этому корпусу проходит весь ток молнии - а это от десятков тыс. до многих млн. ампер.
Параметры молний в природе варьируются в очень широких пределах. Основные параметры (амплитуда тока, длительность огибающей пачки импульсов тока, скорость нарастания тока на фронтах отдельных импульсов) варьируются примерно на 2 порядка у 90% молний (не учитываются 5% самых слабых и 5% самых сильных молний). А т.н. "интеграл действия" молнии (произведение квадрата тока на эффективную длительность тока), которому пропорциональна ее разрушительная энергия, ЕМНИП, варьируется на 4...5 порядков. Требования стандартов по стойкости РЭО к ударам молнии ближе к верхней границе разброса параметров молний, но вероятность удара молнии, превышающей эти требования, - не нулевая, а в пределах 5...10%.
При прохождении тока молнии по корпусу ЛА этот ток воздействует на электрооборудование ЛА (прежде всего, на его БРЭО) двумя путями: между разными частями корпуса возникает напряжение, пропорциональное сопротивлению корпуса и току (закон Ома!), а магнитное поле этого тока индуцирует напряжение и ток в разных цепях (электромагнитная индукция). Соотношение этих двух эффектов зависит от длительности и формы импульса тока, и обычно в ЛА умеренно преобладает второй эффект (индукция).
А аналогия с пресловутой "клеткой Фарадея" тут лишь частично применима - исходно это понятие из электростатики. Различие в том, что сколь угодно тонкий проводник полностью экранирует электростатическое поле, но переменное (или импульсное) магнитное поле не экранируется проводящей стенкой полностью, а лишь частично компенсируется магнитным полем тока, который индуцируется исходным магнитным полем. Это приводит к тому, что переменный (или импульсный) ток вытесняется на поверхность толстого проводника (наружную поверхность оболочки), и плотность этого тока убывает вглубь проводника. Это называется "скин-эффектом" (скин - кожа).
Эффективная глубина проникновения переменного тока в проводник (толщина скин-слоя) пропорциональна кв. корню из отношения удельного сопротивления проводника к частоте тока. Поэтому клетка Фарадея из металлической сетки защищает свое содержимое не только от постоянного высокого напряжения, но также от радиочастотного напряжения, для частоты которого толщина скин-слоя во много раз меньше толщины сетки. Однако при ударе молнии в алюминиевый корпус ЛА эта толщина обычно порядка 1-2 мм, и плотность тока молнии, идущего по внутренней поверхности корпуса ЛА, ориентировочно лишь на порядок меньше, чем по наружной поверхности - но это гораздо лучше, чем полное отсутствие экранирования, как на малых пилотируемых ЛА с композитными корпусами и на большинстве БПЛА.
Благодаря скин-эффекту в корпусе ЛА, требования к авиационному БРЭО по его стойкости к удару молнии соизмеримы с требованиями к наземному оборудованию (см. выше). Но в авиации отказ БРЭО более опасен. Более того, от БРЭО, непосредственно обеспечивающего безопасность полета, требуется не только "стойкость" (сохранение работоспособности
после удара молнии), но и "устойчивость" (отсутствие сбоя
во время удара). Кстати, устойчивость радиосвязи к удару молнии практически невозможна - можно только обеспечить быстрое восстановление связи сразу после удара (за малые доли сек) и исправление ошибки.
В общем, стойкость и устойчивость БРЭО к удару молнии в корпус ЛА обеспечивается целым комплексом структурных, схемотехнических и конструктивных мер, подробное описание которых здесь неуместно. Кратко:
- четкое разбиение сложных систем РЭО на слабо связанные подсистемы,
- по возможности - гальваническая развязка в связях между подсистемами (оптроны и т.п.),
- одноточечное соединение каждой из подсистем с корпусом ЛА,
- защита входных и выходных цепей блоков РЭО от импульсного перенапряжения специальными элементами (варисторы, защитные диоды, разрядники) и запас по напряжению основных элементов этих цепей,
- межблочные связи - только двухпроводными линиями, с возвратными проводниками (витые пары, экранированные провода, коаксиальные кабели),
- все блоки РЭО - в проводящих корпусах, "заземленных" на корпус ЛА короткими толстыми проводниками,
- экранирование межблочных кабелей проводящими экранами, подключенными к корпусам
всех соединяемых блоков.
Реализация этого комплекса мер требует высокой квалификации авторов и значительно усложняет конструкцию БРЭО - но иначе нельзя. Так, в моих недавних делах выполнение этих мер привело к значительному усложнению схем и конструкции изделий, а также к увеличению объема и массы изделий примерно на 20...30%. К сожалению, у меня есть сильное и обоснованное подозрение, что значительная часть разработчиков БРЭО в РФ не дотягивает до нужной квалификации, а испытания на стойкость к удару молнии зачастую проводятся неполноценно. ИМХО, спасает лишь то, что для повреждения конкретного БРЭО нужно, чтобы достаточно сильная молния ударила бы не как-нибудь, а так, чтобы это БРЭО оказалось на "главном" пути протекания тока
этой молнии. Т.е., "русская рулетка" ...
Катастроф, связанных с воздействием атмосферного электричества (молнии) на самолет мне неизвестно! У грозы есть другие свойства, более опасные, чем молния... Но современная авиация с ними справляется.
Летайте спокойно!
Это справедливо (с оговорками). Но это потребовало колоссальных усилий науки и авиапромышленности.