Naukowcy opracowują materiał chroniący samoloty rażone piorunem

Naukowcy z Politechnik: Śląskiej i Warszawskiej oraz Uniwersytetu w Porto opracowują materiał dla zewnętrznych elementów poszycia samolotu, minimalizujący skutki uderzeń piorunów. Tworzywo z przewodzącego prąd plastiku przeszło właśnie próby wysokonapięciowe i wysokoprądowe.

Jak przypomniał w rozmowie z PAP kierownik projektu dr hab. inż. Andrzej Katunin z Wydziału Mechanicznego Technologicznego Politechniki Śląskiej, uderzenia piorunów w samoloty pasażerskie jest częstym zjawiskiem. "Statystycznie zdarza się to raz w roku dla każdego samolotu" – powiedział.

Samoloty są jednak do tego przygotowane. Aby piorun nie zniszczył maszyny, ładunek elektryczny musi się szybko rozchodzić po całym kadłubie. Dzięki temu nie wytworzy się w miejscu uderzenia ogromna temperatura, która może uszkodzić poszycie. Kadłuby samolotów budowane są jednak z kompozytów na bazie żywic epoksydowych. Ten wytrzymały plastik jest lekki, ale nie przewodzi prądu. W polimerowym kadłubie jest więc zatapiana metalowa siatka. W momencie uderzenia pioruna przechwytuje ona ładunek elektryczny i ciepło.

I choć dr hab. inż. Katunin uspokoił, że stosowane współcześnie metody ochrony odgromowej niemal całkowicie chronią pasażerów samolotów, nie są jego zdaniem optymalnym rozwiązaniem, m.in. ze względu na skomplikowany proces wytwarzania kadłubów z taką wtopioną siatką czy konieczność kosztownej naprawy samolotu po każdym uderzeniu.

Nowym rozwiązaniem ma więc być opracowane m.in. przez śląskich naukowców tworzywo niezawierające metalu, a składające się z lekkiego plastiku o niestandardowych własnościach, bo przewodzącego prąd. "Specyfika naszego materiału polega właśnie na połączeniu obecnie stosowanego w lotnictwie, nieprzewodzącego prądu polimeru z polimerem przewodzącym" – wyjaśnił naukowiec.

Budowa tego rodzaju związków chemicznych pozwala więc nadać stworzonemu przez naukowców materiałowi cechy przewodnika elektrycznego, przy jednoczesnym zachowaniu wytrzymałości i lekkości elementów poszycia samolotu, w których docelowo miałby być stosowany.

W założeniu badaczy nowa technologia ma ponadto sprawić, że proces produkcji kompozytowych elementów samolotu będzie prostszy. Dodatkową zaletą ma być to, że dzięki nowemu kompozytowi nie będą konieczne tak kosztowne renowacje i testy samolotu po każdym uderzeniu pioruna – piorun bowiem powodowałby mniejsze szkody.

Materiał niedawno przeszedł próby wysokonapięciowe i wysokoprądowe w warunkach symulujących uderzenie pioruna. Udowodniły one, że nowe tworzywo nie koncentruje wytworzonej podczas rażenia energii w jednym miejscu, a rozprowadza ją.

Jednak zdaniem dr. hab. inż. Katunina badania mają charakter "mocno podstawowy", więc naukowców czeka jeszcze długa droga. "Nasz materiał jest właściwie dopiero elementem takiego kompozytu; to nie jest materiał, który już możemy zastosować w samolotach, a pewnego rodzaju matryca. Dlatego będziemy dalej rozwijać tę koncepcję" – wyjaśnił.

Według badacza największym wyzwaniem dla naukowców w najbliższych miesiącach będzie takie udoskonalenie budowy materiału, by zachował on wysoką przewodność elektryczną. "Polimer przewodzący, który zastosowaliśmy, ma przewodność dosyć dobrą, natomiast, gdy połączyliśmy go z polimerem nieprzewodzącym, przewodność naszego materiału znacznie spadła. A im wyższa będzie przewodność elektryczna, tym lepiej będzie się rozprowadzać ładunek. To z kolei oznacza, że temperatura w epicentrum uderzenia piorunu będzie niższa, co w konsekwencji spowoduje mniejsze uszkodzenie samolotu" – tłumaczył naukowiec.

Ponadto, w jego ocenie, w najbliższym czasie konieczne będzie także dopracowanie składu chemicznego kompozytu oraz wzmocnienie go tkaniną z wytrzymałego włókna węglowego.

Materiał powstał dzięki przedsięwzięciu realizowanemu przez naukowców ze Śląska, Warszawy i Portugalii, na które badacze otrzymali grant w wysokości 80 tys. zł w ramach programu INTER Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Jego wynikami interesuje się międzynarodowe środowisko naukowe, zapraszając badaczy na konferencje. I choć projekt oficjalnie zakończył się w lipcu, naukowcy zapowiadają dalsze badania, prowadzone ze środków własnych lub w ramach innych dofinansowań.