BENGALURU : Des chercheurs du Institut indien des sciences (IISc) ont développé un modèle informatique unique pour simuler comment la foudre peut frapper un avion et ont déclaré que les informations qu’ils ont tirées de ce modèle peuvent aider à concevoir de meilleures mesures de protection contre la foudre pour les avions.
« Les coups de foudre peuvent être dangereux pour les avions. Mais étudier ce phénomène sur le terrain est assez difficile. De telles frappes peuvent endommager la surface de l’avion, entraîner des perturbations temporaires des systèmes électriques et électroniques ou même causer des dommages permanents et, dans des cas extrêmes, provoquer l’inflammation du mélange air-carburant autour du moteur, entraînant une explosion », a déclaré l’IISc.
Professeur Udaya Kumardépartement de génie électrique, IISc, dont le laboratoire a étudié ce phénomène ces dernières années, a souligné qu’en général, un avion est frappé par la foudre une fois toutes les 1 000 heures.
« Il y a eu beaucoup d’incidents au cours du siècle dernier où les choses ont été très catastrophiques », a déclaré Kumar, ajoutant que la première étape pour protéger les avions contre la foudre consiste à identifier les régions les plus courantes de l’avion où la foudre peut se fixer ou frapper.
Le modèle et les données obtenues à partir de celui-ci ont été publiés dans la revue Atmosphere. Kumar et son équipe ont réalisé que les approches actuelles de cette identification étaient extrêmement simplifiées et ont entrepris de développer un modèle informatique plus complet. L’équipe suggère que de telles études peuvent contribuer à une quantification fiable de la menace de foudre et permettre une conception optimisée des mesures de protection contre la foudre.
« Dans des études précédentes, Kumar et son équipe avaient analysé l’efficacité des paratonnerres pour protéger les immeubles de grande hauteur en cas d’orage. Ils ont développé des modèles uniques qui ont résolu plusieurs problèmes de longue date liés à l’évolution du courant de foudre. Dans le passé, Kumar a également participé à la conception d’un système de protection contre la foudre pour Indian lancement de satellite coussinets et a mené des recherches sur différents schémas de protection », a ajouté IISc.
Dans l’étude actuelle ainsi que dans les travaux en cours, l’équipe s’est concentrée sur la modélisation de l’impact de la foudre sur les avions, afin de développer des mesures de protection adaptées.
« Dans l’éclair nuage-sol habituel descendant, les leaders – précurseurs des arcs de foudre – sont initiés au niveau du nuage, qui se propagent vers le sol. Cependant, les données de terrain et le modèle développé montrent clairement que dans plus de 90% des cas, les décharges du leader sont initiées au niveau de l’avion », a déclaré IISc.
Le nouveau modèle a été appliqué à deux géométries d’avion différentes – un avion de passagers DC10 et le modèle d’avion de chasse SDM – et a impliqué un calcul approfondi du champ électrique autour de l’avion et une modélisation appropriée des décharges électriques.
« Les scientifiques ont pu obtenir des estimations du champ électrique ambiant minimum requis pour déclencher des décharges de paratonnerre depuis l’avion. Ces valeurs sont en bon accord avec les données mesurées par des aéronefs instrumentés qui ont traversé des orages, comme le programme Storm Hazard de la NASA », a déclaré IISc.
De plus, a-t-il ajouté, l’avion n’est pas parfaitement parallèle au sol lors du décollage et de l’atterrissage, et le modèle est capable de simuler comment ces changements d’orientation peuvent affecter le champ électrique. Le rôle des conditions atmosphériques (humidité et pression atmosphérique) est également pris en compte dans le modèle. Il a également montré que les avions à des altitudes plus élevées avaient une plus grande affinité pour les coups de foudre.
« Dans les études en cours, l’équipe prévoit d’étudier plusieurs questions connexes : premièrement, quelle pourrait être la valeur maximale du courant de coup de foudre pour la foudre déclenchée par un avion ? Deuxièmement, quels pourraient être les changements locaux autour de l’avion au cours de l’évolution de la foudre ? », a déclaré l’IISc.
De plus, ils enquêtent sur les perturbations de l’équipement électrique interne lorsqu’elles sont frappées par la foudre. « Le laboratoire de Kumar a également réalisé une expérience unique en son genre sur un petit avion militaire en lui injectant d’énormes quantités de courant – destiné à imiter la décharge de foudre – et en collectant des données de champ électrique à l’intérieur de l’engin », a ajouté IISc. .
« Les coups de foudre peuvent être dangereux pour les avions. Mais étudier ce phénomène sur le terrain est assez difficile. De telles frappes peuvent endommager la surface de l’avion, entraîner des perturbations temporaires des systèmes électriques et électroniques ou même causer des dommages permanents et, dans des cas extrêmes, provoquer l’inflammation du mélange air-carburant autour du moteur, entraînant une explosion », a déclaré l’IISc.
Professeur Udaya Kumardépartement de génie électrique, IISc, dont le laboratoire a étudié ce phénomène ces dernières années, a souligné qu’en général, un avion est frappé par la foudre une fois toutes les 1 000 heures.
« Il y a eu beaucoup d’incidents au cours du siècle dernier où les choses ont été très catastrophiques », a déclaré Kumar, ajoutant que la première étape pour protéger les avions contre la foudre consiste à identifier les régions les plus courantes de l’avion où la foudre peut se fixer ou frapper.
Le modèle et les données obtenues à partir de celui-ci ont été publiés dans la revue Atmosphere. Kumar et son équipe ont réalisé que les approches actuelles de cette identification étaient extrêmement simplifiées et ont entrepris de développer un modèle informatique plus complet. L’équipe suggère que de telles études peuvent contribuer à une quantification fiable de la menace de foudre et permettre une conception optimisée des mesures de protection contre la foudre.
« Dans des études précédentes, Kumar et son équipe avaient analysé l’efficacité des paratonnerres pour protéger les immeubles de grande hauteur en cas d’orage. Ils ont développé des modèles uniques qui ont résolu plusieurs problèmes de longue date liés à l’évolution du courant de foudre. Dans le passé, Kumar a également participé à la conception d’un système de protection contre la foudre pour Indian lancement de satellite coussinets et a mené des recherches sur différents schémas de protection », a ajouté IISc.
Dans l’étude actuelle ainsi que dans les travaux en cours, l’équipe s’est concentrée sur la modélisation de l’impact de la foudre sur les avions, afin de développer des mesures de protection adaptées.
« Dans l’éclair nuage-sol habituel descendant, les leaders – précurseurs des arcs de foudre – sont initiés au niveau du nuage, qui se propagent vers le sol. Cependant, les données de terrain et le modèle développé montrent clairement que dans plus de 90% des cas, les décharges du leader sont initiées au niveau de l’avion », a déclaré IISc.
Le nouveau modèle a été appliqué à deux géométries d’avion différentes – un avion de passagers DC10 et le modèle d’avion de chasse SDM – et a impliqué un calcul approfondi du champ électrique autour de l’avion et une modélisation appropriée des décharges électriques.
« Les scientifiques ont pu obtenir des estimations du champ électrique ambiant minimum requis pour déclencher des décharges de paratonnerre depuis l’avion. Ces valeurs sont en bon accord avec les données mesurées par des aéronefs instrumentés qui ont traversé des orages, comme le programme Storm Hazard de la NASA », a déclaré IISc.
De plus, a-t-il ajouté, l’avion n’est pas parfaitement parallèle au sol lors du décollage et de l’atterrissage, et le modèle est capable de simuler comment ces changements d’orientation peuvent affecter le champ électrique. Le rôle des conditions atmosphériques (humidité et pression atmosphérique) est également pris en compte dans le modèle. Il a également montré que les avions à des altitudes plus élevées avaient une plus grande affinité pour les coups de foudre.
« Dans les études en cours, l’équipe prévoit d’étudier plusieurs questions connexes : premièrement, quelle pourrait être la valeur maximale du courant de coup de foudre pour la foudre déclenchée par un avion ? Deuxièmement, quels pourraient être les changements locaux autour de l’avion au cours de l’évolution de la foudre ? », a déclaré l’IISc.
De plus, ils enquêtent sur les perturbations de l’équipement électrique interne lorsqu’elles sont frappées par la foudre. « Le laboratoire de Kumar a également réalisé une expérience unique en son genre sur un petit avion militaire en lui injectant d’énormes quantités de courant – destiné à imiter la décharge de foudre – et en collectant des données de champ électrique à l’intérieur de l’engin », a ajouté IISc. .