Одночасно із зростання використання і регулярності польотів літаків цивільної авіації зростає і кількість уражень літаків розрядами атмосферної електрики. Перед цивільною авіацією стоїть питання зниження числа уражень і пошкоджень при цьому авіаційної техніки, а також підвищення ефективності спеціального технічного обслуговування після ураження розрядом атмосферної електрики.
Розрядами атмосферної електрики літаки уражаються при польотах у районах грозової діяльності. Імовірність такої небезпечної ситуації визначається складною сукупністю ряду факторів, але насамперед відстанню між ПС і розрядом блискавки. Якщо максимальний лінійний розмір ПС (довжина фюзеляжу, розмах крила літака чи діаметр несучого гвинта вертольота) складає L, то при проходженні ПС на відстані від блискавки, меншому 2L, блискавка практично напевно вдарить у ПС. Таким чином, чим більші розміри ПС, тим більша імовірність ураження його блискавкою. У загальному випадку ця імовірність у зоні активної грозової діяльності складає близько 1%.
Як свідчить статистика, удари блискавки у ПС найбільш часті при польоті в купчастій і купчасто-дощовій хмарності на висотах 3-5км, в близьконульовому діапазоні температур зовнішнього повітря, в умовах помірної бовтанки і дощових опадів. Літаки, які виконують зльоти і посадки, а також вертольоти, які літають переважно на малих висотах, уражаються блискавкою, як правило, при електричному розряді грозової хмари в землю. Приблизно половина всіх зареєстрованих випадків поразки ПС блискавкою відбулися в хмарах, які не є грозонебезпечними (в основному шарувато-дощових), при відсутності зливових опадів і підвищеної турбулентності, але при наявності тривалих змішаних опадів - дощу і мокрого снігу. Ураження ПС блискавкою відзначалися переважно в осінньо-зимовий період (жовтень-лютий), коли грози практично не спостерігаються.
Такі своєрідні локальні розряди блискавки пояснюються наявністю на сучасних ПС безлічі генераторів, перетворювачів, акумуляторів, значною швидкістю польоту літака і витікання газів з реактивних двигунів. При цьому на поверхні ПС утворюється значний заряд статичної електрики. Хоч потужність цих розрядів-блискавок, на відміну від природних блискавок при грозах, невелика, однак висока концентрація цієї потужності у невеликому об’ємі поблизу ПС призводить до сильного і небезпечного уражаючого впливу на конструктивні елементи ПС.
В основному розряди атмосферної електрики уражають носову частину фюзеляжу, передні і задні крайки крила і хвостового оперення, зовнішні антени. Ураження літаків розрядами може призвести до таких наслідків:
- оплавлення чи пропалення обшивки і клепок планера (100% випадків);
- відмови радіоелектронного обладнання (60% випадків);
- ушкодження чи руйнування обтічників радіоелектронних станцій (50% випадків);
- порушення газодинамічної стійкості турбореактивних двигунів (10% випадків);
- намагнічування сталевих елементів конструкції планера.
В одному польоті літак може уражатися одним, двома і більше розрядами. При цьому положення літака щодо каналу розряду в атмосфері може бути різним. Напрямок розрядів щодо подовжньої осі літака, як показав аналіз, мають таку частоту: збоку ліворуч і праворуч – 44%, знизу – 30%, зверху – 13%, попереду фюзеляжу – 6,5%, крило – 6,5%.
Підставою для проведення робіт із спеціального технічного обслуговування є заява екіпажа про ураження літака розрядом (запис у бортовому журналі) чи виявлення наслідків ураження (оплавлення чи пропалення обшивки, клепок, розрядників статичної електрики та ін.) при черговому технічному обслуговуванні.
Перед початком робіт необхідно доповісти керівництву про ураження літака електричним розрядом, зняти і відправити на розшифровку нагромаджувачі інформації самописів і магнітофонів. При цьому необхідно забезпечити збереження цієї інформації для роботи комісії з розслідування даного випадку.
Для підвищення ефективності спеціального технічного обслуговування роботи доцільно проводити в три етапи: інформаційний, технічний і оформлювальний.
Інформаційний етап виконується з метою одержання інформації, необхідної для оцінки й ухвалення рішення про глибину, обсяг і порядок (напрямок) проведення огляду і перевірок систем і устаткування. Джерелами служать екіпаж, бортова технічна документація (бортовий журнал, формуляр літака), дані розшифровок літакових засобів об'єктивного контролю.
У результаті опитування екіпажа інженер одержує інформацію про:
- особливості польоту в умовах грозової діяльності;
- кількість розрядів у літак і ймовірні зони дії;
- роботу силових установок після розряду, звертаючи увагу на можливість зміни режимів роботи двигунів у момент розряду і після;
- роботу і перевірку функціонування радіоелектронного, пілотажно-навігаційного устаткування й інших систем літака.
При одержанні цих зведень необхідно уточнити, чи супроводжувався політ наявністю перевантажень, зливових опадів, граду, обмерзання, тому що в цих випадках виконується спеціальне технічне обслуговування.
Інженер повинен ознайомитися з записами в бортовому журналі літака про відмови і несправності, виявлені у польоті, а також зі схемою місць попередніх поразок розрядами, щоб уникнути плутанини з новими слідами, проаналізувати дані розшифровок засобів об'єктивного контролю і переконатися у відсутності відхилень параметрів від технічних вимог.
Технічний етап спеціального технічного обслуговування полягає у виявленні й усуненні відмовлень і несправностей, зв'язаних з поразкою літака розрядами атмосферної електрики, а також у виконанні тих робіт, які передбачені регламентом для цього випадку.
Спеціальне технічне обслуговування передбачає виконання таких робіт:
- огляд стану обшивки планера, статичних і демпфируючих розрядників, обтічників радіолокаційних станцій і блискавкозахисних шин, антен, датчиків і приймачів авіаційного і радіоелектронного устаткування;
- визначення входу і виходу розряду, кількості розрядів у літак, зон ушкоджень на планері;
- огляд силових установок;
- огляд устаткування, агрегатів і блоків авіаційного і раді-оелектронного устаткування, розміщених під обшивкою в зоні ушкоджень;
- перевірка відповідності показань курсової системи і магнітних компасів;
- перевірка в лабораторії блоків авіаційного і радіоелектронного устаткування, підключених до антен, ушкоджених розрядом;
- перевірка працездатності устаткування, яке має сліди впливу від розряду;
- усунення наслідків від розряду.
Характерними ушкодженнями обшивки планера літаків при ураженні розрядами статичної електрики є порушення лакофарбового покриття, оплавлення і пропалення обшивки, клепок, металізації гвинтів фюзеляжу, крила, оперення, оплавлення і пропалення задніх крайок рулів, елеронів, закінцівок крила й оперення.
Ураження літака розрядом призводить у середньому до появи 30-50 характерних ушкоджень планера, в основному, оплавленню заклепок і пропаленню обшивки. Звичайно довжина сліду від розряду складає 5-20м, але зустрічаються і сліди розряду по всій довжині фюзеляжу.
Вхід розряду, як правило, розташовується в зоні найбільш імовірних ушкоджень: на передніх частинах фюзеляжу, носках крила й оперення. Шлях розряду звичайно закінчується на розрядниках, закінцівках крила й оперення, розташованих на протилежній стороні літака від місця входу розряду.
Характер ушкодження обшивки планера (довжина сліду від розряду, відстань між точками ушкоджень, діаметр і глибина оплавлень) залежить від енергії розряду, конструктивних особливостей літака, а також від положення літака щодо каналу розряду в атмосфері. Найбільш значні ушкодження спостерігаються при виникненні розрядів попереду і знизу. При розряді попереду енергія розряду на вході в літак не розподіляється по планеру, а концентрується в одному місці в передній частині літака, де і спостерігаються найбільш значні ушкодження. При ураженні літака знизу спостерігається концентрація струмів розряду при виході з літака. Як правило, це відбувається на крайкових елементах кіля.
Під обшивкою у зонах ушкоджень необхідно оглядати елементи конструкції, тросів, штепсельні і високочастотні роз¢єднання, електропроводку, блоки й агрегати авіаційного і радіоелектронного обладнання для виявлення оплавлень, пропалень, зміни кольору лакофарбового покриття і т.п. Огляд проводиться через спеціальні лючки в доступних для огляду місцях. При цьому слід звертати увагу на місця накопичення розряду і розриву сліду на окремих виступаючих елементах конструкції, що характеризуються, як правило, більш сильними ушкодженнями.
Найбільш небезпечними впливами розрядів на планер є розряди у роз¢ємну частину крила, у районі розташування паливних кесонів-баків. Загоряння палива в баках можливо при таких умовах:
- наскрізні пропалення обшивки кесон-баків;
- виділення енергії, достатньої для нагрівання внутрішньої поверхні обшивки кесон-бака до температури спалаху парів палива;
- іскріння на внутрішній поверхні обшивки кесон-бака внаслідок перенапруг при розряді.
Розрядники статичної електрики при проходженні через них струмів розряду атмосферної електрики можуть оплавлятися, згоряти чи руйнуватися. Ушкоджений розрядник показує місце виходу розряду з елементу конструкції літака.
Крім статичних розрядників можуть установлюватись демпферні розрядники, які призначені для захисту конструкції літака від ушкоджень розрядом. Ушкоджений розрядом демпферний розрядник показує місце входу розряду. Ушкоджені розрядники статичної електрики і демпферні розрядники ремонту не підлягають, а замінюються на нові.
Дуже часто ушкоджуються носові обтічники радіолокаційних станцій (до 55% усіх ушкоджень), блоки й обладнання, яке розміщене під ними, їх блискавкозахисні шини, зовнішні антени, датчики і приймачі.
Однією з причин відмовлень авіадвигунів є вплив ударної хвилі від розряду, яка викликає збурення в потоці повітря перед двигуном, що приводить до зривних явищ на лопатках компресора і газодинамічній нестійкості роботи двигуна (помпажу). При цьому спостерігається падіння частоти обертання ротора двигуна, збільшується витрата палива, зростає температура газів за турбіною, виникає підвищена вібрація двигуна. Мають місце випадки, коли двигун знімався з літака через вплив на нього розрядів. Наслідки розрядів на двигунах можуть проявитися не відразу, а з часом. Тому при наявності слідів розрядів у зонах перед двигунами необхідно перевірити стан і параметри цих двигунів.
Усувати ушкодження і несправності елементів конструкції й обладнання літака, які викликані розрядом атмосферної електрики, необхідно згідно з діючою технічною документацією відповідно до типу літака.
Після закінчення робіт зі спеціального технічного обслуговування оформляється відповідна технічна документація, у якій фіксуються дата ураження літака електричним розрядом, усі дефекти і несправності, їх характер і виконані відновлювальні роботи, розрахунок збитків від ураження літака розрядом.