Quão bem uma fuselagem composta lida com raios?

No caso de materiais compostos, a solução usual adotada para proteção contra raios é ter uma camada condutora na estrutura. Basicamente, isso fornece um caminho condutor contínuo de baixa resistência em toda a parte externa da aeronave (fuselagem, por exemplo), com proteção adicional nas zonas onde é mais provável que os raios se conectem (por exemplo, o radome). Isto é conseguido geralmente por ter uma fina malha de cobre condutora embutida na estrutura.

Por exemplo, o 787 usa dois métodos principais para obter proteção contra raios.

• A fuselagem tem uma malha de cobre 'assada' nela.

• Alguns dos extremos têm folhas de metal para proteger contra raios.

O layup composto usa uma folha metálica expandida (EMF) em sua estrutura para fornecer proteção contra raios (LPM). O EMF é geralmente colocado acima da camada CFRP, como mostrado abaixo. A EMF é geralmente uma folha metálica fina e leve embutida no laminado externo do CFRP ou no filme de superfície em alguns casos.

A disposição da estrutura composta mostrada à esquerda consiste em uma camada expandida de folha de metal mostrada à direita. Esta figura é uma captura de tela do modelo de software COMSOL Multiphysics® apresentado neste post do blog. Copyright © Boeing . Imge de comsol.com

O 787 também usa folhas de metal em algumas extremidades (asas, nacelas, etc.). De Revisão de 787 sistemas :

Wing fuel tank skin surfaces— electromagnetic effects protection. Fasteners with dielectric tops (sealant flush to the outer surface of the fuel tank skin) in combination with copper foil protect against external ignition sources such as lightning and electrostatics on the wing tank skin surface by diverting and distributing current.

A malha de metal é o método usual na prática no presente e usado em outros lugares também, como lâminas de rotor de helicóptero e fuselagem. No entanto, o trabalho está acontecendo para o uso de outros métodos, como compósitos condutivos, camadas superficiais condutivas etc.

Aviões modernos impressionantes e relâmpagos com estruturas compostas

Composite parts that are in lightning-strike prone areas must have appropriate lightning protection. [...] Composite structures are less conductive than metal, causing higher voltages.
Lightning protection on airplanes may include wire bundle shields, ground straps, composite structure expanded foils, wire mesh, aluminum flame spray coating, embedded metallic wire, metallic picture frames, diverter strips, metallic foil liners, coated glass fabric, and bonded aluminum foil.
Lightning can also damage composite airplane structures if protection finish is not applied, properly designed, or adequate. This damage is often in the form of burnt paint, damaged fiber, and composite layer removal.

Source: "Lightning Strikes: Protection, Inspection, and Repair", Boeing, 2012

Nova tecnologia para melhorar a proteção contra raios de aeronaves modernas

Traditional methods to protect composite aircraft from lightning strike damage rely on a conductive layer embedded on or within the surface of the aircraft composite skin. This method is effective at preventing major direct effect damage and minimizes indirect effects to aircraft systems from lightning strike attachment, but provides no additional benefit for the added parasitic weight from the conductive layer. [...]
A new multi-functional lightning strike protection (LSP) method has been developed to provide aircraft lightning strike protection, damage detection and diagnosis for composite aircraft surfaces.
The method incorporates a SansEC sensor array on the aircraft exterior surfaces forming a "Smart skin" surface for aircraft lightning zones certified to withstand strikes up to 100kA peak current. SansEC sensors are open-circuit devices comprised of conductive trace spiral patterns sans (without) electrical connections. The SansEC sensor is an electromagnetic resonator having specific resonant parameters (frequency, amplitude, bandwidth & phase) which when electromagnetically coupled with a composite substrate will indicate the electrical impedance of the composite through a change in its resonant response. Any measureable shift in the resonant characteristics can be an indication of damage to the composite caused by a lightning strike or from other means. The SansEC sensor method is intended to diagnose damage for both in-situ health monitoring or ground inspections. [...]
The SansEC sensor smart skin technology provides lightning strike protection, shielding effectiveness, and opportunity to achieve in-situ damage detection and diagnostics for aerospace composite structures along with other potential beneficial functions not available from the standard LSP method.

Source: Szatkowski, G. N. at al.: "Open Circuit Resonant (SansEC) Sensor Technology for Lightning Mitigation and Damage Detection and Diagnosis for Composite Aircraft Applications", NASA, 2014 - Download Link

Mais informações podem ser encontradas na internet, veja, por exemplo, "Brincando com Relâmpago em Nome da Segurança de Aeronaves", NASA .

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