Rayos sobre aviones: simulación electromagnética

26-12-2018 | Publicado por Principia

Volar no es natural para nuestra especie. Por eso, cuando nos subimos a un avión, deseamos tener un vuelo tranquilo y seguro. Y por supuesto confiamos que todo el mundo haya hecho su trabajo correctamente para que eso sea posible.

Las turbulencias de aire son una fuente frecuente de inquietud. Y lo son las tormentas, con rayos alrededor del avión… o directamente impactando en él. Por término medio, un avión comercial viene a recibir el impacto de un rayo del orden de una vez al año. Pero tranquilos, el fuselaje actuará como una jaula de Faraday y estaremos a salvo.

¿O no? El fuselaje tiene que resistir las altas temperaturas generadas y la electrónica de a bordo debe ser inmune a las corrientes y campos eléctricos producidos. El empleo creciente de materiales compuestos ligeros, como la fibra de carbono, sustituyendo a los metales complica la problemática asociada a los rayos, puesto que los materiales compuestos no son buenos conductores ni proporcionan mucho apantallamiento eléctrico.

Para certificar un avión es necesario demostrar que satisface todos los requisitos de seguridad, incluidos los asociados a los rayos. Llevar a cabo ensayos de los efectos de rayos en un avión a escala real sería enormemente costoso y, si se encontrara un problema, solucionarlo podría ser aún más caro. Los ensayos a escala reducida son más baratos, pero no siempre responden igual a los campos eléctricos.

Los ensayos virtuales, usando herramientas de simulación electromagnética y multifísica, permiten a los ingenieros determinar la respuesta del avión en los distintos escenarios y analizar los efectos de corrientes y campos eléctricos, sin tener que incurrir en los gastos enormes que los prototipos físicos entrañan.

A partir de un diseño básico, se empieza estudiando cuáles son las zonas del aparato donde es más probable que se produzcan los contactos con los rayos. Se pasa luego a cálculos en el dominio del tiempo para simular el transitorio causado por el rayo y ver cómo se propagan las corrientes a lo largo de la superficie del avión. Pequeños detalles, como juntas y cables, pueden proporcionar vías para que las corrientes penetren el fuselaje, lo que hace que su simulación sea crítica. Las corrientes y campos calculados pueden entonces usarse como base para un análisis térmico que determinará el calentamiento producido en los diversos materiales.

El sufrir un rayo en vuelo probablemente seguirá siendo poco agradable. Pero al menos sabrás que la simulación lo hace más seguro.