*** Faraday-Kaefig und Blitzschlag in Flugzeug ***

Ja, jetzt mutmassen sie alle um die Wette. Vereisung fuehrt normalerweise nicht zu einem Druckverlust und Elektrik-Ausfall. Das wuerde erst beim Aufschlag geschehen und da duerfte kaum noch eine Telemetrieuebermittlung abgehen.

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Gruesse, Joerg

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Joerg
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Das liegt in der Natur des Menschen, wissen zu wollen, warum und wieso..

Wenn die Geschwindigkeit falsch gemessen wird, kann es zum Kontrollverlust und Zerlegen des Fliegers in der Luft kommen.

Und dabei kann es schon noch Meldungen geben, wie Du schreibst.

Falk

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Falk Willberg

Und diese Metallstreifen "beeindrucken" das 30'000 Grad heisse Plasmageschoss? Also ich denke ein Blitz mit "nur" der Sonnen- oder Erdkerntemperatur von 6000 Grad lachen diese Metallstreifen froehlich aus. :-)))

Gruss Thomas

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Thomas Schaerer

Klar, aber es gibt dann fast jedesmal den Trend zu voreiligen Schlussfolgerungen. Nach dem Motto "Das muss so-und-so abgelaufen sein".

Das war aber nicht ein Kleinflugzeug a la Spirit of Saint Louis wo nur ein bis zwei Venturi-Roehrchen dranhingen, die haben schon noch Sachen wie ein Inertial-Navigationssystem im Standard-Lieferumfang :-)

Ja, beim Zerlegen kann es das. Je nachdem wo es anfaengt und wie schnell das voranschreitet.

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Gruesse, Joerg

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Joerg
*Uwe Hercksen* wrote on Wed, 09-06-03 16:31:

Kühlluft, innen wird's heißer. Und mit Luft altern Reifen auch ganz normal schon innen durch Oxidation.

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Axel Berger

Der eher volkstuemliche Ausdruck zum Entladungsweg waehrend der Entladung.

Wenn Du alle Postings liest, hast Du in der Zwischenzeit mitbekommen, dass die Groessenordnung bei 100 kA liegt.

Es ist aber von Kupferstreifen die Rede...

Und, wie kommst Du eigentlich auf die X MOhm? Gilt das auch waehrend der Entladung wenn das Plasma wirkt?

Gruss Thomas

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Thomas Schaerer

Das wird alles gruendlich getestet, bevor man zum erstenmal abheben darf. Auch in Europa, zum Beispiel bei Testlabors wie diesem:

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Hier gibt es die Anlagen dafuer:

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Ich habe beruflich aber nur mit der Flugzeugelektronik-Seite des Blitzschutzes zu tun, DO-160 Section 22 und so.

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Joerg

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begin quoting, Thomas Schaerer schrieb:

Kann, muß nicht. So viel Energie überträgt ein "Durchgangsblitz" ja nun auch wieder nicht - er ist zwar ziemlich heiß, aber auch ziemlich kurz. (Vergleichsweise: Manchmal überleben Bäume und Menschen Blitzschläge sogar.)

Wie schädigt ein Blitz eigentlich? Um sich energiemäßig so richtig "auszutoben", möchte er wohl schon ein Stück Isolator zum Verdampfen sehen (und die Ursache der Schadenswirkung dürfte dann die davon ausgehende Druckwelle sein, also eine Explosion). Mal schätzen: Blitz

100 kA eine Millisekunde lang, Spannungsabfall (Hochstromlichtbogen) 100 V/cm gibt eine Leistung von 1 GW/m eine Millisekunde lang, also insgesamt 1 MJ/m. (Kann das sein? gibt die Gesamtenergie mit "einigen GJ" (ca. 1000 kWh) an, das reicht dann also für einige km Durchschlaglänge -> Größenordnung paßt.)

Wieviel ist das? Mit 1 MJ (= 0,28 kWh) kriegt man ein halbes Liter Wasser vollständig verdampft, das ist also schon recht beachtlich. Allerdings wird in freier Umgebung ein extrem hoher Anteil dieser Leistung aufgrund der sehr hohen Blitzkanaltemperatur als Licht- und Röntgenstrahlung abgestrahlt, so daß sich die für mechanische Zerstörungen zur Verfügung stehende Energie deutlich reduziert. Immerhin verursacht er aber durch seine bloße Anwesenheit in Luft schon eine ganz beachtliche Druckwelle - wie hoch das Schädigungspotential ist, kann ich schlecht abschätzen aber vergleichsweise wohl eher gering: Von zerbrochenen Fesnterscheiben in der Umgebung von Blitzeinschlägen liest man im Gegensatz zu Explosionsunfällen eher selten.

Bleibt also die thermische Wirkung (Zündwirkung), die magnetischen Stromkräfte beim Durchgang durch Leiter und natürlich die LEMP-Auswirkungen auf Elektronik. Die Zündwirkung wird man außer bei Kraftstoff in der Fliegerei wohl vernachlässigen können, weil die verwendeten Materialien üblicherweise sehr flammhemmend und schwerentzündlich sind, und die magnetischen Stromkräfte spielen beim Durchgang durch den freien Raum und Plastik nun gerade keine Rolle.

Bleibt eigentlich nicht so viel spezifisches Schädigungspotential gerade für Leichtbaustoff-Luftfahrzeuge gegenüber Metallflugzeugen.

Und was den Faradayschen Käfig angeht - der hat ja nun zwei verschiedene Wirkungen: Einerseits schirmt er natürlich das elektrische Feld nach innen ab, schafft also einen feldfreien Raum, und grundsätzlich wird eine Metallhülle also schon einen erheblichen Anteil des Blitzstroms übernehmen, so daß nicht so viel vom Blitz ins Innere gelangt. Aber der Preis dafür ist natürlich, daß auch das Außenfeld verzerrt wird, denn durch das Metall wir ein Stück des Feldes kurzgeschlossen, wodurch die Feldstärke außerhalb zwangsläufig ansteigt. Das erhöht wahrscheinlich das Risiko, daß der Blitz auch das Flugzeug trifft - insbesondere große Flugzeuge mit Abmessungen von einigen zehn Metern ziehen Blitze also sogar ein bißchen an.

Allerdings wird es diesbezüglich keinen Unterschied zwischen Verbundwerkstoffen und Metallhülle geben: Das Flugzeug ist auf jeden Fall von metallischen Strukturen durchzogen (Strukturelemente und Leitungen), so daß diese Feldverzerrung ohnehin unvermeidlich ist.

Nebenbei: Haben "Kunststoff-Flugzeuge" denn keine metallische Außenhülle mehr? Auf jeden Fall werden doch Rumpfträger und Spanten weiterhin aus Metall sein, möchte ich vermuten, der Verbundwerkstoff dient ja wohl nur als Beplankung, oder stimmt das nicht? Obwohl: Ich weiß von aufwendigen Versuchen, Bearbeitungstechniken für Verbundwerkstoffe mit dem Ziel zu entwickeln, die Bohrlöcher an den Tragflächen zur Befestigung der Triebwerksgondeln beim Airbus herzustellen. Zumindest dort gibt es also wohl doch kein tragendes Metall.

Gruß aus Bremen Ralf

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Ralf . K u s m i e r z

Meinetwegen 100kA

Mit wenigen mOhm.

Keine Ahnung.

Ich rechne mal: 100kA in ein Kupferblech von 1m*1m und 1mm Stärke (also

1000mm² Fläche und 1m Länge) sind (100kA)^2*(0.0171/1000) 171 kW, meinetwegen für 10 Millisekunden, macht 1710 Ws bzw. 0,5 kWh.

Ohne jetzt weiter gerechnet zu haben, meine ich, daß sich dieses zugegeben sehr große Blech nur wenig erwärmen wird.

Andersherum: Wie übersteht Aluminium den 30.000°C heißen Plasmastrahl? Ganz einfach: *Da* ist kein Plasma, es fließt Strom durch einen Leiter.

Falk

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Falk Willberg

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begin quoting, Falk Willberg schrieb:

Ich biete 0,1 Ohm/m aus 100 kA und 100 V/cm. Und nun?

Stirnanstiegszeit 1-10 µs, das ist unter Brüdern eine Bandbreite von einigen 100 kHz. Skineffekt ist bekannt?

Dann verrate mir doch mal, wie das "Kupferblech ausreichender Fläche und Querschnitt" denn aussehen soll, das bei 10-100 kA hochfrequentem Blitzstrom "kaum warm wird" und auch noch den Blitz überredet, schön brav im Metall in der hochohmigen Randschicht zu bleiben und nicht von dort wieder abzuspringen und sich eine viel besser leitfähige Gleitfunkenstrecke entlang der Metalloberfläche in der Luft zu schaffen.

(Ok, der quasistationäre Dauerstromanteil aus dem Blitzrücken ist viel schmalbandiger, aber auch bei einigen 100 µs Rückenhalbwertszeit ist das immer noch Hochfrequenz (bzw. für Funkamateure: NF).)

Gruß aus Bremen Ralf

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Ralf . K u s m i e r z

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begin quoting, Falk Willberg schrieb:

Da hast Du wohl wahr.

Noch einfacher: *Da* ist kein Blitzstrom, der fließt durch das besser leitfähige Plasma.

Gruß aus Bremen Ralf, fragt sich gerade, wieso Blitzableiter eigentlich funktionieren

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Ralf . K u s m i e r z

Ralf . K u s m i e r z schrieb:

Die da benutzen aber das falsche Plasma oder haben den Vogel versilbert:

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Bei einem Plasma, das besser leitet als Aluminium? Gar nicht.

Falk

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Falk Willberg

Joerg schrieb:

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Matthias Weißer
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Matthias Weisser

Thomas Schaerer schrieb:

Ganz so schlimm wirds nicht werden: Ich kenne noch keinen voll CFK-Verkehrsflieger, wenn dann sind bestimmte Teile aus CFK, meines Wissens aber nicht die Zelle.

Voll-CFK oder -GFK oder gemischt gebaute Flieger sind meist ausgewiesene Schönwetterflieger, also Sport- oder sonstige Privatsache, wer damit in ein Gewitter fliegt ist selbst schuld ;-)

Bei CFK sehe ich das Problem eher in der Strukturschädigung, ich glaube schon das es da mehrere Faserstränge raushaut bevor sich die Energie genügend verteilt hat. Dazu kommen wahrscheinlich jede Menge Microüberschläge, auch noch in weiterer Entfernung, die den Kunststoff auch nicht schöner machen.

Aber um Kohle zu verdampfen braucht man schon einiges an Energie, nicht umsonst ist der Strahlabsorber des LHC aus Graphit.

Wie geschrieben, entlang einer Faser oder eines Stranges ist der Widerstand recht niedrig, von Strang zu Strang recht hoch. Zur besseren Kontaktierung, oder besser Homogenisierung könnten die von Jörg erwähnten Metallstreifen dienen. Einfach damit bei einem Einschlag die Wirkung begrenzt bleibt und man nachher auch nur in einem begrenzten Bereich prüfen muss. Denn da wird wohl das Hauptproblem liegen: Bei Alu reicht eine optische Begutachtung und vielleicht ein Patch um Schäden zu erkennen und zu beheben, CFK ist da doch ein wenig anspruchsvoller.

Ich kenne das mit den Metallstreifen so nicht, weil ich eher mit "Schönwetterfliegern" zu tun habe, da ist jedes Gramm wichtig und Gewitter oder gar zu starke Winde müssen schon aus Belastungsgründen umflogen werden. Da geht es dann eher darum statische Aufladungen abzuleiten und den ganzen HF-Kram von aussen aus der Elektronik herauszuhalten und den von innen drinzuhalten. Das ist bei Ganzmetallfliegern etwas einfacher.

Abgesehen davon sollte man aber mit den "Metallstreifen" auch etwas vorsichtig sein, siehe den Unfallbericht zu dem Ballon mit den Drahtfilamenten in den Seilen.

Jörg.

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Jörg Schneide

Und so sprach Jörg Schneide:

Der Schwintz mit dem Stickstoff in Reifen hat imho nur was mit der besseren Beherrschbarkeit der Druckschwankungen bei Temperaturänderungen zu tun. Luft enthält immer einen (nicht genau bekannten) Wasseranteil, der bei Temperaturänderungen zu starken Druckänderungen führt.

Dazu kommt dann noch die "konservierende" Wirkung von N2 auf den Gummi und die Metallfelge...

Roland

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Roland Ertelt

Ralf . K u s m i e r z schrieb:

Ok, bei 1000m sind das 100 Ohm. "Mein" Blech hatte aber 17mOhm, also ca. ein sechstausendstel. Dazu kommt, daß die Wärmekapazität und

-Leitfähigkeit von Luft deutlich unter der von Metallen liegt. Und

30.000° muß man nur durch 100 dividieren, um bei gemütlichen 300° anzukommen.

Halbwegs.

Idealerweise hohl, sonst als breites Band.

So weit habe ich mich mit Blitzen nicht beschäftigt. Aber die Anstiegszeit von 1µs dauert ja nunmal nur 1µs. Wie sieht der Strom während des Blitzes aus?

Falk

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Falk Willberg

Roland Ertelt schrieb: ...

Interessanter finde ich die Frage, welchen Stickstoffanteil die Luft hat, wenn ein Reifen, der drucklos Luft mit 78% N enthält, auf 2,5bar mit 100% N aufgepumpt wird.

Falk

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Falk Willberg

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begin quoting, Falk Willberg schrieb:

Schönes Foto (Flugzeug vor Blitzstrahl? ;-) ), beweist aber wenig.

Naja, eben: Geht der Blitz nun *durch* den Blitzableiterquerschnitt, oder wird er von dem Ableiter nur weitgehend geführt?

Gruß aus Bremen Ralf

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Ralf . K u s m i e r z

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begin quoting, Falk Willberg schrieb:

Hier fehlt mir irgendwie eine Dimension.

Und drei Äpfel durch sieben Birnen gibt fünf Milchmädchen?

Nicht beanspruchte Querschnitte kann man weglassen, dann ist auch die Kühlwirkung besser, richtig. Aber es dürfte trotzdem nicht so einfach sein, den Strom zu überreden, sich auch auf den Querschnitt zu verteilen.

Bei richtigen Blitzen? Ziemlich unregelmäßig. Aber für Prüf- und Testzwecke nimmt man eben den Normblitz, der hat so ungefähr einen etwa linearen Stirnanstieg und dann einen ungefähr exponentiellen langsamen Abfall. So ganz weit weg von der Realitär ist der aber (hoffentlich) auch nicht.

Gruß aus Bremen Ralf

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Ralf . K u s m i e r z

Oh weia, ich brauche wohl doch Deutschunterricht. Immerhin haben wir aber ein Buch "Koelsch fuer Auslaender".

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Joerg

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