Setenta aviões são atingidos por raios todos os dias. Isso não é um boletim de guerra, é uma estatística padrão da aviação comercial: um raio atinge o avião, se fixa em uma das extremidades e permanece ali por cerca de um segundo enquanto a aeronave continua a voar em alta velocidade. Nesse segundo, a descarga elétrica "varre" a superfície metálica, buscando uma saída, variando sua intensidade e se fixando novamente onde encontra um caminho preferencial.
Os passageiros não sentem nada, porque a fuselagem age como uma gaiola de Faraday. Mas o avião certamente sente: em áreas inadequadas, a corrente elétrica pode causar danos. Felizmente, décadas de experiência em voos nos ensinaram onde aplicar blindagem. O problema é que os aviões do futuro não se parecem mais com os de hoje.
Quando a forma muda, os dados históricos não são suficientes.
A indústria da aviação está explorando novas geometrias: asas integradas ao corpo (fuselagens de asa integrada), asas com reforços em treliça e configurações projetadas para reduzir peso e consumo de combustível. Ninguém jamais voou horas suficientes nesses projetos para saber onde os raios preferem cair. E, claro, ninguém quer descobrir depois que o voo já começou.
Carmen Guerra-Garcia, professor associado em MIT, explica isso claramente:
"Estamos começando a projetar aeronaves muito diferentes daquelas a que estamos acostumados. Não podemos aplicar exatamente o que sabemos a partir de dados históricos a essas novas configurações porque elas são muito diferentes."
A equipe de Guerra-Garcia desenvolveu uma abordagem baseada na física, publicado em Acesso IEEE, que prevê como os raios se distribuirão por uma aeronave de qualquer formato. O sistema gera mapas reais que destacam as seções vulneráveis de uma aeronave antes mesmo da montagem do protótipo.
Como funciona o modelo do MIT
O sistema começa com a geometria da aeronave. Os pesquisadores simulam a dinâmica dos fluidos: como o ar flui ao redor da fuselagem a uma determinada velocidade, altitude e ângulo de inclinação. Em seguida, integram seu modelo anterior, que prevê os pontos de impacto iniciais dos raios. A partir daí, a simulação propriamente dita começa.
Para cada ponto de ataque, a equipe simula dezenas de milhares de arcos elétricos potenciais, em diferentes ângulos. Uma série interminável de raios e aviões, aviões e raios. O modelo calcula como cada raio seguiria o fluxo de ar sobre a superfície da aeronave, e o resultado é uma representação estatística: onde o raio tende a se propagar, onde tende a permanecer, onde pode causar danos. Essa estatística é então convertida em um mapa de zona "personalizado" para cada aeronave, com níveis graduados de vulnerabilidade.
“Temos uma ferramenta baseada em física que fornece métricas como probabilidade de ataque e tempo de permanência“Isto é, por quanto tempo um arco para em um ponto específico”, diz Guerra-Garcia.
“Convertemos essas métricas em mapas de zoneamento: se você estiver na região vermelha, o arco elétrico persistirá por um longo tempo, portanto, essa área precisa ser fortemente protegida.”
Aviões e raios, o peso da proteção
Nathanael Jenkins, estudante de doutorado e primeiro autor do estudo, acertou em cheio:
"Proteger aeronaves contra raios é um processo complexo. Incorporar malha de cobre ou folha metálica em toda a estrutura tem um custo em termos de peso. Se tivéssemos o mais alto nível de proteção em cada centímetro da superfície, a aeronave ficaria excessivamente pesada. O zoneamento é usado para otimizar o peso do sistema, mantendo-o o mais seguro possível."
As aeronaves comerciais atuais são divididas em três áreas principais, classificada pela indústria da aviação. Cada zona possui uma descrição clara do nível de corrente que deve suportar para ser certificada para voo. As partes mais expostas se enquadram na Zona 1 e exigem proteção mais robusta: chapas metálicas embutidas na "pele" da aeronave, que conduzem a corrente.
Até o momento, essas zonas foram determinadas após anos de inspeções de voo pós-raio e ajustes progressivos. O método do MIT inverte o processo: Utiliza princípios da física para mapear vulnerabilidades antes mesmo da aeronave existir..
A equipe validou a abordagem em um estrutura tradicional de asa tubular, demonstrando que os mapas gerados pelo modelo físico correspondem ao que a indústria determinou ao longo de décadas de aprimoramento. Agora, eles estão aplicando o mesmo método a novas geometrias: asas híbridas e estruturas de treliça.
Além de aviões e raios: turbinas eólicas na mira
Guerra-Garcia já está olhando além da aviação. “Sobre o 60% das perdas de lâminas Isso se deve aos raios, e a situação vai piorar à medida que nos deslocamos para o mar aberto, porque as turbinas eólicas offshore serão ainda maiores e mais suscetíveis a raios ascendentes.”
As turbinas eólicas, especialmente as offshore, estão se tornando gigantes cada vez mais altas. E a altura, neste caso, é um problema: atrai raios como um ímã atrai ferro. Experimentos recentes no Japão Eles testaram drones com gaiolas de Faraday voadoras para interceptar raios antes que atinjam infraestruturas críticas. O MIT, como mencionado, está adotando uma abordagem diferente: prever, mapear e proteger.
Confiança no futuro
“Os raios são incríveis e aterrorizantes ao mesmo tempo”, diz Jenkins. “Tenho total confiança em pilotar aviões hoje e quero ter a mesma confiança daqui a 20 anos. Por isso, precisamos de uma nova maneira de mapear aviões.”
Luísa Michael di Inovação Tecnológica da Boeing, coautor do estudo, confirma: "Com métodos baseados em princípios da física, como os desenvolvidos com o grupo do Professor Guerra-Garcia, temos a oportunidade de moldar os padrões da indústria e aproveitar a física para desenvolver diretrizes para a certificação de aeronaves por meio de simulação. Atualmente, estamos colaborando com comitês da indústria para propor a inclusão desses métodos nas Práticas Recomendadas Aeroespaciais."
O modelo não elimina os raios. Não os impede. Não os torna menos perigosos. Mas faz algo mais prático: indica exatamente onde colocar o cobre, quanto colocar e quanto isso representará em termos de peso. Porque um avião mais leve consome menos combustível, voa mais longe e polui menos. E se a física puder determinar onde a proteção é necessária e onde não é, a indústria economiza peso sem colocar vidas em risco.
Os aviões do futuro continuarão a ser atingidos, assim como os atuais: mas mesmo aqueles com asas "estranhas" e formatos nunca antes vistos saberão onde esperar o impacto. E como se defender.
