Существенным отличием молниезащиты летательных аппаратов (самолетов, вертолетов) от молниезащиты наземных объектов является то обстоятельство, что они изолированы от земли и потому на них не может образоваться заряд какого-либо одного знака. Под влиянием развивающегося лидера молнии на летательных аппаратах (ЛА) образуются одинаковые заряды обоих знаков: противоположного развивающемуся лидеру молнии на ближайшей к лидеру части аппарата и заряда того же знака на противоположной стороне аппарата. Количество связываемого развивающимся лидером молнии заряда противоположного знака на ближайшей к лидеру стороне ЛА, отнесенное к заряду лидера, определяет вероятность поражения молнией ЛА. Поскольку заряды на нейтральном объекте в целом расположены на его концах, он может быть представлен в виде двух противоположно заряженных сфер, соединенных между собой тонким проводником (без заряда). Развивающийся лидер молнии в грозовой туче или рядом с ней расположен в горизонтальной плоскости со стороны одной из сфер (рис. 2.26).
Для расчетной схемы (рис. 2.26) система потенциальных уравнений Максвелла принимает вид:
Рис. 2.26. Расчетная схема для оценки вероятности поражения молнией ЛА Лидеру приписан индекс “1”, скоплениям зарядов на концах ЛА - индексы “2" и “3”
где подставлено соотношение размеров ЛА: lЛА=D23 + 2R.
Согласно формуле (2.59), основными параметрами ЛА, определяющими вероятность их поражения молнией, являются длина и ширина 2R, а также отношение ширины ЛА к его длине. При увеличении ширины и длины ЛА вероятность его поражения молнией увеличивается, как и при увеличении их отношения (рис. 2.27).
При 2R=lЛА вероятность поражения молнией ЛА равна нулю независимо от расстояния до окончания лидера молнии. Это означает, что вероятность поражения ЛА боковыми разрядами молнии мала. Наиболее вероятно поражение молнией носовой и хвостовой частей этих ЛА. Причем, как следует из рис. 2.27, вероятность поражения ЛА в грозовых облаках и рядом с ними достаточно велика, хотя в отличие от наземных предметов наведенный лидером молнии заряд на ЛА равен нулю.
Необходимо отметить, что само по себе поражение молнией ЛА не настолько опасно, чтобы вызвать серьезные последствия для него. Проводящая оболочка аппарата приобретает потенциал окончания лидера молнии, внутри проводящей оболочки электрическое и магнитное поля отсутствуют, а ток лидера достаточно мал (см. п. 1.2), чтобы вызвать серьезные нарушения работы навигационных приборов. Опасность заключается в том, что разряд молнии продолжает развиваться дальше: лидер стартует с противоположного конца ЛА и достигает в итоге противоположно заряженного центра облака (значительно реже земли). После этого начинается процесс нейтрализации объемного заряда лидера, в течение которого по каналу лидера протекает ток, измеряемый десятками килоампер. Составляя часть проводящего канала молнии, оболочка ЛА пропускает через себя весь этот колоссальный ток, который мгновенно выводит из строя навигационные приборы (включая радиосвязь с диспетчерским пультом), находящиеся в носовой изоляционной части герметичной оболочки ЛА. Применяемые для защиты навигационных приборов проводящие полосы на изоляционной носовой части ЛА значительно уменьшают вероятность непосредственного поражения молнией навигационных приборов, но они отнюдь не исключают возможность воздействия на эти приборы сильных магнитных полей, индуктирующих значительные токи в электрических цепях приборов и приводящих их в неработоспособное состояние. Необходимо обеспечить канал связи через специальное непроводящее «окно» в носовой части ЛА, которое тем не менее не допускает проникновения внутрь фюзеляжа ЛА магнитного поля тока молнии. Одним из способов решения этой проблемы может быть изоляция носовой части ЛА от фюзеляжа с помощью изоляционных композитных материалов (например стеклопластиковой рамы). Изоляция электрических цепей носовой части ЛА и остальной его части может быть обеспечена с помощью изолирующих трансформаторов с коэффициентом трансформации 1:1 на любое необходимое напряжение. При такой конструкции ЛА изолированная его носовая часть будет достаточно коротка, чтобы практически исключить возможность поражения ее молнией (рис. 2.27). Разделение зарядов будет происходить на остальной, длинной, части ЛА, поражение которой молнией не так опасно. Однако при необходимости ограничить вероятность поражения молнией ЛА в целом можно разделить его на несколько частей тем же способом, как и изоляция носовой части ЛА. В этом случае вероятность поражения молнией каждой части снизится, согласно рис. 2.27, из-за ограничения возможности разделения зарядов по длине изолированной части ЛА.
Для ограничения вероятности поражения молнией самолетов в поперечном направлении (размах крыла сравним с продольным размером самолета и также обеспечивает разделение зарядов на самолете в поперечном направлении) можно обеспечить крепление крыла к фюзеляжу с помощью композитных материалов и таким образом изолировать его от фюзеляжа. А электрические цепи в крыле могут быть изолированы от электрических цепей остальной части самолета с помощью изолирующих трансформаторов. При такой конструкции самолетов их грозоупорность может быть существенно повышена.
