飞机如何在雷暴期间抵消夜光等离子体现象，圣埃尔莫的火灾

从2017年3月22日，飞行KC-10飞机将KC-10飞机飞往Thundercloud的航空公司的火灾。当飞机周围的电场电离空气分子，产生火花时，就会发生St. Elmo的火灾。

在地面上，刮风的条件加强这些电气闪烁，但新实验讲述了飞行物体的不同故事。

在雷暴的高度，电池塔，电话杆和其他高的导电结构的尖端可以自发地发出闪光的蓝光。当通过电带电环境短暂地电离时，该电光发光被称为电晕放电。

几个世纪以来，水手观察了海上风暴期间船舶桅杆的尖端中的电晕放电。在顾客圣徒的水手之后，他们创造了St. Elmo的火现象。

科学家们发现电晕放电可以在风的条件下加强，随着风进一步冷却空气而更明亮地发光。这种风力诱导的强化主要在电接地结构中观察到，例如树木和塔。现在，MIT的航空工程师发现风对未接地物体有相反的影响，例如飞机和一些风力涡轮机叶片。

在2019年在麻省理工学院赖特兄弟风隧道中进行的最后一项实验，研究人员将电气未接地模型暴露于越来越强大的风阵风。他们发现风越强，电晕放电越弱，而调光器产生的光芒。

该团队的结果出现在地球物理研究杂志中：气氛。该研究的领先作者是Carmen Guerra-Garcia，这是一个麻省理工学院航空航天助理教授的助理教授。她的合着者在麻省理工学院是高级研究科学家Ngoc Cuong Nguyen; Theodore Mouratidis，一名研究生;和曼努埃尔马丁内斯 - 桑切斯，航空航天和航天学教授。

Carmen Guerra-Garcia是麻省理工学院航空航天助理教授的，是一项新研究的领先作者，分析了风对地下电晕放电的影响。

在暴风雨中，摩擦可以建立额外的电子，从而产生一个可以到达地面的电场。如果该字段足够强，则可以分解周围的空气分子，使中性空气变成带电的气体或等离子体。这个过程通常发生在夏普，导电物体周围，例如细胞塔和翼尖，因为这些尖头结构倾向于以电子从周围的空气分子朝向尖结构从周围的空气分子被拉出的方式集中电场，留下正面的面纱带电等离子体紧邻尖锐物体。

一旦形成了等离子体，它内的分子可以通过电晕放电的过程开始发光，其中电场乒乓抗分子中的过量电子，将它们敲入兴奋状态。为了从那些激发的状态下来，分子发射能量的光子，以用于氧气和氮的波长，对应于圣Elmo火灾的特征蓝色发光。

在以前的实验室实验中，科学家发现这种发光和电晕放电的能量可以在风的存在下加强。强大的阵风可以基本上吹走带正电的离子，这是局部屏蔽电场并降低其效果 - 使电子更容易引发更强，更亮的光泽。

这些实验主要用电接地结构进行，麻风机组概述风如何对围绕夏普，未接地的物体（例如飞机翼）产生的电晕放电具有相同的强化效果。

为了测试这个想法，他们用木材制造了一个简单的机翼结构并用箔片缠绕，使其导电。而不是尝试制造类似于在雷暴中产生的环境的环境电场，而是研究了一种替代配置，其中在平行于机翼长度的金属线中产生电晕放电，并连接小高导线和机翼之间的电压电源。它们将机翼固定到由绝缘材料制成的基座上，由于其非导电性，基本上使机翼本身成为电悬挂的机翼或未接地。

该团队将整个设置放在MIT的Wright Brothers风洞中，并使其越来越高的风速，每秒高达50米，因为它们也改变了它们施加到电线的电压量。在这些测试期间，它们测量了机翼中的电荷量，电晕电流，并使用紫外线敏感摄像头观察电线上的电晕放电的亮度。

与接地物体（右）相比，科学家观察电气未接地物体（左）的电晕放电的离子“发光”。

最后，他们发现电晕放电的强度和其产生的亮度随着风的增加而降低 - 这是一种令人惊讶的，从科学家看到用于在接地结构上的风的效果。

拉着风

该团队开发了数字模拟，试图解释效果，发现，对于未接地的结构，该过程与接地物体发生的事情很类似于 - 但额外的东西。

在这两种情况下，风吹走了电晕产生的正离子，留下了周围空气中的更强的田地。然而，对于未接地的结构，因为它们是电隔离的，它们变得更加负荷。这导致正电晕放电的弱化。机翼保留的负电荷量由风吹吹的正离子的竞争效果设定，并且由于负偏移而被吸引和拉回来的那些。研究人员发现的这种二次效应，使局部电场削弱，以及电晕放电的电热焕发。

“电晕放电是闪电的第一阶段，”Guerra-Garcia说。“电晕放电的行为如何重要，有点设置在电气化方面可能发生的情况。”

在飞行中，诸如平面和直升机等飞机本身产生风，并且像在风洞中测试的那样的发光电晕系统实际上可以用于控制车辆的电荷。联系了团队的一些事先工作，她和她的同事们之前表明，如果飞机可以以受控的方式负责，则可能会降低飞机被闪电击中的风险。新结果表明，可以使用受控的正电晕放电实现飞行飞行飞行飞行的充电。

“这项研究的令人兴奋的事情是，在试图证明飞机的电荷可以使用电晕放电来控制，我们实际上发现了风电源的古典理论不适用于空气载体平台，即“Guerra-Garcia说，从他们的环境中脱离了他们的环境。“飞机中发生的电击确实存在一些独特的功能，不允许从地面研究中的直接外推。”

参考：C.Guerra-Garcia，N.C.Nguyen，T.Mouratidis和M.Martinez-Sanchez，2020年7月28日，C.C.C.Nguyen，T.Mutatidis和M. Martinez-Sanchez。
10.1029 / 2020JD032908

该研究部分由波音公司提供资金，通过战略大学进行波音研究和技术计划。