Investigadores do MIT desenvolvem abordagem inovadora para mapear as zonas mais vulneráveis dos aviões, incluindo modelos de design experimental.
Mais de 70 aviões são atingidos por relâmpagos todos os dias em todo o mundo. Apesar disso, a maioria dos passageiros nem se apercebe — graças aos sistemas de proteção elétrica cuidadosamente integrados na estrutura dos aviões modernos.
Foto:Nathanael Jenkins
Estes sistemas funcionam bem em aviões convencionais, com o tradicional formato de “tubo e asas”. No entanto, a aviação do futuro poderá ter formas muito diferentes: fuselagens integradas às asas, estruturas leves e aerodinâmicas inovadoras. E ninguém sabe ao certo como estes novos designs reagirão a um raio.
Um grupo de engenheiros aeroespaciais do Massachusetts Institute of Technology (MIT) desenvolveu agora uma nova ferramenta baseada em modelos físicos que pode prever como um relâmpago se desloca sobre a superfície de qualquer avião, independentemente da sua forma. O sistema gera um mapa de zonas de risco, indicando as áreas que necessitam de maior proteção.
“Estamos a entrar numa era em que os aviões vão ter geometrias muito diferentes, e não podemos simplesmente aplicar as regras baseadas em décadas de dados históricos”, explica Carmen Guerra-Garcia, professora associada de Aeronáutica e Astronáutica no MIT. “Os métodos baseados na física são universais. São independentes da forma do veículo e representam o caminho a seguir para garantir a segurança dos aviões do futuro.”
O estudo, publicado na revista científica IEEE Access, foi liderado pelo estudante de doutoramento Nathanael Jenkins, em colaboração com investigadores da Boeing Research and Technology.
Relâmpagos em movimento
Quando um raio atinge um avião, tende a conectar-se primeiro a uma extremidade afiada — como a ponta de uma asa — e mantém o contacto por uma fração de segundo. Entretanto, o avião continua em movimento, e a corrente elétrica “varre” a fuselagem, podendo mudar de intensidade e criar novos pontos de impacto.
O grupo do MIT já tinha desenvolvido um modelo para prever os locais onde o raio tem maior probabilidade de se conectar inicialmente. Agora, evoluíram essa investigação para simular como o relâmpago se propaga pela superfície e quais as zonas que permanecem expostas durante mais tempo — as mais suscetíveis a danos.
Os investigadores converteram estas simulações em mapas de zonas elétricas, semelhantes aos usados atualmente na certificação de aviões, mas com uma vantagem: são derivados diretamente da física, e não de décadas de observação empírica.
“Proteger um avião contra relâmpagos implica adicionar materiais condutores, como malhas ou folhas de cobre”, explica Jenkins. “Isso aumenta significativamente o peso. O nosso objetivo é encontrar o equilíbrio ideal entre segurança e eficiência.”
Mapeamento inteligente para aviões inovadores
Com base num modelo aerodinâmico que simula o fluxo de ar em torno do avião — a várias velocidades, altitudes e ângulos de voo —, a equipa testou dezenas de milhares de cenários de impacto elétrico. Cada simulação mostrou como a corrente poderia deslocar-se pela superfície.
O resultado é um mapa probabilístico que identifica as regiões com maior probabilidade de serem atingidas e o tempo médio que a corrente permaneceria em cada ponto.
A abordagem foi validada em aviões convencionais, mostrando resultados consistentes com as zonas de risco determinadas pela indústria aeronáutica ao longo de décadas.
Agora, a equipa está a aplicar o método a aviões não convencionais, como os modelos de asa integrada (“blended-wing”) e as asas com reforços estruturais (“truss-braced”).
“Com estas ferramentas, conseguimos definir desde o início do design quais as partes do avião que precisam de mais proteção”, afirma Louisa Michael, da Boeing Technology Innovation. “Isso poderá moldar os futuros padrões de certificação na aviação.”
Mais além da aviação
A investigadora Carmen Guerra-Garcia acredita que a mesma metodologia poderá ser aplicada a outras áreas — nomeadamente à energia eólica.
“Cerca de 60% das avarias em pás de turbinas eólicas devem-se a descargas elétricas”, explica. “Com o aumento das turbinas offshore, o problema tende a agravar-se. Podemos adaptar o nosso modelo para compreender e mitigar este tipo de risco.”
Financiado parcialmente pela Boeing, o projeto representa um passo importante para uma aviação mais segura e sustentável.
“Os relâmpagos são tão fascinantes quanto perigosos”, conclui Jenkins. “Queremos garantir que, daqui a 20 anos, possamos continuar a voar com a mesma confiança que temos hoje — mesmo em aviões com formas completamente novas.”
Fonte: Massachusetts Institute of Technology (MIT)
Publicação: IEEE Access
