飛行機への被雷を利用した高電圧の実験はあるのか？

飛行機への被雷を利用した高電圧の実験はあるのか？

こんにちは
下記HPは飛行機に被雷したときの映像ですが、下記を教えてください。
１．雷の上空での電圧は、１～１０億ボルトあるらしいですが、被雷時には飛行機はそのくらいの電圧を受けているのでしょうか？
２．地上で人工的に作れる最高電圧は、数十MV程度のはずですが、雷の上空での電圧は１桁、２桁上の１～１０億ボルトありますので、高電圧現象等について未知の部分を知る上で、有用な実験場になるような気がします。例えば、飛行機に高電圧の試験装置を搭載させて、実験等は行われないのでしょうか？
http://www.zenk.jp/plane.html

追伸
飛行機に被雷しても、スタティック・ディスチャージャーという針があり放電するので大丈夫ですが、空気中を飛ぶときにどうしても避けられない雲の中や雨の中で、飛行機は被雷します。従って、好き好んで被雷している訳では無いので、実験装置を搭載するなんて、被雷することを前提にしており、とんでも無い話である。とお叱りを受けるかもしれませんね。

No.14 ベストアンサー 回答者： funflier 回答日時： 2010/08/09 06:03

No.３・８　です。

　もはや私には解らない領域になっているのですが、気になることだけ追加します。

＞r1=2.65*10^(-8);(*飛行機（アルミニウム）電気抵抗*)
＞r2=0.2;(*海水電気抵抗*)
＞L1=30;(*飛行機全長30ｍ*)
＞L2=50;(*雷雲高さ50ｍ*)
＞y=10^8*r1*L1/(r1*L1+r2*L2);
＞Print[y,V];
＞7.95 V

ここで「ｒ１＊Ｌ１」は航空機を一個の抵抗とみなす計算だと思うのですが、電気抵抗率に「長さ」を
掛けただけでは抵抗値にならないと思うのですが。単位や次元を計算してみて下さい。
wikiからの引用
「長さL[m]、断面積A[m2]の物体の電気抵抗R[Ω]は、次式で求めることができる。
　Ｒ＝ρ・Ｌ／Ａ　　　　　　　　　このρが電気抵抗率であり、単位はΩmである。」　　
ですので　Ω＝Ωｍ・ｍ／（ｍ＾２）　、という式です。次元だと　Ωは　Ｌ＾2・ＭＴ＾（-3）・Ｉ＾2　なので
　（Ｌ＾2・ＭＴ＾（-3）・Ｉ＾2）　＝　{　（Ｌ＾2・ＭＴ＾（-3）・Ｉ＾2）　ｘ　Ｌ　}　ｘ　Ｌ　÷　Ｌ＾2　
にならないといけないのではありませんか。つまり断面積がどこにも出てきてないと思うのですが。

全金属構造の航空機で与圧する旅客機でも胴体外板（skin）は１ｍｍ程度（４０／１０００inch）の
アルミ合金（２０１４か２０２４の銅系）で、ここに縦通材やフレームの補強が加わったセミモノコック
です。ですので断面は直径数メートル、厚さ１ｍｍの円筒形断面に補強材の断面が加わった分、
それに加えて中にある各種のシステムの断面の合計だということになります。主翼構造はもっと
厚いのと、翼上面７０７５（亜鉛系）、下面２０２４のアルミ合金です。従って、アルミ合金の抵抗率
でなくてはならないのと、断面積を概算なら平均しなくてはならないと思うのですが。これらの数値
はそこまでの資料もなく複雑すぎて解りません。それに雷は胴体前方・側面・主翼中程・翼端など
そのときによって入るも出るも場所はバラバラです。従って通る距離も機体寸法から推測して正
しいかどうか不明ですし、途中で脚構造など鉄の合金も通過したりもしますのでもっと事情は複雑
です。解りもしないのに文句をつけた上に「多分難しいだろう」と言っているだけであり、全く解決の
手助けになっておらず申し訳ありません。

この回答への補足

お返事有難う御座います。
＞つまり断面積がどこにも出てきてないと思うのですが。
その通りでございます。断面積を考えるのは当然で御座います。
この計算は、概算ですので、単に全体の電圧を抵抗で按分して求めました。つまり断面積は一様としました。
但し、勘ですが、飛行機の断面積の方が大きいと思います。その理由は飛行機が被雷している映像から、飛行機を包んでいる光が少し大きい（＝飛行機の断面積の方が大きい）からです。（超～いい加減な推定ですが（笑））そうしますと飛行機に印加される電圧は更に低くなり、オームの法則（？）ということになります。
　仮に大気中の断面積が飛行機よりもかなり大きければ、飛行機に印加する電圧は大きくなり、理屈が合います。

＞従って通る距離も機体寸法から推測して正しいかどうか不明ですし、途中で脚構造など鉄の合金も通過したりもしますのでもっと事情は複雑です。
概算ですから、一番大きな部分で良いと思います。但し大気中の電流の断面積がわかりませんので、断面積は同じで良いのではないでしょうか？

＞解りもしないのに文句をつけた上に「多分難しいだろう」と言っているだけであり、全く解決の手助けになっておらず申し訳ありません。
とんでも御座いません。ご意見有難う御座います。

補足日時：2010/08/09 21:18

No.13 回答者： kentarou2333 回答日時： 2010/08/09 00:22

そんなもんでしょうね。

実際は、塗装の部分なんかは、機体への電気の出入りの
際に通りますが、その部分は、抵抗が高く、電圧が上がります。

そのため、出入りの部分だけこげるわけですね。

ベータ線というのは、むしろ真空なんかでの挙動ですね。
今回のような現象は、電子の移動は電流としてとらえられます。

この回答への補足

お返事有難う御座います。
＞そんなもんでしょうね。
そうですか。

＞そのため、出入りの部分だけこげるわけですね。
電圧が上がったとしても、こげる程の電圧になるのでしょうか？

この話とは直接関係ないのですが、遠くの星の光が見えるのは、目に光が入るからですが、その際光を粒として計算すると説明がつく。光を波として計算すると、エネルギーが足りないと本で読んだことを思い出します。なぜか、似ている話のような気もします。
電子の塊として、計算すべきのような気もします。

＞ベータ線というのは、むしろ真空なんかでの挙動ですね。
そうなんですか。普通は空気中を飛んでいるのではないでしょうか？
＞今回のような現象は、電子の移動は電流としてとらえられます。
そうとも、言えますね。光、音、熱の放出でエネルギーは減少しますが、電荷保存の法則により、電子は減りませんから。

補足日時：2010/08/09 21:01

No.12 回答者： sunspot_number 回答日時： 2010/08/06 00:46

雷雲の高さは仰るように、私が以前記載した高度よりも遥かに高いでしょう。

でも数千ｍというのは雷雲の頂点の高さかもしれませんよね？
放電点はもっと低いかもしれません。

どちらにしても電圧ですら一桁や二桁の開きが有りますから、あまり細かく計算する意味もどうかなぁと思います。

ですから取りあえず RTCA DO-160 を入手されてはいかがですか？
詳しい実験方法が載っていると想像します。ただ、もし高いお金を出して手に入れられて、あなたがご希望の情報が載っていなかったとしても私は責任は取りかねます。m(_._)m 決して裁判などに訴えないで下さい。

『航空宇宙電子システム』は国立国会図書館で閲覧出来るはずです。入館には年齢制限はありますが。

この回答への補足

お返事有難う御座いました。

＞放電点はもっと低いかもしれません。
＞どちらにしても電圧ですら一桁や二桁の開きが有りますから、
＞あまり細かく計算する意味もどうかなぁと思います。
細かい計算なんかしておりません。走召～概算です。
下記の通り、雷雲を５００ｍとして計算しました。
結果は、0.8Vです。計算が間違っているでしょうか？


r1=2.65*10^(-8);(*飛行機（アルミニウム）電気抵抗*)
r2=0.2;(*海水電気抵抗*)
L1=30;(*飛行機全長30ｍ*)
L2=5*10^2;(*雷雲高さ500ｍ*)
y=10^8*r1*L1/(r1*L1+r2*L2);
Print[y,V];
0.795 V

＞ですから取りあえず RTCA DO-160 を入手されてはいかがですか？
＞最新版のDO-160Eは$368.75で購入できます。
そんな無茶な。とりあえずで、こんな高額な本は通常購入しないでしょう。（泣）

＞『航空宇宙電子システム』は国立国会図書館で閲覧出来るはずです。
会社＋市立＋隣の市立＋県立＋近所の大学図書館を検索しましたが
ありませんでした。しかも航空も宇宙あまり興味ないです。

要するに、雷を利用したら、地上での高圧実験よりも、更に高い電圧
実験をすることが可能か否かを知りたいです。

補足日時：2010/08/07 12:04

この回答へのお礼

すいません。雷雲高さ50ｍで計算するつもりが、５００ｍで計算しました。
訂正します。10＾８Vを印加して、飛行機には８V印加されるでした。

r1=2.65*10^(-8);(*飛行機（アルミニウム）電気抵抗*)
r2=0.2;(*海水電気抵抗*)
L1=30;(*飛行機全長30ｍ*)
L2=50;(*雷雲高さ50ｍ*)
y=10^8*r1*L1/(r1*L1+r2*L2);
Print[y,V];
7.95 V

お礼日時：2010/08/07 12:08

No.11 回答者： kentarou2333 回答日時： 2010/08/03 12:48

概算してみた結果はどうでしたか？

この回答への補足

お返事有難う御座います。

残念ながら私の考えが間違っており、オームの法則が成り立っているようです。
私は、雷雲の電子の塊を粒と考え、その運動エネルギーを持つ粒がそのまま飛行機に衝突すると
考えれば、１億Vの電圧も受けるのではないかと考えたのですが、どこか間違っているのですね。
（落雷は、原子から放出されるベータ線のイメージがありました。と言いましてもベータ線を受けた物体の電圧を計算したことはないですが、、）

誰も飛行機の上に実験機材を搭載して実験しないのは、高電圧が得られないからなのでしょうね。

実際にオームの法則を使い計算して、飛行機にかかる電圧を求めてみます。
すいません。平日はヘロヘロで御座いますので、計算は土曜日までお待ち願います。

補足日時：2010/08/03 21:36

この回答へのお礼

こんにちは
計算をしようと思っているのですが、湿った空気の電気抵抗値（Ωｍ）はご存知無いでしょうか？

雷雲　７ｋｍ
http://www.kaminari.gr.jp/summit/kitagawa.html

アルミニウム　電気抵抗率　2.65 × 10^-8
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E6%B0%97% …

飛行機　３０ｍ
http://www.kaiho.mlit.go.jp/syoukai/soshiki/gijy …


r1=2.65*10^(-8);(*飛行機（アルミニウム）電気抵抗*)
r2=1;(*湿った空気電気抵抗*)
L1=30;(*飛行機全長30ｍ*)
L2=7*10^3;(*雷雲高さ7000ｍ*)
y=10^8*r1*L1/(r2*L2)

お礼日時：2010/08/04 22:43

No.10 回答者： sunspot_number 回答日時： 2010/08/02 01:08

［補足］

落雷が起きるような気象状況では大抵の場合、夕立のような雨が降っています。なので相対湿度は100%に近く空間の抵抗値は、快晴時の乾燥空気に比べればとても小さくなっているでしょう。

落雷で放電した時の空気は絶縁破壊されてイオン化し、さらに抵抗値は小さくなっているでしょう。

電圧の大きさは、水圧と同じく、高い、低いで表現します。「高圧（高電圧）」「低圧（低電圧）」

電流の大きさは、単位時間にどれだけの電子が流れるのかを表した物で、大きい、小さいで表現します。「大電流」「小電流」または「微弱電流」

中学生の頃、理科でオームの法則を覚えたときは、「私は意地悪であーる」と覚えました。
私（Ｉ：電流）、意地（Ｅ：電圧）、悪（÷：割り算）、あーる（Ｒ：抵抗）
つまり、Ｉ＝Ｅ÷Ｒ ということです。
Ｉ＝Ｅ÷Ｒを 知っていれば、Ｅ＝ほにゃらら、Ｒ＝ほにゃららの式も誘導できます。
そして抵抗に消費される電力Ｐは、Ｐ＝Ｅ×Ｉ or Ｐ＝Ｅ＾２÷Ｒで計算できます。（＾２：二乗）

抵抗で発生する熱量は、電力に時間を掛け合わせたものです。→ジュール熱で検索して下さい。

追伸：
先に挙げた文献『航空宇宙電子システム』は検索してみるとすでに絶版になっていました。しかし、Amazonなら中古で3冊在庫があるようです。

RTCA DO-160 はアメリカから最新版のDO-160Eは$368.75で購入できます。

この回答への補足

回答有難う御座います。
おっしゃる通り、落雷時の飛行機にかかる電圧の概算の計算が必要ですね。
必要なものは
雷雲と地面の距離
飛行機の長さ
アルミ（飛行機の材質）の抵抗値
水分を含んだときの空気の抵抗値（※）
電源；１億Ｖ
でしょう。
この計算の結果、スタテック・ディスチャージャーから抜けた場合は先端の針の溶融、本体の焼損が起きるくらいの電圧値が得られれば、飛行機にかかる電圧は１億Ｖはないと言えるでしょう。しかし、例えば、１Ｖとかしかなければ、雷雲（高度数百ｍから千数百ｍ？）－空間－飛行機－空間－地面（大地）の直列回路ではないと言えるでしょう。

（※）この値をどのように決めるのかが問題です。かなり大きいと思います。小さければ、雷雲が１から１０億Ｖにならないと思います。

補足日時：2010/08/02 03:58

この回答へのお礼

こんにちは
湿った空気の電気抵抗値（Ωｍ）は解らないので、暫定的に海水（0.2Ωｍ）として
計算しました。
計算結果
r1=2.65*10^(-8);(*飛行機（アルミニウム）電気抵抗*)
r2=0.2;(*海水電気抵抗*)
L1=30;(*飛行機全長30ｍ*)
L2=7*10^3;(*雷雲高さ7000ｍ*)
y=10^8*r1*L1/(r2*L2)

0.0567857Vです。（＝飛行機に印加される電圧）

多分、湿った空気の方が海水よりも、電気抵抗は大きいはずです。
すると、湿った空気で計算すると、飛行機に印加される電圧は更に小さくなります。
これでは、スタテック・ディスチャージャーから抜けた場合は先端の針の溶融、本体の焼損が起きないです。なんでこんなに小さいのでしょうか？

追伸
落雷は、原子から放出されるベータ線のイメージがありました。⇒ベータ線が出るときにはニュートリノも放出されますので、雷とはちょっと違いますね。

お礼日時：2010/08/05 22:16

No.9 回答者： kentarou2333 回答日時： 2010/08/01 10:56

なんか、みなさんの回答を無視して、

ご自身の主張のみをされているような印象なので、
最後にします。

すでに気づいているかもしれませんが、
雷で飛行機に大きな電流がかかることはありますが、
大きな電圧がかかることはありません。

理由は、過去のみなさんの回答を吟味すれば
分かるかと思います。

この回答への補足

お返事有難う御座います。

＞すでに気づいているかもしれませんが、
＞雷で飛行機に大きな電流がかかることはありますが、
＞大きな電圧がかかることはありません。
そうでしょか？元々雷雲の中にある電気が、大電圧・小電流のものでしたら、飛行機に印加される電気は、大電圧・小電流になるのではないでしょうか？

＞なんか、みなさんの回答を無視して、
＞ご自身の主張のみをされているような印象なので、
＞最後にします。
まあそうおっしゃらずに、お付き合い願います。電線の上のすずめは感電しませんが、飛行機の上のすずめは、被雷によって焼き鳥になるのではないでしょうか？如何でしょうか？

補足日時：2010/08/01 11:27

この回答へのお礼

お返事有難う御座います。
＞理由は、過去のみなさんの回答を吟味すれば分かるかと思います。
そう言われますと自信が無くなってきました。
＞私のイメージとしては、雷雲（高度数百ｍから千数百ｍ？）－空間－飛行機－空間－地面（大地）の直列回路だと思います。
確かに、この場合はオームの法則により、抵抗値に比例して電圧が印加されます。従って、飛行機の抵抗値は空気の抵抗値よりも低いので、電圧はあまり印加されません。
しかし、雷雲（高度数百ｍから千数百ｍ？）－空間（仮に１ｃｍ）－飛行機－空間（仮に１ｃｍ）の直列回路になった際（地面に雷が落ちる前）に、飛行機にサージ電圧が印加されていると思います。

お礼日時：2010/08/01 12:39

No.8 回答者： funflier 回答日時： 2010/08/01 04:41

No.3です。

付け加えます。

ここにある以上の詳細は不明ですが、中国ではロケットでの研究があるようです。ただ目的は
ロケットによる落雷制御らしいのですが。中国は雨雲を制御した話も前回五輪であったような。
http://www.kaminari-nandemo.com/taisaku/kenkyu/p …

若干「電圧」にこだわりすぎていらっしゃる気が。航空機の機体に融解・焼損を与えるからと
いって、何Vかの断定は早計ではないでしょうか。１２VDCバッテリーでもショートすれば電線
が燃えますし、逆に数百Vの電圧でも微弱電流・短時間の悪戯用感電オモチャで死傷する
ことはありません。電圧、電流、通電した時間で考えないとならないと思うのですが。

航空機材料は従来アルミ合金が６０～７０％（重量比）でしたが、近年ではプラスチックを多用
した複合材料に変わってきています。
ボーイング７８７の例では構造重量の半分がこうした複合材で出来ています。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9C%E3%83%BC% …

旧来機でも、気象レーダーの電波を透過しなくてはならない機首先端のレーダードーム（通称
レドーム　radome）はFRP製でした。最近のものはこれが一次構造（飛行に必要な強度を受け
持つ構造）にまで使われて来ているということになります。レドームの場合、絶縁体で出来て
いますので、雷や静電気も通りません。このため、その名も「ライトニングストリップ」という
金属製の帯状の部品が付けられます。（落雷時は文字通り雷の通り道になりますので、この
部分が焼損することもあります。）　７８７の構造を見たことはありませんが、複合材を使った
構造では、導電性の低い部分にこの種の対策をしていると思います。

他に落雷の航空機への影響に「磁化」もあります。前述の様に、構造の大半は非磁性体の
アルミ合金ですが、一部は鉄の合金ですので、この部分を雷が通過すると一瞬で磁化され、
磁方位を使う計器に影響することもあります。落雷を受けた際は必ず報告が上がり、検査が
行われます。落雷を受けても「無傷」で済む前提で運用されている訳ではないのです。

この回答への補足

お返事有難う御座います。
＞電圧、電流、通電した時間で考えないとならないと思うのですが。
その通りで御座います。SPDの性能評価は、電圧や電流のみではなく、印加されるエネルギーで行うらしいです。でも私がこだわっているのは、超高電圧（電流は小さいほど良い）なのです。

補足日時：2010/08/01 08:14

No.7 回答者： sunspot_number 回答日時： 2010/08/01 01:37

［補足］

航空機の機体の材質については『理科年表　昭和五十五年　1980』丸善株式会社　の「物理科学部」の「合金」物33～物35ページの記述を参考にしました。30年前の本なので最近の航空機の機体の材質にそのまま通用するのかどうかについては存じません。

私は新聞やテレビ・ラジオの報道の、落雷のニュースで「高圧電流」と言う言葉を聞く度に虫唾（むしず）が走ります。
本来、電流は大小で表されるべきものなのに電圧とごちゃ混ぜにされてしまっているからです。

この回答への補足

お返事有難う御座います。
＞本来、電流は大小で表されるべきものなのに電圧とごちゃ混ぜにされてしまっているからです。
電流だけではなく、エネルギーで評価すべきだと思います。

補足日時：2010/08/01 08:16

No.6 回答者： kentarou2333 回答日時： 2010/07/31 23:45

高圧電線に止まっているスズメが感電しないのはご存じですか？

それと同じ理由で、おっしゃるような実験はできません。

この回答への補足

お返事有難う御座います。
＞高圧電線に止まっているスズメが感電しないのはご存じですか？
＞それと同じ理由で、おっしゃるような実験はできません。
そうですか。ではNo.3様が下記を書かれておりますが、どういう理由で損傷が起きたので御座いましょうか？
スタテック・ディスチャージャーから抜けた場合は先端の針の溶融、本体の焼損が起きます。一瞬でこうした損壊を与えることが可能な電圧であることだけは確かです。

補足日時：2010/08/01 08:33

No.5 回答者： sunspot_number 回答日時： 2010/07/31 23:08

私は航空機関係の仕事はしていません。

高校は工業の電気科で、大学は電子工学系でした

先に挙げた参考文献は現在でも本屋にあるのではないでしょうか。
私は大阪梅田の旭屋書店で初版（1995年8月25日 第1版 第1刷）を購入しました。
旭屋以外の大型書店でも入手可能かと思います。ネットショップでも買えるかも知れません。
書籍コードは ISBN4-930858-91-7 C3055 です。

RTCA DO-160 に関しては私は調べたことがありません。

疑問を全て他人に頼る姿勢はいかがなものかと存じます。
これだけ疑問に対するヒントを皆さん与えて下さっているのですから、
それぐらいどうぞ御自分でお調べください。

あなたは電圧に対してすごく拘っておられますが、オームの法則は正しく理解されていますか？　とっても疑問です。

この回答への補足

お返事有難う御座います。
＞あなたは電圧に対してすごく拘っておられますが、オームの法則は正しく理解されていますか？　とっても疑問です。
そう言われますと自信がありません。しかしオームの法則は金属導体中で電子が移動しようとすると正電荷の原子核により抵抗を受け、その影響でたまたま電子の運動速度が一定になり、解り易いものになっております。（本来運動は加速度運動が基本）しかし落雷には電磁誘導（誘導雷）があり、電子の運動速度が一定でない（またはON,OFの瞬間に発生する）ので、電磁波が発生します。従ってオームの法則だけに頼りすぎるのも、あまり良くないかもしれません。

補足日時：2010/08/01 08:53