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航空小知识

飞机遭遇雷击怎么办

时间:2019年07月24日 17:11   来源:大飞机报
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  视觉中国供图

 

  据统计,地球上平均每天发生约800万次闪电。事实上,飞机雷击事故的发生概率与飞机的飞行高度密切相关,绝大部分雷击事故发生在6000米以下,也就是飞机的起飞降落阶段。高于3000米的雷击事故通常是云内或云间的闪电造成的,这种闪电事故在数量上占了多数;低于3000米的闪电事故通常是云和地之间的闪电造成的,这种闪电能量更大,导致的后果也更为严重。

  闪电活动作为可以预见的极端飞行环境之一,对其防护的理念应当贯穿飞机全生命周期各个阶段。只要正确认识闪电威胁飞行的机制,针对性地进行防护设计和验证,完全可以保证飞机在耐受闪电雷击后正常飞行。所以,闪电对飞机来说也没那么可怕。

  首先要从闪电威胁飞机的两种机理谈起,闪电直接效应和闪电间接效应。闪电直接效应,指的是闪电直接击打到飞机外部结构或电子电气部件。像一把有形的灼热利刃,撕裂、弯曲、燃烧、溶蚀飞机结构和蒙皮,严重时会引起局部的爆炸或电子电气系统的损坏。

  闪电间接效应,是指外部闪电环境通过各种耦合机制对机载的航空电子或电气设备产生干扰导致设备功能的暂时或永久失效。闪电间接效应就像一种无形的高能电子波浪,电子颗粒虽然十分微小,却能穿过飞机结构之间的缝隙进入设备电路和线束,一旦与线束中正常运转的电子合流,就好像在小溪中突然注入大量的水,汇聚形成了奔腾的洪涛浪涌,如果没有相应的防护设计,多数电子电气设备会在浪涌的冲击下崩溃。

  民用飞机闪电防护正是围绕着直接效应和间接效应的发生机制,根据机内、机外防护需求,针对性地完成重点布防。

  闪电直接效应防护的目标,就是使整个飞机结构形成一个电压等势体,即机身处处电压相等。由于闪电会在飞机蒙皮或结构的局部瞬间释放大量电荷,电荷聚集则放热灼烧,分散后就可以相安无事。因此具体的防护措施要注重如何“疏散”电荷。

  如果飞机的结构蒙皮之间没有设置妥善的金属接触通路,那么闪电电流在跨越蒙皮缝隙时,巨大的能量将击穿缝隙间的空气,并伴随产生火花。因此,对于金属结构,因其本身阻抗小、电荷疏散快,只需要完善金属结构之间的搭接通路,勿使电荷聚集引起空气击穿,造成打火和电弧;对于非金属的复合材料结构,敷设金属网,降低等效阻抗,使得电荷分流同样能够得以分散。

  闪电间接效应要开展设备级、系统级和飞机级的“三层阻隔”。首先,机载设备要先强健自身“体魄”,在电路中引入防雷元器件作为基础阻隔层,以抵挡突如其来的电子浪涌侵袭。

  其次,在系统层面通过在设备线缆外另增屏蔽层,构建第二层阻隔,大大降低空间中的电荷粒子汇入设备线缆的强度。同时还要对关键系统进行功能备份,增设冗余系统以备紧急情况;最后通过飞机层级的机身屏蔽、布线设计、电磁隔离等措施完成对闪电产生的空间电磁场能量的第三层阻隔,从而有效优化机身内部的闪电瞬态环境。

  自20世纪60年代起,美国联邦航空局(FAA)开始不断提升对飞行器闪电防护的审查力度,并陆续制定了适用于民用飞机闪电防护的适航条款,这些条款分别涉及飞机结构闪电直接效应,针对燃油箱的闪电防护和关注机载电子电气设备间接效应的防护。

  ARJ21-700飞机和C919大型客机,包括正在研制中的CR929飞机都严格按照FAA和中国民航(CAAC)的适航规章进行飞机的闪电防护设计,并按照适航规章进行了一系列严酷试验来验证飞机的闪电防护性能。

  以C919大型客机为例,开展一系列的结构部件闪电直接效应试验,将模拟的闪电大电流注入到结构件,以验证其能否耐受最严酷闪电环境的冲击;通过设备级合格鉴定试验、系统级的各系统集成试验和飞机级大电流注入试验等三重保障,充分验证飞机闪电间接效应防护设计的有效性,确保全机闪电间接效应试验防护的万无一失。

  飞行安全无小事,尽管民航飞机在遭遇闪电时造成灾难性后果的可能性极低,但是也可能对飞机机体造成一定程度的损伤。因此,在已知的雷电气象情况下,一般都终止起飞,如在航路中遇到雷雨云团,则尽可能绕飞,安全至上。(李春芳)

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