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航空小知識

飛機遭遇雷擊怎麽辦

時間:2019年07月24日 17:11   來源:大飛機報
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  視覺中國供圖

 

  據統計,地球上平均每天發生約800萬次閃電。事實上,飛機雷擊事故的發生概率與飛機的飛行高度密切相關,絕大部分雷擊事故發生在6000米以下,也就是飛機的起飛降落階段。高于3000米的雷擊事故通常是雲內或雲間的閃電造成的,這種閃電事故在數量上占了多數;低于3000米的閃電事故通常是雲和地之間的閃電造成的,這種閃電能量更大,導致的後果也更爲嚴重。

  閃電活動作爲可以預見的極端飛行環境之一,對其防護的理念應當貫穿飛機全生命周期各個階段。只要正確認識閃電威脅飛行的機制,針對性地進行防護設計和驗證,完全可以保證飛機在耐受閃電雷擊後正常飛行。所以,閃電對飛機來說也沒那麽可怕。

  首先要從閃電威脅飛機的兩種機理談起,閃電直接效應和閃電間接效應。閃電直接效應,指的是閃電直接擊打到飛機外部結構或電子電氣部件。像一把有形的灼熱利刃,撕裂、彎曲、燃燒、溶蝕飛機結構和蒙皮,嚴重時會引起局部的爆炸或電子電氣系統的損壞。

  閃電間接效應,是指外部閃電環境通過各種耦合機制對機載的航空電子或電氣設備産生幹擾導致設備功能的暫時或永久失效。閃電間接效應就像一種無形的高能電子波浪,電子顆粒雖然十分微小,卻能穿過飛機結構之間的縫隙進入設備電路和線束,一旦與線束中正常運轉的電子合流,就好像在小溪中突然注入大量的水,彙聚形成了奔騰的洪濤浪湧,如果沒有相應的防護設計,多數電子電氣設備會在浪湧的沖擊下崩潰。

  民用飛機閃電防護正是圍繞著直接效應和間接效應的發生機制,根據機內、機外防護需求,針對性地完成重點布防。

  閃電直接效應防護的目標,就是使整個飛機結構形成一個電壓等勢體,即機身處處電壓相等。由于閃電會在飛機蒙皮或結構的局部瞬間釋放大量電荷,電荷聚集則放熱灼燒,分散後就可以相安無事。因此具體的防護措施要注重如何“疏散”電荷。

  如果飛機的結構蒙皮之間沒有設置妥善的金屬接觸通路,那麽閃電電流在跨越蒙皮縫隙時,巨大的能量將擊穿縫隙間的空氣,並伴隨産生火花。因此,對于金屬結構,因其本身阻抗小、電荷疏散快,只需要完善金屬結構之間的搭接通路,勿使電荷聚集引起空氣擊穿,造成打火和電弧;對于非金屬的複合材料結構,敷設金屬網,降低等效阻抗,使得電荷分流同樣能夠得以分散。

  閃電間接效應要開展設備級、系統級和飛機級的“三層阻隔”。首先,機載設備要先強健自身“體魄”,在電路中引入防雷元器件作爲基礎阻隔層,以抵擋突如其來的電子浪湧侵襲。

  其次,在系統層面通過在設備線纜外另增屏蔽層,構建第二層阻隔,大大降低空間中的電荷粒子彙入設備線纜的強度。同時還要對關鍵系統進行功能備份,增設冗余系統以備緊急情況;最後通過飛機層級的機身屏蔽、布線設計、電磁隔離等措施完成對閃電産生的空間電磁場能量的第三層阻隔,從而有效優化機身內部的閃電瞬態環境。

  自20世紀60年代起,美國聯邦航空局(FAA)開始不斷提升對飛行器閃電防護的審查力度,並陸續制定了適用于民用飛機閃電防護的適航條款,這些條款分別涉及飛機結構閃電直接效應,針對燃油箱的閃電防護和關注機載電子電氣設備間接效應的防護。

  ARJ21-700飛機和C919大型客機,包括正在研制中的CR929飛機都嚴格按照FAA和中國民航(CAAC)的適航規章進行飛機的閃電防護設計,並按照適航規章進行了一系列嚴酷試驗來驗證飛機的閃電防護性能。

  以C919大型客機爲例,開展一系列的結構部件閃電直接效應試驗,將模擬的閃電大電流注入到結構件,以驗證其能否耐受最嚴酷閃電環境的沖擊;通過設備級合格鑒定試驗、系統級的各系統集成試驗和飛機級大電流注入試驗等三重保障,充分驗證飛機閃電間接效應防護設計的有效性,確保全機閃電間接效應試驗防護的萬無一失。

  飛行安全無小事,盡管民航飛機在遭遇閃電時造成災難性後果的可能性極低,但是也可能對飛機機體造成一定程度的損傷。因此,在已知的雷電氣象情況下,一般都終止起飛,如在航路中遇到雷雨雲團,則盡可能繞飛,安全至上。(李春芳)

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