飛機與雷擊

沈海軍

2004年5月28日，一架執行慈善募捐宣傳任務的南非小型飛機從我國桂林飛往長沙。備降途中，飛機突然墜毀，機上一名南非籍飛行員遇難。

2005年8月5日，在加拿大多倫多皮爾遜機場，一架法航的空客A340在降落時沖出跑道，一頭栽進溝里，客機機身斷裂并起火。

2007年8月8日，一架B6205飛機被送往沈陽飛機維修基地，維修人員驚奇地發現，該飛機的左升降舵后緣、左發尾噴口、左側機身等部位出現了10多處焦黑的“傷口”。

2007年10月29日，一架從首都機場起飛的國航CA4174次航班“驚魂未定”地降落在昆明機場。地勤人員立刻發現，飛機前端的雷達罩上一片焦黑，正中間出現了一個直徑約50厘米的大洞。

……

究竟什么原因導致了上述事故的發生呢?一個共同點引起了事故調查專家們的注意，那就是：事故發生時，天空中都下著傾盆大雨，雷電交加，烏云密布……最終，專家們一致認定，雷擊是這些事故的罪魁禍首。

雷擊很平常

眾所周知，緊貼著地球表面的一層大氣為對流層，對流層上方的大氣層為平流層。平流層的空氣是水平流動的，離地面較高，沒有風雨、雷電等自然現象。換句話說，風、雨、云、霧、雪等氣象變化僅在對流層內發生，因而絕大多數情況下飛機都選擇在平流層內航行。這樣一來，飛行起來將十分安全。盡管如此，飛機總是要起飛、降落以及在機場停放的，這時難免不會遭到雷擊。

統計數據表明，在我們生活的地球上，平均每秒鐘要出現100次左右的電閃雷鳴，而飛機每飛行數萬小時就可能遭雷擊一次。根據國際民航組織的報告，盡管飛機遭“雷擊”是常有的事，但大多數情況下飛機都能夠安全降落，機毀人亡的重大事故只占其中的極少數。之所以如此，主要原因是在空氣吹拂、水汽摩擦、帶電云團感應以及雷擊之下，空中飛行的飛機很容易變成一個巨型的帶電體。所幸的是，由于飛機大多是由輕金屬構成，機體表面積很大，因此，不管是與空氣摩擦產生的靜電也好，還是閃電產生的瞬間電流也好，都會因為趨膚效應(又叫集膚效應，當高頻電流通過導體時，電流將集中在導體表面流通)，而使電荷或電流只停留在機殼的表面。與此同時，這些靜電荷或者電流通常又會流經飛機的金屬表面并最終通過翼尖、機翼后緣或機身伸出的放電刷釋放出去。

因此，總的來講，即使是遭到雷擊，飛機內部的乘客及設施基本上應該還是安全的。

飛機也怕雷擊

盡管遭到雷擊時，機上乘客及機內設施基本上是安全的，但雷擊仍然會給飛機或飛行安全帶來一定的危害，少數情況下甚至會導致災難性事故的發生。

首先，雷擊可能損傷機體的金屬表面。有資料表明，在飛機雷擊事件中，飛機機翼、機身及尾翼被雷擊中的概率約為58％。當雷電擊中飛機的機身、機翼、尾翼等部位時，雷擊產生的強大電流流經機體的金屬表面，最后通過機翼后方或機身上的放電刷釋放。但是，在雷電擊中點、機翼后緣、蒙皮接縫及放電點等處，電流往往尤為集中；集中的強電流會在瞬間產生大量熱量，這常常會使得上述局部位置的金屬材料熔化、表面涂層被燒焦，蒙皮上留下凹坑、甚至燒蝕洞。

其次，雷電形成的高電壓可擊穿飛機的雷達罩。盡管現代飛機的蒙皮多為輕金屬材料，但是，絕大多數民用客機的頭部都安裝了一個玻璃纖維等絕緣材料制成的雷達罩，雷達罩的目的是為了保護罩內的機載雷達，并確保雷達波可以自由通行。據統計，在飛機雷擊事件中，雷達罩被雷擊而導致破壞的概率約為20％左右，該部位已成為飛機上最容易發生雷擊破損的對象。之所以如此，主要有兩方面的原因：其一，當雷擊中雷達罩時，絕緣的雷達罩不能迅速地將電荷傳導至機身，因此，大量聚集電荷很容易形成高電壓并將雷達罩擊穿，進而損壞機載雷達的微電子組件。其二，雷達罩位于飛機的鼻頭，該部位非常突出，是雷電最喜歡“修理”的地方。

第三，雷擊產生的光輻射可能造成飛行員暫時失明。當雷電擊中飛機以及電流流經飛機表面時，通常會產生刺眼的電弧光，這種光輻射持續的時間有時可長達20～30秒，嚴重時可造成飛行員暫時失明。此外，巨大的雷鳴聲也會給飛行員心理上帶來震撼和恐慌，飛行員手忙腳亂之下極易造成飛行事故。

第四，雷擊以及電流流經飛機表面時會產生強大的電磁場，這種電磁場有可能使飛機設備磁化而無法正常工作，也可能使結構件產生變形和破裂。如無線電羅盤被磁化，無線電通訊受干擾等等。

第五，盡管多數飛機上都安裝了放電刷，但是，飛機機身上往往還帶有一定的剩余靜電。如果不設法釋放這些電荷，一旦飛機落地，它們就會極力尋找宣泄的通路，假如地勤人員、油灌車正巧靠近，這些電荷便伺機釋放所有的電能，產生所謂的“跳火”現象，導致人員傷亡、器材設備損壞，甚至引起燃油發生爆炸。

此外，當油箱被閃電擊中時，也有可能發生油箱燃燒或爆炸。

怎樣預防飛機雷擊

既然飛機有可能受到雷擊的傷害，現代飛機都采用了哪些防雷擊措施?這些措施都是什么呢?

現代飛機的防雷擊措施基本上可以總結為“避、放、導、防”四個字。

所謂“避”，就是飛行員通過對雷電的監測，譬如利用飛機上配置的氣象雷達或地面的氣象預報等，實時獲得當地的氣候情況，讓飛機盡可能遠離雷電云帶。

所謂“放”，就是在機翼、翼尖或機身等處安裝放電刷。當雷電產生的電流通過飛機或者飛機因空氣摩擦帶靜電時，電流會瞬間通過放電刷釋放到機身外。對于小型飛機，由于飛機累積的電荷一般不會太多，機翼尖端可自行放電，因此無需安裝放電刷。但對于大型飛機則必須安裝放電刷，飛機主翼或尾翼安裝的放電刷數量有時甚至多達十幾個。此外，許多飛機機身上還裝有避雷帶。當飛機著陸或停放時，避雷帶與地面相接，就像油罐車配備的拖地鐵鏈一樣，可以把剩余靜電傳給大地。

所謂“導”，就是在雷達罩、復合材料垂尾等非金屬結構中安裝良導體分流條，這些分流條和飛機金屬外殼相接。一旦這些非金屬部位遭到雷擊，分流條可迅速將電流疏導至飛機表面蒙皮，進而將電流通過放電刷釋放掉。

所謂“防”，就是在設計飛機時，即充分考慮到雷擊問題。如，把飛機分成若干雷擊性質相近的破壞區域，然后根據各區域的可能被破壞情況，決定飛機上的一些電子儀器適宜安裝在哪個位置，以利于遠離雷電過壓突波可能造成的破壞；再如，采用密封性佳、防止火花引爆的結構油箱，使用低燃性燃油，加厚燃油門等。總之一句話，必須保障飛機遭雷擊后，無論其損壞的部分是電機設備、電子儀器、油箱或是機身結構，都不可以影響飛機的繼續安全飛行。

事實上，現在多數飛機在投入使用之前，都會在實驗室進行這樣或那樣的防雷擊安全試驗。此外，美國聯邦航空條例也明確規定，“飛機必須能夠承受災難級閃電的襲擊，在任何可預見的情況下，飛機的設備、系統都能發揮其基本功用”。(文章代碼：0807)

[責任編輯]趙菲