淺談飛機防雷的基本原理

何敬宇

摘 要：雷擊給飛機飛行帶來了極大的危害，如何科學有效地減少雷擊，就成為了研究者的重要課題。本文通過對雷擊的危害、飛機防雷的原理展開分析，通過對防雷措施的探究，為其安全飛行提供了重要的建議。

關鍵詞：飛機防雷；基本原理；安全措施

中圖分類號：X954 文獻標識碼：A

1.雷擊給飛行帶來的危害

1.1飛機設備被雷擊壞

由于雷電可以形成高壓電，當雷電擊中飛機后，雷電到達飛機的機頭部分時，較高的電壓會對雷達系統造成破壞，同時雷達也會被雷電擊出許多個小孔，從而破壞雷達的正常工作，而雷電所形成的強大電磁場也會對飛機內部的電子設備造成嚴重傷害。

1.2電磁場干擾

雷電可產生強大的電磁場，如飛機在飛行中遭遇這種情況時，電磁場可以破壞飛機中的電子設備以及飛機內的通信設備，使飛機不能及時地同地面進行聯系，飛機的飛行受到干擾，加大了飛機在飛行中的危險系數。

2.飛機防雷原理

2.1法拉第籠原理

從物理上講法拉第籠是指一個密封的金屬腔體，它是根據靜電平衡原理利用金屬空腔隔離靜電影響采用的一種結構，這種結構后來被我們稱為法拉第籠圓筒。法拉第籠對雷電產生的電磁有屏蔽作用，可以使處于在法拉第籠內的物體或人員免于受到雷電產生的電磁波的危害，從而保證了飛機內人員的人身生命財產安全。同時，基于嵌入式處理器和數字信號處理器（防雷系統）雙處理器機載導航雷達系統的設計，著重于數字機載導航雷達系統架構，數字信號處理模塊的硬件設計和軟件算法，為防雷系統提供了整體方案。同時采用消除飛機航向控制中的噪聲干擾和信號延遲問題的差分方法。

2.2 系統結構

防雷控制系統（PCS）是飛機上可以進行監控和數據采集（SCADA）、可編程邏輯控制器（PLC）或分布式控制系統（DCS）的設備，可以收集和傳輸在制造過程中獲得的數據。PCS可以是相對簡單的項目，其可以具有接收輸入的傳感器（通常稱為主換能器），處理輸入的控制器以及處理輸出的接收器。更復雜的PCS設備本身可以是機器人，并執行許多任務。 PCS設備可以通過稱為制造執行系統（MES）的中間件軟件與飛機資源規劃（ERP）應用程序進行通信。

防雷控制系統主要包括被控過程（或對象）、用于飛行過程參數檢測的檢測與變送儀表、控制器、執行機構、報警、保護和連鎖等其他部件。其中，重點在于傳感器。0級包含現場設備，例如流量和溫度傳感器以及最終控制元件，例如控制閥。1級包含工業化輸入/輸出（I / O）模塊及其相關的分布式電子處理器。 2級包含監控計算機，其將來自系統上處理器節點的信息整理并提供操作員控制屏幕。3級是防雷控制控制水平，不直接控制過程，而是關注監控目標。4級是防雷控制調度水平。

2.3 運行方式

防雷控制可以使用反饋，也可以是開環的。控制也可以是連續的（汽車巡航控制）或引起一系列離散事件，例如草坪噴灑器上的定時器（開/關）或電梯上的控制（邏輯順序）。溫度傳感器如果溫度低于設定值，則打開熱源，并在達到設定點時關閉熱源。沒有測量設定點和測量溫度之間的差異（例如沒有誤差測量），并且沒有調整除了全部或沒有添加熱量的速率?？删幊踢壿嬁刂破骰騊LC的常用控制裝置用于讀取一組數字和模擬輸入，應用一組邏輯語句，并生成一組模擬和數字輸出。例如，如果使用可調節的閥門將液位保持在水箱中，則邏輯聲明將將深度設定值下的等效壓力與傳感器的壓力讀數相比低于正常低液位，并確定是否需要更多或更少的閥門開度保持水平不變。然后，PLC輸出將計算閥位置的增量變化量。更大更復雜的系統可以由分布式控制系統（DCS）或SCADA等防雷控制系統控制。

3.防雷措施

飛機防雷可分為兩部分，一部份是飛機在飛行中的防雷，另一部分是飛機在地面停泊狀態下的防雷。因為飛機在飛行中是沒辦法接觸到地面的，所以飛機上無法安裝避雷針，但飛機上也有自己專門的防雷裝置。這種防雷裝置叫做“防雷斷路控制器”，它安裝在飛機尾翼，它是像刷子一樣排列在飛機的尾翼上。防雷控制斷路器可以在較短的時間內進行防雷控制電流的檢測與判斷，從而進行動作來保護電路。主要有電壓和電流兩種類型，其中最主要是用于三相制電路中的中線，這樣可以防止防雷控制導致的人身觸電事故，在直接接觸和間接接觸兩種不同的情形下需要進行不同的防雷控制保護器選擇。在人觸電時，零線對地的電壓將不是0，可以是單相電壓或者線電壓，遠遠超出保護值，因此防雷控制保護器進行動作，讓開關跳閘，切斷電路，從而保障了人身的安全。電流型則主要用來保護變壓器周圍的人身安全，在人觸電時，可以產生零序電流，使得電流被防雷控制保護器檢測到，從而斷開電路，保護人身安全。VigiDPN系統可以進行電流的動作保護，將相線和中性線同時進行切斷，在電流過載等情況下，給人以直接的保護。對于這種情況，也可以采用不間斷電源（UPS）、無功功率補償器（SVG）等設備可以有效地減輕電壓波動對于設備帶來的影響，起到平波的作用，同時也減輕了對于線路的損耗，是相對科學有效的辦法。在防雷控制時，可以對于零線火線同時進行保護，就算是線路接反，也可以及時地切斷。防雷措施可以做到在飛機的飛行過程中進行小批量的操作，主要工作原理類似于流水線操作，可以減少資源的冗余與浪費的情況，讓設備損失減到最低。

飛機的機載雷達可以有一定的防雷作用，可以使得機組人員有選擇性地從低空雷達中接收預定的信號源，其中至少一個機組人員被提供有用于發起信號傳輸的裝置，用于通過相同的信號導體將信號傳輸返回到系統的控制設備，借助這樣的裝置，機組人員能夠在中心站接收信號源，并且裝置用于使機組人員向至少一個其他機組人員發起信號傳輸，與其他程序傳送的方式相同，都需要通過中央站。監測系統被安排用于傳送多個低空雷達信號作為對應的信號高速線路上的調制高頻載波，其中信號選擇被布置為在信號交換中，通過每個機組人員站的信號分配線來進行選擇性連接，信號高速線路被提供用于發起低空雷達信號傳輸的裝置，提供用于將信號傳輸與信號交換的裝置，電纜將低空雷達信號提供給機組人員。防雷系統信號作為調制部分，被放置于將防雷系統信號從信號交換分配給機組人員臺的頻率帶之外的載波信號，在中心站處提供頻率轉換裝置，用于將機組人員發起的防雷系統信號傳輸轉換為所使用的頻帶。將來自程序交換機的防雷系統信號傳輸，此系統的其他機組人員能夠用高頻信號以簡單的方式從信號高速線路導出信號。保證飛機的操作設備在遭受雷擊時不受到損害，只有這樣才可以提高飛機的飛行安全，讓飛機內的人員的人身安全得到保證。

結語

飛機防雷技術發展迅速，因其易用性、穩定性、快捷性受到廣大工程人員和通信人員的歡迎。我國各層次的開發研究人員正不斷地改善當前飛機防雷技術的應用環境，為了充分利用防雷系統的價值，在當前社會生活中，各方面應用人員應加強自身的學習與探究，在合理的體系中力求飛機防雷價值的利用最大化。

參考文獻

[1]蔣彩霞.飛機是如何防雷的[J].科學之友（A版），2008（3）：59.

[2]高峰.飛機在空中如何避雷[J]. 聰明泉（EQ版），2008（9）：37.

[3]周揚，伍瑞林，范昊澄.飛機防雷原理的介紹[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2009（9）：283.endprint