飛機(jī)與雷擊

沈海軍

2004年5月28日，一架執(zhí)行慈善募捐宣傳任務(wù)的南非小型飛機(jī)從我國桂林飛往長沙。備降途中，飛機(jī)突然墜毀，機(jī)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(jī)場(chǎng)，一架法航的空客A340在降落時(shí)沖出跑道，一頭栽進(jìn)溝里，客機(jī)機(jī)身斷裂并起火。

2007年8月8日，一架B6205飛機(jī)被送往沈陽飛機(jī)維修基地，維修人員驚奇地發(fā)現(xiàn)，該飛機(jī)的左升降舵后緣、左發(fā)尾噴口、左側(cè)機(jī)身等部位出現(xiàn)了10多處焦黑的“傷口”。

2007年10月29日，一架從首都機(jī)場(chǎng)起飛的國航CA4174次航班“驚魂未定”地降落在昆明機(jī)場(chǎng)。地勤人員立刻發(fā)現(xiàn)，飛機(jī)前端的雷達(dá)罩上一片焦黑，正中間出現(xiàn)了一個(gè)直徑約50厘米的大洞。

……

究竟什么原因?qū)е铝松鲜鍪鹿实陌l(fā)生呢?一個(gè)共同點(diǎn)引起了事故調(diào)查專家們的注意，那就是：事故發(fā)生時(shí)，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(rèn)定，雷擊是這些事故的罪魁禍?zhǔn)住?/p>

雷擊很平常

眾所周知，緊貼著地球表面的一層大氣為對(duì)流層，對(duì)流層上方的大氣層為平流層。平流層的空氣是水平流動(dòng)的，離地面較高，沒有風(fēng)雨、雷電等自然現(xiàn)象。換句話說，風(fēng)、雨、云、霧、雪等氣象變化僅在對(duì)流層內(nèi)發(fā)生，因而絕大多數(shù)情況下飛機(jī)都選擇在平流層內(nèi)航行。這樣一來，飛行起來將十分安全。盡管如此，飛機(jī)總是要起飛、降落以及在機(jī)場(chǎng)停放的，這時(shí)難免不會(huì)遭到雷擊。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，在我們生活的地球上，平均每秒鐘要出現(xiàn)100次左右的電閃雷鳴，而飛機(jī)每飛行數(shù)萬小時(shí)就可能遭雷擊一次。根據(jù)國際民航組織的報(bào)告，盡管飛機(jī)遭“雷擊”是常有的事，但大多數(shù)情況下飛機(jī)都能夠安全降落，機(jī)毀人亡的重大事故只占其中的極少數(shù)。之所以如此，主要原因是在空氣吹拂、水汽摩擦、帶電云團(tuán)感應(yīng)以及雷擊之下，空中飛行的飛機(jī)很容易變成一個(gè)巨型的帶電體。所幸的是，由于飛機(jī)大多是由輕金屬構(gòu)成，機(jī)體表面積很大，因此，不管是與空氣摩擦產(chǎn)生的靜電也好，還是閃電產(chǎn)生的瞬間電流也好，都會(huì)因?yàn)橼吥w效應(yīng)(又叫集膚效應(yīng)，當(dāng)高頻電流通過導(dǎo)體時(shí)，電流將集中在導(dǎo)體表面流通)，而使電荷或電流只停留在機(jī)殼的表面。與此同時(shí)，這些靜電荷或者電流通常又會(huì)流經(jīng)飛機(jī)的金屬表面并最終通過翼尖、機(jī)翼后緣或機(jī)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(jī)內(nèi)部的乘客及設(shè)施基本上應(yīng)該還是安全的。

飛機(jī)也怕雷擊

盡管遭到雷擊時(shí)，機(jī)上乘客及機(jī)內(nèi)設(shè)施基本上是安全的，但雷擊仍然會(huì)給飛機(jī)或飛行安全帶來一定的危害，少數(shù)情況下甚至?xí)?dǎo)致災(zāi)難性事故的發(fā)生。

首先，雷擊可能損傷機(jī)體的金屬表面。有資料表明，在飛機(jī)雷擊事件中，飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)身及尾翼被雷擊中的概率約為58％。當(dāng)雷電擊中飛機(jī)的機(jī)身、機(jī)翼、尾翼等部位時(shí)，雷擊產(chǎn)生的強(qiáng)大電流流經(jīng)機(jī)體的金屬表面，最后通過機(jī)翼后方或機(jī)身上的放電刷釋放。但是，在雷電擊中點(diǎn)、機(jī)翼后緣、蒙皮接縫及放電點(diǎn)等處，電流往往尤為集中；集中的強(qiáng)電流會(huì)在瞬間產(chǎn)生大量熱量，這常常會(huì)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(jī)的雷達(dá)罩。盡管現(xiàn)代飛機(jī)的蒙皮多為輕金屬材料，但是，絕大多數(shù)民用客機(jī)的頭部都安裝了一個(gè)玻璃纖維等絕緣材料制成的雷達(dá)罩，雷達(dá)罩的目的是為了保護(hù)罩內(nèi)的機(jī)載雷達(dá)，并確保雷達(dá)波可以自由通行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在飛機(jī)雷擊事件中，雷達(dá)罩被雷擊而導(dǎo)致破壞的概率約為20％左右，該部位已成為飛機(jī)上最容易發(fā)生雷擊破損的對(duì)象。之所以如此，主要有兩方面的原因：其一，當(dāng)雷擊中雷達(dá)罩時(shí)，絕緣的雷達(dá)罩不能迅速地將電荷傳導(dǎo)至機(jī)身，因此，大量聚集電荷很容易形成高電壓并將雷達(dá)罩擊穿，進(jìn)而損壞機(jī)載雷達(dá)的微電子組件。其二，雷達(dá)罩位于飛機(jī)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(chǎn)生的光輻射可能造成飛行員暫時(shí)失明。當(dāng)雷電擊中飛機(jī)以及電流流經(jīng)飛機(jī)表面時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生刺眼的電弧光，這種光輻射持續(xù)的時(shí)間有時(shí)可長達(dá)20～30秒，嚴(yán)重時(shí)可造成飛行員暫時(shí)失明。此外，巨大的雷鳴聲也會(huì)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(jīng)飛機(jī)表面時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場(chǎng)，這種電磁場(chǎng)有可能使飛機(jī)設(shè)備磁化而無法正常工作，也可能使結(jié)構(gòu)件產(chǎn)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(shù)飛機(jī)上都安裝了放電刷，但是，飛機(jī)機(jī)身上往往還帶有一定的剩余靜電。如果不設(shè)法釋放這些電荷，一旦飛機(jī)落地，它們就會(huì)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(jī)釋放所有的電能，產(chǎn)生所謂的“跳火”現(xiàn)象，導(dǎo)致人員傷亡、器材設(shè)備損壞，甚至引起燃油發(fā)生爆炸。

此外，當(dāng)油箱被閃電擊中時(shí)，也有可能發(fā)生油箱燃燒或爆炸。

怎樣預(yù)防飛機(jī)雷擊

既然飛機(jī)有可能受到雷擊的傷害，現(xiàn)代飛機(jī)都采用了哪些防雷擊措施?這些措施都是什么呢?

現(xiàn)代飛機(jī)的防雷擊措施基本上可以總結(jié)為“避、放、導(dǎo)、防”四個(gè)字。

所謂“避”，就是飛行員通過對(duì)雷電的監(jiān)測(cè)，譬如利用飛機(jī)上配置的氣象雷達(dá)或地面的氣象預(yù)報(bào)等，實(shí)時(shí)獲得當(dāng)?shù)氐臍夂蚯闆r，讓飛機(jī)盡可能遠(yuǎn)離雷電云帶。

所謂“放”，就是在機(jī)翼、翼尖或機(jī)身等處安裝放電刷。當(dāng)雷電產(chǎn)生的電流通過飛機(jī)或者飛機(jī)因空氣摩擦帶靜電時(shí)，電流會(huì)瞬間通過放電刷釋放到機(jī)身外。對(duì)于小型飛機(jī)，由于飛機(jī)累積的電荷一般不會(huì)太多，機(jī)翼尖端可自行放電，因此無需安裝放電刷。但對(duì)于大型飛機(jī)則必須安裝放電刷，飛機(jī)主翼或尾翼安裝的放電刷數(shù)量有時(shí)甚至多達(dá)十幾個(gè)。此外，許多飛機(jī)機(jī)身上還裝有避雷帶。當(dāng)飛機(jī)著陸或停放時(shí)，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(dǎo)”，就是在雷達(dá)罩、復(fù)合材料垂尾等非金屬結(jié)構(gòu)中安裝良導(dǎo)體分流條，這些分流條和飛機(jī)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(dǎo)至飛機(jī)表面蒙皮，進(jìn)而將電流通過放電刷釋放掉。

所謂“防”，就是在設(shè)計(jì)飛機(jī)時(shí)，即充分考慮到雷擊問題。如，把飛機(jī)分成若干雷擊性質(zhì)相近的破壞區(qū)域，然后根據(jù)各區(qū)域的可能被破壞情況，決定飛機(jī)上的一些電子儀器適宜安裝在哪個(gè)位置，以利于遠(yuǎn)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(jié)構(gòu)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(jī)遭雷擊后，無論其損壞的部分是電機(jī)設(shè)備、電子儀器、油箱或是機(jī)身結(jié)構(gòu)，都不可以影響飛機(jī)的繼續(xù)安全飛行。

事實(shí)上，現(xiàn)在多數(shù)飛機(jī)在投入使用之前，都會(huì)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行這樣或那樣的防雷擊安全試驗(yàn)。此外，美國聯(lián)邦航空條例也明確規(guī)定，“飛機(jī)必須能夠承受災(zāi)難級(jí)閃電的襲擊，在任何可預(yù)見的情況下，飛機(jī)的設(shè)備、系統(tǒng)都能發(fā)揮其基本功用”。(文章代碼：0807)

[責(zé)任編輯]趙菲