飞机雷击防护

飞机与雷击
工程技术分公司杭州维修基地翁嘉思
一．雷击产生的原理
雷电是由于大气层充电产生的结果。

当充电到足够高时就会击穿空气绝缘体从而发生雷击。

静电现象主要是在积雨云（雷暴云）中产生，但有时也会在暴风雪或天气良好的情况下产生雷电。

雷电可以分成很多种类：云到云的，云间的，云到地的等等。

大多数飞机遭遇雷击都是云到地这一种类型的.
二．飞机与雷击
飞机结构是由导电材料制成的（铝合金），由于雷击的发展是由云层到地面，飞机结构就提供了一个“短路”的路径，飞机成为了闪电路径的一部分。

当然这种情况是很少遇到的，特别需要注意的是当发生雷击时，那么就至少有两个雷击点：一个进口，一个出口。

由于飞机通常是在水平面上前进，所以进口通常在飞机的前部（机头、发动机吊舱、翼尖等），出口在飞机的后部（翼尖、垂直和水平安定面的后部、起落架等）。

由于在空中飞机是朝前飞行的，那么每一次雷击都是沿着机身或发动机吊舱向后走的，因此往往会留下多个雷击点,这种情况叫做“Swept stroke”。

据统计各种可能的雷击点，可以在飞机上分成以下不同的区域：(参见FIG.1)
区域1：该区域的飞机表面是最易受到雷击的（进口和出口）；
区域2：该区域的飞机表面是最易受到从区域1开始的雷击扫
荡的；
区域3：包括除区域1和2以外的所有飞机表面，受到雷击的可能性较低。

但是该区域仍然被两个雷击点（进和出）的电流穿过。

区域1和区域2根据雷击的持续时间可以进一步的分为“A”和“B”两个子区域。

“A”子区域产生雷击电弧的可能性较低，而“B”子区域产生电弧的可能性较高。

区域1A：是指该子区域内雷击产生电弧的可能性较低，比如雷达罩的静电带或发动机吊舱的边缘、皮托管附近；
FIG 1
区域1B：产生电弧的可能性较高，比如大翼、水平安定面、翼尖等及其后缘；
区域2A：由于“awept stroke”而产生电弧的可能性较低，比如发动机后部，整个机身表面、机翼表面的弦中点附近区域等；
区域2B：由于“awept stroke”而产生电弧的可能性较高，比如区域2A的机翼后缘。

飞机的设计是基于防雷(lightning protection), 而不是避雷(lightinng proof)。

避雷针的原理是将雷电的能量引入地下，从而避免雷电对目标的破坏。

要实现有效避雷，避雷设备必须满足两个条件：
1.在保护目标前接触雷电
2.有效接地
由于飞机是在空中飞行,所以不可能将雷电引到地下,因此也就不可能避雷.
美国联邦航空局 (FAA) 制定的联邦航空条例 (FAR), 其中FAR 25.581声明, 飞机一定能受到灾难级闪电的保护. 关于飞机的设备, 系统及安装,需要在任何能预计的情况下发挥其功用.“飞机在雷击后,，无论其损坏部份是电机设备，电子仪器或结构上都不可以影响飞机继续安全性飞行.
飞机的设计可以确保将雷击的后果减少到最小，并确保飞机在遭受雷击后继续飞行，安全着陆。

A320飞机采取了以下措施以确保飞机在雷击后的安全:
1.所有关键性的盖板在雷击后不会熔化
2.在复合材料结构中加入避雷条,如雷达罩上装有放电条.
3.飞机结构设计成良好的导通性(低电阻值),可以避免雷击时产生过热.
4.对于雷击产生的电磁干扰:
A.金属的飞机外壳为内部设备提供屏蔽保护(法拉第效应),使电荷分布在飞机外部.
B.对于最为关键的设备提供高等级的保护.如飞机电子仪器的电线包括电源通讯及控制线都加装有接地金属网 (Shielding)保护，作用如STP线．感应雷出现时，感应电场(Magnetic flux)就会经金属网到飞机的地线，防止各电线出现过压现象，避免仪器损坏．
C.采取冗余技术(多套设备互为备份)
5.安装密封性佳、防止火花引爆的结构油箱。

飞机复合材料分布图 1
飞机复合材料分布图 2
三．避雷
虽然飞机的设计不能避雷，但可以通过探测雷区，进而饶过雷区从而实现避雷。

在实际飞行中，干雷暴的情况很少，一般以雷雨区的情况存在，所以可以使用气象雷达探测雨区来确定雷区位置。

注意：气象雷达探测的是雨量的强弱，它显示的颜色与雨量有直接关系，而与雷区的强度无关。

根据空客资料, 绝大多数雷击事件发生在15000英尺以下, 因此起飞,着陆,和保持阶段是最容易发生雷击的. 在起降阶段, 可以利用ACARS系统, 及时获得最新的气象信息，对于避雷可以起到一定作用.
四．放电刷的作用
A320系列飞机总共装有41根放电刷。

它的作用是将由于蒙皮和
空气摩擦产生的静电释放掉，以避免静电对通信和导航系统的干扰。

如果放电刷失效过多，在某些情况下，通信系统将变的充满噪音。

放电刷与避雷/防雷没有关系。

放电刷与雷击存在这样一种联系：发生雷击后，放电刷往往发生损坏。

这是放电刷的形状决定的：在机翼或操纵面后缘的尖锐元件往往成为雷击的出口。

五．维护工作
1.作好雷达系统的维护
A．通过培训，总结等手段，提高维护人员的维护水平，及时准确的排除雷达系统的故障
B．追踪雷达发展信息，及时组织完成雷达设备的改装，消除被确认的故障，保证雷达系统的可靠性和精确性。

2.对于出现的雷达罩放电条，搭铁线等的破损，及时修复，使飞机保持良好的防电水平。

3.由于雷击可能发生在飞机的任何部位，所以重要的是在雷击后，严格按照工作单完成雷击后的检查，测试和修理，严格按照MEL 和SRM放行飞机.
4.不断总结雷击维护经验,提高雷击维护水平.。