正值雨季,飞机如何防雷电?

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  在炎热的夏天,大雨无疑是最令人耳目一新的,所谓的“长风驱热,雨会翻过来送夜凉”。然而,下雨不仅带来凉爽,而且经常伴随着恼人的雷声。当某一部分大气的电荷和相应的电场强度过大时,它会穿透空气而形成闪电。它不仅威胁到地面上的人类活动,还影响着天空中的飞行安全。

据统计,全世界每秒可产生40至50次闪电,每年雷击次数可达14亿次。在固定线路飞机上,每年平均遇到一次雷击。在飞机的各种空难事故中,气象问题造成的空难约占一半,雷电灾害的比例高达60%。

闪电对飞机有什么危害?

朋友们会感到惊讶:闪电通常发生在对流层的积云中,而大型客机大多在平流层中飞行。换句话说,即使雷击,它也位于飞机下方。你为什么还要坐飞机?是的,飞机在平流层巡航期间确实非常稳定。然而,飞机在起飞和降落阶段总是穿越对流层,它不可避免地会遇到雷电。一旦飞机被雷电“匆忙拥抱”,它往往会造成严重的飞行事故。

闪电对飞机造成损害的最直接表现是燃烧,侵蚀和结构变形。当雷电流流过飞机机身时,它可以在几微秒内传递巨大的能量,导致材料熔化或蒸发,导致部件损坏或扭曲。这真的是“有说有笑,粉碎烟雾,熄灭烟雾”。如果燃料口中有易燃的油气混合物,情况会更糟。此时,很可能发生点火。如果火焰不幸闯入燃油箱,将导致严重的燃油爆炸。 1978年12月,美国一架C-130运输机被油箱中的雷击击中,引起爆炸并造成损坏。

除了肉眼可见的损坏之外,闪电还经常在飞机周围产生变化的磁场,在飞机的内部电路中产生感应电压和电流。我们知道现代飞机通常配备先进的电子和电气设备,如飞行控制系统。并且为了降低成本和重量,复合材料越来越多地用于飞机结构中。不用说,电子设备对电磁环境非常敏感。更糟糕的是,复合材料具有比金属低得多的导电性,这不仅吸收更多的能量,而且还具有极其有限的电磁屏蔽能力,因此对闪电环境更敏感。由于隐形的巨大电磁效应,雷电会干扰飞机的电气和电子设备,严重威胁飞行安全。

雷电,如何应对呢?

面对雷电,飞机只能静止不动吗?当然不是。

对付闪电最有效的方法是避免它。飞机上的气象雷达可以实时调查飞行环境,地面天气预报也可以帮助飞行员了解天气信息,使飞机尽可能远离雷暴区域。但是,经常沿着河边行走,鞋子不可避免地潮湿,为了保证飞机和机载设备的安全,还必须设计防雷保护。

在防雷设计中,油箱无疑是重中之重。为了避免燃料箱爆炸和爆炸,燃料系统被放置在放电电弧直接放电的可能性非常低的区域中。燃油箱及其潜在的带电部件也设计为低阻抗路径。以这种方式,不会过度地产生由雷电流产生的热量,并且在部件间隙之间不容易形成电火花。以相同的方式,在飞机框架之间以及在皮肤和结构之间,也被设计为低阻抗路径。这种处理闪电的方法可以概括为一个词:指南。

有些朋友可能会疑惑:“导游”电力是好的,但目前机身中仍然存在,为什么不直接放电?别担心,飞机设计师早就想到了这一点。如今,垂直稳定器,翼尖和从飞机表面突出的其他位置配备有卸料刷,其瞬间扫过流过门的电流并将其释放到机身外部。但是,放电刷主要用于飞行时的情况。当飞机停在地面上时,它是防雷带。防雷带可以接地,将雷电流引入地面。

近年来,麻省理工学院的研究人员认为,“充电”飞机还可以降低雷击风险。该研究发现,在雷击之前,带电云层倾向于首先使机身表面极化,在飞机的一侧产生更多的正电荷,而在另一侧产生更多的负电荷以形成双向电流。正是这股潮流已经成为飞机上半身的罪魁祸首。因此,研究人员做了相反的事情并在飞机上安装了充电系统。它可以通过传感器感应电场和周围的电场。当电场达到雷击阈值时,它将及时对反向充电进行充电。目前正在摇篮中扼杀。

最后,必须说现代飞机的防雷技术相当完善。即使遭遇雷击,小伙伴通常也只是意味着强烈的闪光和蓬勃的声音而不用担心太多。

参考文献:

[1]王天顺。飞机防雷[J]。飞机设计,2001,21(4): 48-52。

[2]王天顺,雷红,李峰,等。飞机防雷设计与鉴定试验[J]。飞机设计,2009,29(5): 54-59。

[3]段泽民。飞机防雷概述[J]。高压技术,2017,43(5): 1393-1399。

[4]郑秀华。避雷器在飞机防雷设计中的应用[J]。中国科技信息,2018(14): 18-19。

[5]刘惠萍。碳纤维复合材料的雷击损伤特性研究[D]。合肥:合肥工业大学,2016。

[6] Guerra-Garcia C,Nguyen NC,Peraire J,et al。 Chargecontrolstrategyforaircraft-triggeredlightningstrikeriskreduction [J]。 AIAAJournal,2018,56(5): 1988-2002。

作者:朱磊

本文为第一作者的原创,未经授权不得转载

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在炎热的夏天,大雨无疑是最令人耳目一新的,所谓的“长风驱热,雨会翻过来送夜凉”。然而,下雨不仅带来凉爽,而且经常伴随着恼人的雷声。当某一部分大气的电荷和相应的电场强度过大时,它会穿透空气而形成闪电。它不仅威胁到地面上的人类活动,还影响着天空中的飞行安全。

据统计,全世界每秒可产生40至50次闪电,每年雷击次数可达14亿次。在固定线路飞机上,每年平均遇到一次雷击。在飞机的各种空难事故中,气象问题造成的空难约占一半,雷电灾害的比例高达60%。

闪电对飞机有什么危害?

朋友们会感到惊讶:闪电通常发生在对流层的积云中,而大型客机大多在平流层中飞行。换句话说,即使雷击,它也位于飞机下方。你为什么还要坐飞机?是的,飞机在平流层巡航期间确实非常稳定。然而,飞机在起飞和降落阶段总是穿越对流层,它不可避免地会遇到雷电。一旦飞机被雷电“匆忙拥抱”,它往往会造成严重的飞行事故。

闪电对飞机造成损害的最直接表现是燃烧,侵蚀和结构变形。当雷电流流过飞机机身时,它可以在几微秒内传递巨大的能量,导致材料熔化或蒸发,导致部件损坏或扭曲。这真的是“有说有笑,粉碎烟雾,熄灭烟雾”。如果燃料口中有易燃的油气混合物,情况会更糟。此时,很可能发生点火。如果火焰不幸闯入燃油箱,将导致严重的燃油爆炸。 1978年12月,美国一架C-130运输机被油箱中的雷击击中,引起爆炸并造成损坏。

除了肉眼可见的损坏之外,闪电还经常在飞机周围产生变化的磁场,在飞机的内部电路中产生感应电压和电流。我们知道现代飞机通常配备先进的电子和电气设备,如飞行控制系统。并且为了降低成本和重量,复合材料越来越多地用于飞机结构中。不用说,电子设备对电磁环境非常敏感。更糟糕的是,复合材料具有比金属低得多的导电性,这不仅吸收更多的能量,而且还具有极其有限的电磁屏蔽能力,因此对闪电环境更敏感。由于隐形的巨大电磁效应,雷电会干扰飞机的电气和电子设备,严重威胁飞行安全。

雷电,如何应对呢?

面对雷电,飞机只能静止不动吗?当然不是。

对付闪电最有效的方法是避免它。飞机上的气象雷达可以实时调查飞行环境,地面天气预报也可以帮助飞行员了解天气信息,使飞机尽可能远离雷暴区域。但是,经常沿着河边行走,鞋子不可避免地潮湿,为了保证飞机和机载设备的安全,还必须设计防雷保护。

在防雷设计中,油箱无疑是重中之重。为了避免燃料箱爆炸和爆炸,燃料系统被放置在放电电弧直接放电的可能性非常低的区域中。燃油箱及其潜在的带电部件也设计为低阻抗路径。以这种方式,不会过度地产生由雷电流产生的热量,并且在部件间隙之间不容易形成电火花。以相同的方式,在飞机框架之间以及在皮肤和结构之间,也被设计为低阻抗路径。这种处理闪电的方法可以概括为一个词:指南。

有些朋友可能会疑惑:“导游”电力是好的,但目前机身中仍然存在,为什么不直接放电?别担心,飞机设计师早就想到了这一点。如今,垂直稳定器,翼尖和从飞机表面突出的其他位置配备有卸料刷,其瞬间扫过流过门的电流并将其释放到机身外部。但是,放电刷主要用于飞行时的情况。当飞机停在地面上时,它是防雷带。防雷带可以接地,将雷电流引入地面。

近年来,麻省理工学院的研究人员认为,“充电”飞机还可以降低雷击风险。该研究发现,在雷击之前,带电云层倾向于首先使机身表面极化,在飞机的一侧产生更多的正电荷,而在另一侧产生更多的负电荷以形成双向电流。正是这股潮流已经成为飞机上半身的罪魁祸首。因此,研究人员做了相反的事情并在飞机上安装了充电系统。它可以通过传感器感应电场和周围的电场。当电场达到雷击阈值时,它将及时对反向充电进行充电。目前正在摇篮中扼杀。

最后,必须说现代飞机的防雷技术相当完善。即使遭遇雷击,小伙伴通常也只是意味着强烈的闪光和蓬勃的声音而不用担心太多。

参考文献:

[1]王天顺。飞机防雷[J]。飞机设计,2001,21(4): 48-52。

[2]王天顺,雷红,李峰,等。飞机防雷设计与鉴定试验[J]。飞机设计,2009,29(5): 54-59。

[3]段泽民。飞机防雷概述[J]。高压技术,2017,43(5): 1393-1399。

[4]郑秀华。避雷器在飞机防雷设计中的应用[J]。中国科技信息,2018(14): 18-19。

[5]刘惠萍。碳纤维复合材料的雷击损伤特性研究[D]。合肥:合肥工业大学,2016。

[6] Guerra-Garcia C,Nguyen NC,Peraire J,et al。 Chargecontrolstrategyforaircraft-triggeredlightningstrikeriskreduction [J]。 AIAAJournal,2018,56(5): 1988-2002。

作者:朱磊

本文为第一作者的原创,未经授权不得转载