五雷轰顶时,飞机如何自保?

文/子宁   2018-07-10 23:09:36

空客A330起飞爬升阶段,舷窗外可见浓云、夕阳霞光和两道闪电。 陈肖/摄我们从小就被教育,遇到打雷闪电,千万不要躲在大树下,即使在家里也要尽量关闭各种电源,防止雷击造成伤害。躲在汽车里也不是个很好的选择,纵然你知道法拉第笼的原理,但橡胶轮胎会降低汽车与大地的导电效率,峰值电流高达几万安培的闪电可能瞬间将车辆点燃。雷电如此危险,对于天空中的飞机,能躲则躲,但如果运气不好没躲开,被闪电击中的飞机会不会像一只被烤熟的飞鸟从天而落?遇到雷击,飞机是如何自保的呢?

何时容易遭雷击

民航飞行中有“黑色13分钟”一说,即起飞阶段的6分钟和降落阶段7分钟 (另说是“黑色11分钟”)是整段飞行中最危险的时刻,重大安全事故往往发生在这个阶段。雷击事故同样也常发生在这个阶段,这是因为闪电活动多发生在1 500米至5 000米的高度。飞机巡航阶段一般都在8 000米以上平流层,这里的气象环境相对稳定。

但别以为飞机遭雷击都是自然发生的事件,这种情况只占所有雷击事件的一成,剩下九成基本都是由飞机自身触发导致的。浓云密布的雷雨天里,云层和大地之间有电场存在,当电场强度不够时,闪电并不会被触发,但当飞机穿越强电场区域,相当于在处于临界状态的电压之间增加了金属导体,此时飞机就难逃一劫了。

雷击自保有妙招

我们常说“某某产品拥有防雷击设计”,这样的描述其实并不准确,因为雷击无法预防,只能在遭遇雷击时,如何将飞机的耐受性变得更强。

雷击对飞机的伤害一般可分为3大类:电磁干扰,电弧放电和电流加热。电磁干扰,即雷击发生时在局部形成的强交变电磁场,这可能对飞机上的电子设备造成伤害。针对电磁干扰现象,民航局对飞机的抗干扰能力有着详细、严格的适航规定。C919在2017年3月首飞之前的技术评审会上,评审委员会提出建议C919在完成电磁兼容等试验后才可提请首飞申请,其中电磁兼容试验就对飞机内部的所有电子设备之间的兼容性和抗干扰能力进行测试。现今世界上所有的商用飞行器都必须进行电磁兼容试验,没通过试验的飞行器将被禁止投入商用。同时,现代商用客机上一般都在不同位置安装有多套关键飞控导航设备,以增加安全系数。

电弧放电,是一种看上去比较危险的情况,雷击点附近发生的电弧放电会造成局部爆炸冲击波和高温,并造成烧蚀。但通常情况下,烧蚀不会对飞行安全造成严重影响,烧蚀的伤痕也都很小,多发生在机翼上的个别螺丝钉上或机翼边缘,不会对气动产生影响。细心的朋友可能观察过,在机翼后缘有许多细小的像天线一样的毛刷,这些学名叫放电刷的小零件根部连接着网罗整个机身的导线,可以将机身内部的电流均匀的释放到空气中。使用复合材料的雷达罩是电弧放电烧蚀的重灾区,为此雷达罩上安装有很多放电条,但当放电条无法承载闪电瞬间的电流时,电弧放电就会击伤雷达罩。2015年4月冰岛航空的一架波音757飞机在冰岛首都雷克雅未克机场起飞后就遭遇雷击,直到飞机降落后人们才发现雷达罩被击穿,所幸此次事故没有造成人员伤亡。

电流加热即强电流流经机身时,相应部件被加热后造成热损伤。这种与大树被雷击起火的情况相同,因此飞机内部用于传导电流的线路都具备极强的耐燃特性。

总体来说,金属蒙皮的飞机天生具有较好的耐雷击性能,法拉第笼效应使雷击引起的损伤局限在蒙皮外层,内部乘客和设备基本无需考虑电流伤害。同时,机上电子设备的零线也直接连接在蒙皮上,只有部分暴露在外的电子设备,例如天线、空速管等可能会因强电流而受到伤害,因此空速管等直接影响飞行安全的重要设备都采用了多套互为备份的冗余设计。

这里有人要问了,现在很多民航飞机都大量使用了复合材料,像波音787,空客A350这些新飞机,甚至整个机身都是复合材料,它们如何耐雷击呢?其实也不难,在复合材料内部铺设一层导电网就可以起到与金属机身类似的导电与电磁屏蔽作用。但是导电网的效果毕竟不如全金属蒙皮,这就需要电子设备具有更好的电磁屏蔽能力和保护电路设计,波音787就采用了这种导电网设计。在A350飞机上,空客选择在符合材料板中嵌入金属箔以增强导电性。

以上说的都是飞机在飞行中遭遇雷击时的自保技能,当飞机停在地面时,如遇雷雨天,机务会将起落架舱里的避雷导线拖放在地面上。但还有一种十分危险的情况,飞机推出时,机务会佩戴一副与飞机用线缆连接的耳机与飞行员沟通,如果此时遭遇雷击,人就成了连接飞机与大地的导线。2012年的北京首都机场和2017年的上海浦东机场就发生过两起此类事件,所幸机务都没有遭遇生命危险。

虽然雷击极少造成机毁人亡的严重事故,但是天公之怒,能避免还是得避免。中国民航法规从运行和操作角度要求飞行员尽量避开雷雨区域,主要手段有两种,首先,通过气象雷达探测远方具有强对流的云团,这种云团被认为是容易触发雷电的云团,对于高度低于8~9千米的云团可以从上方穿过,否则就需要从周围绕开。霍尼韦尔开发的IntuVue三维气象雷达具备探测垂直高度云团的能力,飞行员可以从屏幕上直观的看出云团不同高度层的内部情况,从而选择以最优的航线绕过云团。第二,机场通过功能强大的地面雷达监测周边气象,如果雷雨云位于降落必经航线无法绕飞时,飞机就必须选择盘旋等待、备降或返航。大量采用复合材料的空客A320垂直尾翼方向舵内部,有多条用于释放电流的导线连接在金属桁架上。这些细节仅可在部件总装时可以见到。 陈肖/摄

波音777在德国萨克森州的陶哈机场起飞时遭遇雷击,恰巧闪电与彩虹重合,画面震撼唯美。 Birk Möbius/摄机舱内什么体验

这是一个“严肃”的话题,如果你乘坐的飞机在飞行中遭遇雷击,落地之后赶紧去买彩票吧!不是因为大难不死,而是因为飞机被雷击的概率实在太低。飞机被雷击中时,机舱内的乘客并不会有太多感受,除非你趴在窗户上看到闪电击中了翼尖,你会觉得眼前一晃,就像一盏高级闪光灯在距离你很近的地方冲你的眼睛闪光,也仅是觉得晃眼,强烈的颠簸更多可能是因为雷雨天紊乱的气流。隆隆的雷声来自雷雨云内部,乘客们因害怕剧烈颠簸而系紧安全带屏气凝神,客舱内反而显得更加安静。当然,如果你在看到闪电击中机翼的瞬间听到来自机舱内剧烈的爆炸声,此时恐怕也只能自求多福了。

不过别太担心,雷雨天里飞机自保的技能还是得给个五星好评。

责任编辑:陈肖

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