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动画|飞机航行时如何对抗雷击?

来源:科普中国-军事科技前沿2021-08-03 09:43

  雷电是伴有闪电和雷鸣的一种静电放电现象。在冰晶的凇附、水滴的破碎以及空气对流的过程中,云层会产生电荷。其实,实际云层中的电荷分布非常复杂,但总体而言,云层的上部以正电荷为主,云层下部以负电荷为主。当上、下部的电位差达到一定程度后,就会产生放电,这就是所谓的雷电现象。雷电可以分为很多类型:云层内部、不同云层间、云层到地面等等。飞机遭遇雷击的大多数为云层到地面这一类型。因此,飞机在爬升和下降的过程中,遭遇雷击的概率更大。

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  据统计,全球每天发生雷电的次数约800万次,但是,因雷击而出现的飞行事故却鲜少听闻,这是为什么呢?首先,雷电有很强的季节、地域和高度差异。其次,在气象雷达的帮助下,飞机不会主动接近雷区。美国航空管理局(FAA)规定,飞机只能在雷云附近飞行,不能飞在雷云上部或者下部;不能在暴风雨中心20英里内飞行。

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  同时,设计师在使用新材料前,会对所有可能事故进行模拟测试,试飞员会故意飞入雷云中以测试新材料的强度。事实上,雷云中极端乱流对飞机的影响远远大于雷击。

  某种程度上,雷击效应与电流十分相似。通常会从飞机的某一点进入,从另一点离开。这时,雷电会选择电阻最小的路径,所以,并不是飞机上的所有部件都会遭受这个效应。纯铝制成的飞机就像一个“法拉第笼”(内部电势差为零,电场为零),保护着飞机内部的人员和设备。复合材料制成的飞机或者部件,内部有一个类似铜箔制成的夹层,也能达到类似的效果。当外部电磁场作用于笼子时,金属中的自由电子会发生移动,以抵消试图进入笼子中的辐射。

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  对抗雷击不能仅依靠外部,内部设计同样很重要。与外部相似,内部电缆同样覆盖着铜质夹层。NGS系统会将惰性气体引入油箱,防止油箱意外爆炸。在冗余设计思想指导下的飞机,所有重要设备都有一个“备胎”,即使,雷击造成了某一设备的损坏,飞机依旧可以安全飞行。落地后,维护人员会立马对飞机进行检查,以判断是否可以完成下次飞行。就这样,飞机形成了一套立体的雷击防护系统。(整理:赵清建)

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本作品由科普中国军事科技前沿、画说飞机联合出品

[ 责编:武玥彤 ]
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