飞机防雷的原理

飞机防雷的原理
摘要：很多人都认为飞机不会遭雷击，其实不然，飞机也是容易遭雷击的。

又有人说如果飞机遭雷击的话那么坐飞机安全吗。

本文将从飞机遭雷击的类型以及防雷原理浅谈一下关于飞机防雷的有关知识。

通过对飞机雷击现象以及法拉第笼的介绍,了解飞机防雷的原理及重要性，说明飞机遭雷击后飞机内人员的人身安全。

关键词：法拉第笼飞机防雷
1 闪电击对飞行的影响
飞机遭雷击后，雷电产生强大的电流，形成电磁场、光辐射、冲击波和电弧。

这些现象都严重威胁飞机的安全，带来严重后果。

1.1 介质被击穿雷电形成的高电压可使飞机上的绝缘材料击穿，当雷电先导通过飞机机头时，高电压可使雷达罩击穿，常见的为雷达天线罩被击穿成大小不等的洞。

目前，现代飞机电子设备大量采用微电子元件，它们对电压的承受能力更加脆弱，极易受破坏。

同时现代飞机上的蒙皮越来越多的采用复合材料，这就减少了原来铝皮的屏蔽作用，所以更应引起足够的重视。

1.2 光辐射雷电产生强大的电流，这可能产生上万度高温的闪电通道，在这样高的温度下，各种气体分子和原子被激发到高能级，当这些处于高能级的气体粒子跃迁到低能级时，便形成光辐射，其光谱范围可以从紫外到红外。

飞行员若在较近的距离看到这种强烈的闪光，可能造成暂时失明，这种失明若发生在夜司，持续时司为20、30秒，这是很严重的，增强驾驶舱的灯光亮度是减少强烈闪光影响
的有效方法。

1.3 冲击波由于雷电能量是在瞬间释放的因而具有极强大的闪电功率。

实验表明，在不到1微秒的时间内，长约I厘米的雷电通道中所释放的电能功率高达10‘瓦。

这样强大的能量在传递中使空气和其它物质快速发热汽化，从而构成一次爆炸过程，这就是雷，如果这种爆炸发生在有限的区域，强大的压力可使飞机结构损坏。

比如，大电流通过雷达罩内部时，引起雷达罩爆炸，我国民航运输机雷达罩被炸坏的消息时有报告，安一24飞机甚高频电台天线罩被雷电击中爆炸的现象，有据可查的就有12次。

该天线罩安装在垂直尾翼顶部，属于初始雷击放电区。

1.4 电磁场效应雷电产生强大电流产生强大的电磁场，使飞机设备磁化而无法正常工作，也可能使结构件产生变形或破裂。

飞机在雷暴区飞行部分电子设备不正常，如无线电罗盘被磁化，无线电通讯受干扰的现象时有报告。

2 飞机防雷原理介绍
2.1 法拉第笼原理及集肤效应保证舱内人员安全要了解雷电击中飞机后，舱内的人是否是绝对安全的，首先就要知道雷电击中飞机后会产生的效应，并且了解飞机是怎样起到安全作用的。

从电子角度理解，闪电属于高频电路，更多的电流分流是从设备表面流到大地上去的，相对而言对于金属导线或者空心的金属管效果都是一致的，这种特性叫做集肤效应；同样的道理，因为飞机也是金属导体，所以雷电流也是从机体的表面流入大地的，而机内的人相应就不会有
太大的危险，原理就等于人被一个法拉第笼保护一样。

在法拉第笼包裹的空间叫做自由活动区域，区域内在一定条件下是相对安全的。

但是，雷电的发生情况也是很难保持一致，而且针对每一件个案发生的条件也是不一样的。

例如机体的干燥程度，飞机的外壳材料、机体的结构等导致集肤效应原理不能有效利用，造成飞机电子系统损坏和发生人身意外。

2.2 飞机在空中的防雷飞机的防雷装置系统分为两类别，第一类别是在停泊时配置使用，即在飞机机身安装一条避雷带与地面扣接。

第二类别是飞机在飞行状态中使用，配置包括雷暴预报系统，它能告知机师在前方的天气变化，让机师有充分时间作好预防措施或远离雷暴云带；飞机本身亦安装有防雷装置。

有时候，当飞机在避无可避的情况之下，可将危险的雷电流分流到机身外，并从机身带离飞机本体，从而避免油缸及机上控制及通讯设备受到破坏，保障机上的乘客，与及飞机本身的运行安全。

在空中飞行的飞机是不安装避雷针的，但飞机还是有避雷装置的。

实际上避雷针是一个引雷针，安装在地面的建筑物或构筑物上，它的作用是将空中的雷击所产生的电流，通过接闪器、引下线和接地体引到大地，从而保护了财产和人身安全。

而飞机飞行和地面是不产生接触的，所以飞机都没有避雷针。

飞机上的防雷装置是安装在飞机主翼或尾翼尖端处的“静电释放器”，它是像刷子一样的金属放电刷，约3根手指粗，由几十根很细的针组成，总的电阻相对机身来说是非常小的。

根据尖端放电的原理，放电刷能够将飞机外壳累积的大量电荷放至大气中，有的飞机上安装的静电释放
器多达十几个。

另外，飞机外壳中非金属材料制成的结构一般都装有避雷条，比如，机头雷达天线罩的表面贴有避雷条，尾翼也埋了避雷条，它们的作用是为了使雷电电流顺利通过机壳表面。

因此，当飞机受到雷击时，上述的防雷装置会帮助电流经过机壳传输到机身或机翼伸出的金属放电刷而迅速放电。

2.3 飞机停泊时的防雷飞机在停泊时配置使用的，即在飞机机身安装一条避雷带，与地面连接。

因为飞机停泊在陆地上，其实质类同于地面的建筑物，同样要安装避雷装置。

最好的防雷击方法是把飞机停在安装了防雷系统的停机坪内。

如果必须停泊于停机坪外，应安装一条专用的接地线，将飞机的机壳与大地连接起来。

不过飞机专用的接地线庇护了飞机及机内人员，不能有效保护机外维修人员在雷雨天工作，有时这些维修人员会受雷击经飞机机身触电致伤。

例如，2002年7月15日凌晨，香港5名飞机维修工人在雷暴警告下仍冒雨在香港新机场停机坪检修飞机。

由于飞机遭雷击，电流击中正在机身下工作的修理技工，致使他们受伤送院治疗。

他们仅仅受伤，完全依赖于机场停机坪中防雷系统的保护，否则后果不堪设想。

2.4 雷击飞机的现象及飞机放电通道飞机上所谓的“避雷针”应该只是作为冠状放电（Corona Discharge）时使用的金属凸起吧。

当飞机飞行时摩擦产生静电可以透过“避雷针”渐渐释放电荷，若遭雷殛亦可利用“避雷针”放电。

据说飞机每飞行一万哩就有可能被雷击中一次，但由于机壳大部分皆是导体，因此当飞机遭雷击时，电流会经由机壳流过，并由
机身或机翼伸出的避雷针放电，并不会进入导体内部伤害到里头的乘客，但强电流所形成的磁场，对机上的电子或电气系统会有影响。

不过，万一遭到雷击呢？平均而言，飞机每飞行数万小时就可能会遭雷击一次，还好这强大的电流只会平顺地流过机身或机翼表皮，留下小小的烧蚀洞或缺口，对飞行并无大碍。

现代新型的飞机都具有密封性佳、防止火花引爆的结构油箱。

不过，如果这些电荷不设法释放，一旦飞机落地，它们就会极力寻找宣泄的通路，例如人员、油灌车一旦靠近，这些电荷便伺机释放所有的电能，产生“跳火”的现象，导致人员伤亡、器材设备损坏，甚至引燃油气发生爆炸！因此飞机飞行时，就得设法尽量将电荷放掉。

如果是小型飞机，机身累积的电荷不会太多，在飞行途中，机翼尖端便可自行放电。

但如果是大型飞机，就会在飞机主翼或尾翼装上“静电释放器”，它能够经由尖端放电，在飞行时将过量累积的静电荷释放至大气中，有的飞机的静电释放器甚至多达10个以上。

等到飞机落地或维修时，就得用接地导线连接至接地栓，这样可以将剩余电荷安全引导至地面，也可以使飞机与地面保持同一电位，避免感应放电或遭雷击。

如此一来，飞机就“天”不怕、“地”不怕了！
3 小结
本文通过以上内容说明了为什么飞机遭雷击时机舱内是相对安全的，也介绍了雷击飞机的后果。

虽然在舱内等效与法拉第笼原理中的自由活动区域，为了减少飞机被雷击的机会及危害，目前的方式大概有两种：①采用许多从机身或机翼伸出的避雷针以放电。

②
采用良导体把机壳不良导体的部分，加以连接或遮盖，以疏导电流，减少伤害。