飛機防雷原理的介紹

摘要：很多人都認為飛機不會遭雷擊，其實不然，飛機也是容易遭雷擊的。又有人說如果飛機遭雷擊的話那么坐飛機安全嗎。本文將從飛機遭雷擊的類型以及防雷原理淺談一下關于飛機防雷的有關知識。通過對飛機雷擊現象以及法拉第籠的介紹.了解飛機防雷的原理及重要性，說明飛機遭雷擊后飛機內人員的人身安全。

關鍵詞：法拉第籠 飛機 防雷

1 閃電擊對飛行的影響

飛機遭雷擊后，雷電產生強大的電流，形成電磁場、光輻射、沖擊波和電弧。這些現象都嚴重威脅飛機的安全，帶來嚴重后果。

1.1介質被擊穿雷電形成的高電壓可使飛機上的絕緣材料擊穿，當雷電先導通過飛機機頭時，高電壓可使雷達罩擊穿，常見的為雷達天線罩被擊穿成大小不等的洞。目前，現代飛機電子設備大量采用微電子元件，它們對電壓的承受能力更加脆弱，極易受破壞。同時現代飛機上的蒙皮越來越多的采用復合材料，這就減少了原來鋁皮的屏蔽作用，所以更應引起足夠的重視。

1.2光輻射雷電產生強大的電流，這可能產生上萬度高溫的閃電通道，在這樣高的溫度下，各種氣體分子和原子被激發到高能級，當這些處于高能級的氣體粒子躍遷到低能級時，便形成光輻射，其光譜范圍可以從紫外到紅外。飛行員若在較近的距離看到這種強烈的閃光，可能造成暫時失明，這種失明若發生在夜間，持續時間為20、30秒，這是很嚴重的，增強駕駛艙的燈光亮度是減少強烈閃光影響的有效方法。

1.3沖擊波由于雷電能量是在瞬間釋放的因而具有極強大的閃電功率。實驗表明，在不到1微秒的時間內，長約1厘米的雷電通道中所釋放的電能功率高達10瓦。這樣強大的能量在傳遞中使空氣和其它物質快速發熱汽化，從而構成一次爆炸過程，這就是雷，如果這種爆炸發生在有限的區域，強大的壓力可使飛機結構損壞。比如，大電流通過雷達罩內部時，引起雷達罩爆炸，我國民航運輸機雷達罩被炸壞的消息時有報告，安—24飛機甚高頻電臺天線罩被雷電擊中爆炸的現象，有據可查的就有12次。該天線罩安裝在垂直尾翼頂部，屬于初始雷擊放電區。

1.4電磁場效應雷電產生強大電流產生強大的電磁場，使飛機設備磁化而無法正常工作，也可能使結構件產生變形或破裂。飛機在雷暴區飛行部分電子設備不正常，如無線電羅盤被磁化，無線電通訊受干擾的現象時有報告。

2 飛機防雷原理介紹

2.1法拉第籠原理及集膚效應保證艙內人員安全要了解雷電擊中飛機后，艙內的人是否是絕對安全的，首先就要知道雷電擊中飛機后會產生的效應，并且了解飛機是怎樣起到安全作用的。從電子角度理解，閃電屬于高頻電路，更多的電流分流是從設備表面流到大地上去的，相對而言對于金屬導線或者空心的金屬管效果都是一致的，這種特性叫做集膚效應；同樣的道理，因為飛機也是金屬導體，所以雷電流也是從機體的表面流入大地的，而機內的人相應就不會有太大的危險，原理就等于人被一個法拉第籠保護一樣。在法拉第籠包裹的空間叫做自由活動區域，區域內在一定條件下是相對安全的。但是，雷電的發生情況也是很難保持一致，而且針對每一件個案發生的條件也是不一樣的。例如機體的干燥程度，飛機的外殼材料、機體的結構等導致集膚效應原理不能有效利用，造成飛機電子系統損壞和發生人身意外。

2.2飛機在空中的防雷飛機的防雷裝置系統分為兩類別，第一類別是在停泊時配置使用，即在飛機機身安裝一條避雷帶與地面扣接。第二類別是飛機在飛行狀態中使用，配置包括雷暴預報系統，它能告知機師在前方的天氣變化，讓機師有充分時間作好預防措施或遠離雷暴云帶；飛機本身亦安裝有防雷裝置。有時候，當飛機在避無可避的情況之下，可將危險的雷電流分流到機身外，并從機身帶離飛機本體，從而避免油缸及機上控制及通訊設備受到破壞，保障機上的乘客，與及飛機本身的運行安全。在空中飛行的飛機是不安裝避雷針的，但飛機還是有避雷裝置的。實際上避雷針是一個引雷針，安裝在地面的建筑物或構筑物上，它的作用是將空中的雷擊所產生的電流。通過接閃器、引下線和接地體引到大地，從而保護了財產和人身安全。而飛機飛行和地面是不產生接觸的，所以飛機都沒有避雷針。飛機上的防雷裝置是安裝在飛機主翼或尾翼尖端處的“靜電釋放器”，它是像刷子一樣的金屬放電刷，約3根手指粗，由幾十根很細的針組成，總的電阻相對機身來說是非常小的。根據尖端放電的原理，放電刷能夠將飛機外殼累積的大量電荷放至大氣中，有的飛機上安裝的靜電釋放器多達十幾個。另外，飛機外殼中非金屬材料制成的結構一般都裝有避雷條，比如，機頭雷達天線罩的表面貼有避雷條，尾翼也埋了避雷條，它們的作用是為了使雷電電流順利通過機殼表面。因此，當飛機受到雷擊時，上述的防雷裝置會幫助電流經過機殼傳輸到機身或機翼伸出的金屬放電刷而迅速放電。

2.3飛機停泊時的防雷飛機在停泊時配置使用的，即在飛機機身安裝一條避雷帶，與地面連接。因為飛機停泊在陸地上，其實質類同于地面的建筑物，同樣要安裝避雷裝置。最好的防雷擊方法是把飛機停在安裝了防雷系統的停機坪內。如果必須停泊于停機坪外，應安裝一條專用的接地線，將飛機的機殼與大地連接起來。不過飛機專用的接地線庇護了飛機及機內人員，不能有效保護機外維修人員在雷雨天工作，有時這些維修人員會受雷擊經飛機機身觸電致傷。例如，2002年7月15日凌展，香港5名飛機維修工人在雷暴警告下仍冒雨在香港新機場停機坪檢修飛機。由于飛機遭雷擊，電流擊中正在機身下工作的修理技工，致使他們受傷送院治療。他們僅僅受傷，完全依賴于機場停機坪中防雷系統的保護，否則后果不堪設想。

2.4雷擊飛機的現象及飛機放電通道飛機上所謂的“避雷針”應該只是作為冠狀放電(Corone Discharge)時使用的金屬凸起吧。當飛機飛行時摩擦產生靜電可以透過“避雷針”漸漸釋放電荷。若遭雷殛亦可利用“避雷針”放電。

據說飛機每飛行一萬哩就有可能被雷擊中一次，但由于機殼大部分皆是導體，因此當飛機遭雷擊時，電流會經由機殼流過，并由機身或機冀伸出的避雷針放電，并不會進入導體內部傷害到里頭的乘客，但強電流所形成的磁場，對機上的電子或電氣系統會有影響。不過，萬一遭到雷擊呢?平均而言，飛機每飛行數萬小時就可能會遭雷擊一次，還好這強大的電流只會平順地流過機身或機翼表皮，留下小小的燒蝕洞或缺口，對飛行并無大礙。現代新型的飛機都具有密封性佳、防止火花引爆的結構油箱。

不過，如果這些電荷不設法釋放，一旦飛機落地，它們就會極力尋找宣泄的通路，例如人員、油灌車一旦靠近，這些電荷便伺機釋放所有的電能，產生“跳火”的現象，導致人員傷亡、器材設備損壞，甚至引燃油氣發生爆炸!因此飛機飛行時，就得設法盡量將電荷放掉。如果是小型飛機，機身累積的電荷不會太多，在飛行途中，機翼尖端便可自行放電。但如果是大型飛機，就會在飛機主翼或尾翼裝上”靜電釋放器“，它能夠經由尖端放電，在飛行時將過量累積的靜電荷釋放至大氣中，有的飛機的靜電釋放器甚至多達10個以上。等到飛機落地或維修時，就得用接地導線連接至接地栓，這樣可以將剩余電荷安全引導至地面，也可以使飛機與地面保持同一電位，避免感應放電或遭雷擊。如此一來，飛機就“天”不怕、“地”不怕了!

3 小結

本文通過以上內容說明了為什么飛機遭雷擊時機艙內是相對安全的，也介紹了雷擊飛機的后果。雖然在艙內等效與法拉第籠原理中的自由活動區域，、為了減少飛機被雷擊的機會及危害，目前的方式大概有兩種：①采用許多從機身或機翼伸出的避雷針以放電。②采用良導體把機殼不良導體的部分，加以連接或遺蓋，以疏導電流，減少傷害。