当闪电击中飞机时会发生什么?

位于马萨诸塞州皮茨菲尔德的闪电技术公司(LTI)高级工程师爱德华·J·鲁普克(Edward J. Rupke)提供了以下解释

据估计,美国商业机队中的每架飞机平均每年都会被闪电轻微击中一次以上。事实上,飞机在穿越云层中带电区域时,通常会引发闪电。在这些情况下,闪电从飞机上产生,并向相反方向延伸。尽管记录不完善,但人们认为小型商务和私人飞机被击中的频率较低,因为它们体积小,而且通常可以避开容易发生闪电的天气。

美国最后一次确认的直接由闪电引起的商业飞机坠毁事件发生在 1967 年,当时闪电导致油箱灾难性爆炸。自那时以来,人们对闪电如何影响飞机有了很多了解。因此,保护技术得到了改进。如今,飞机要经过一套严格的闪电认证测试,以验证其设计的安全性。


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尽管乘客和机组人员可能会在闪电击中飞机时看到闪光并听到巨响,但由于飞机及其敏感部件中精心设计的防雷保护措施,不应发生任何严重的事情。最初,闪电会附着在诸如机头或翼尖之类的末端。然后,飞机在闪电中飞行,当飞机处于极性相反的云层区域之间的“电路”中时,闪电会重新附着在机身的其他位置。电流将通过飞机的导电外壳和结构,并从诸如尾部之类的其他末端流出。飞行员偶尔会报告灯光暂时闪烁或仪器受到短暂干扰。

大多数飞机外壳主要由铝制成,导电性非常好。通过确保此导电路径中不存在间隙,工程师可以确保大多数闪电电流将保留在飞机的外部。一些现代飞机由先进的复合材料制成,这些材料本身的导电性远低于铝。在这种情况下,复合材料包含一层嵌入式导电纤维或网格,旨在承载闪电电流。

现代客机拥有数英里的电线和数十台计算机以及其他仪器,它们控制着从发动机到乘客耳机的所有设备。这些计算机,像所有计算机一样,有时容易受到电源浪涌的影响。因此,除了保护飞机的外部之外,防雷工程师还必须确保没有破坏性的浪涌或瞬变到达飞机内部的敏感设备。在飞机外部外壳上行进的闪电有可能在表皮下方的电线或设备中感应出瞬变。这些瞬变被称为闪电间接效应。仔细的屏蔽、接地和浪涌抑制装置的应用可以避免必要时电缆和设备中因间接效应引起的问题。制造商必须验证每个对飞机安全飞行和着陆至关重要的电路和设备都受到保护,以符合联邦航空管理局(FAA)或飞机原产国类似机构制定的法规。

另一个主要关注的领域是燃油系统,即使是微小的火花也可能造成灾难。因此,工程师采取极端预防措施,以确保闪电电流不会在飞机燃油系统的任何部分引起火花。油箱周围的飞机外壳必须足够厚,以承受烧穿。所有结构接头和紧固件都必须设计得紧密,以防止火花,因为闪电电流会从一个部分传递到另一个部分。舱门、燃油加注口盖和任何通风口都必须经过设计和测试,以承受闪电。所有将燃油输送到发动机的管道和燃油管路,以及发动机本身,都必须采取防雷措施。此外,现在广泛使用产生较少爆炸性蒸汽的新型燃料。

飞机的雷达罩——包含雷达和其他飞行仪器的机头锥体——是防雷工程师特别关注的另一个区域。为了发挥作用,雷达不能包含在导电外壳内。相反,沿雷达罩外表面应用的避雷条保护该区域。这些条带可以由实心金属棒或一系列紧密间隔的导电材料按钮组成,这些按钮固定在以粘合方式粘合到雷达罩上的塑料条上。在许多方面,避雷条的功能类似于建筑物上的避雷针。

私人通用航空飞机应避免在雷暴中或附近飞行。仅在风暴云团中发现的强烈湍流就应该让小型飞机的飞行员非常警惕。美国联邦航空局(FAA)制定了一套单独的法规,用于管理不载客的私人飞机的防雷。为机身、燃油系统和发动机提供基本级别的保护。传统上,大多数小型商用飞机都采用铝制外壳,并且不包含计算机化的发动机和飞行控制系统,因此它们本身就不容易受到闪电的影响;但是,已记录了许多关于翼尖、螺旋桨和导航灯的非灾难性损坏的报告。

日益增长的套件组装复合材料飞机也引起了一些担忧。由于美国联邦航空局(FAA)将所有者组装的套件组装飞机视为“实验性”,因此它们不受防雷法规的约束。许多套件组装飞机由玻璃纤维或石墨增强复合材料制成。在 LTI,我们通常使用模拟闪电电流测试受保护的玻璃纤维和复合材料面板。这些测试的结果表明,闪电会损坏未充分保护的复合材料。未受保护的玻璃纤维或复合材料飞机的飞行员不应在雷雨附近或在其他类型的云中飞行,因为非雷暴云可能包含足够的电荷以产生闪电。

答案最初发表于 2001 年 8 月 20 日

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