科學也可以如此靠近

「五雷轟頂」時,飛機如何自保?

7月
11
2018

2018年7月11日14時 今日科學 國防時報排頭兵

國防時報排頭兵

我們從小就被教育,遇到打雷閃電,千萬不要躲在大樹下,即使在家裡也要儘量關閉各種電源,防止雷擊造成傷害。躲在汽車裡也不是個很好的選擇,縱然你知道法拉第籠的原理,但橡膠輪胎會降低汽車與大地的導電效率,峰值電流高達幾萬安培的閃電可能瞬間將車輛點燃。雷電如此危險,對於天空中的飛機,能躲則躲,但如果運氣不好沒躲開,被閃電擊中的飛機會不會像一隻被烤熟的飛鳥從天而落?

那麼,遇到雷擊時,飛機到底是如何自保的呢?

閃電擊中民航客機瞬間想像圖

何時容易遭雷擊

民航飛行中有「黑色13分鐘」一說,即起飛階段的6分鐘和降落階段7分鐘(另說是「黑色11分鐘」)是整段飛行中最危險的時刻,重大安全事故往往發生在這個階段。雷擊事故同樣也常發生在這個階段,這是因為閃電活動多發生在1500米至5000米的高度。飛機巡航階段一般都在8000米以上平流層,這裡的氣象環境相對穩定。

但別以為飛機遭雷擊都是自然發生的事件,這種情況只占所有雷擊事件的一成,剩下九成基本都是由飛機自身觸發導致的。濃雲密布的雷雨天裡,雲層和大地之間有電場存在,當電場強度不夠時,閃電並不會被觸發,但當飛機穿越強電場區域,相當於在處於臨界狀態的電壓之間增加了金屬導體,此時飛機就難逃一劫了。

雷擊自保有妙招

雷擊對飛機的傷害一般可分為三大類:電磁干擾、電弧放電和電流加熱。

雷電下的民航客機

電磁干擾,即雷擊發生時在局部形成的強交變電磁場,這可能對飛機上的電子設備造成傷害。針對電磁干擾現象,民航局對飛機的抗干擾能力有著詳細、嚴格的適航規定。現今世界上所有的商用飛行器都必須進行電磁兼容試驗,否則禁止投入商用。同時,現代商用客機上一般都在不同位置安裝有多套關鍵飛控導航設備,以增加安全係數。

電弧放電,是一種看上去比較危險的情況,雷擊點附近發生的電弧放電會造成局部爆炸衝擊波和高溫,並造成燒蝕。但通常情況下,燒蝕不會對飛行安全造成嚴重影響,燒蝕的傷痕也都很小,多發生在機翼上的個別螺絲釘上或機翼邊緣,不會對氣動產生影響。細心的朋友可能觀察過,在機翼後緣有許多細小的像天線一樣的毛刷,這些學名叫放電刷的小零件根部連接著網羅整個機身的導線,可以將機身內部的電荷均勻的釋放到空氣中。使用複合材料的雷達罩是電弧放電燒蝕的重災區,為此雷達罩上安裝有很多放電條,但當放電條無法承載閃電瞬間的電流時,電弧放電就會擊傷雷達罩。2015年4月,冰島航空的一架波音757飛機在冰島首都雷克雅未克機場起飛後就遭遇雷擊,直到飛機降落後人們才發現雷達罩被擊穿,所幸此次事故沒有造成人員傷亡。

電流加熱即強電流流經機身時,相應部件被加熱後造成熱損傷。這種與大樹被雷擊起火的情況相同,因此飛機內部用於傳導電流的線路都具備極強的耐燃特性。

總體來說,金屬蒙皮的飛機天生具有較好的耐雷擊性能,法拉第籠效應使雷擊引起的損傷局限在蒙皮外層,內部乘客和設備基本無需考慮電流傷害。同時,機上電子設備的零線也直接連接在蒙皮上,只有部分暴露在外的電子設備,例如天線、空速管等可能會因強電流而受到傷害,因此空速管等直接影響飛行安全的重要設備都採用了多套互為備份設計。

發生雷暴時的駭人景象

那麼,現在很多民航飛機都大量使用了複合材料,像波音787、空客A350,它們如何耐雷擊呢?其實也不難,在複合材料內部鋪設一層導電網就可以起到與金屬機身類似的導電與電磁屏蔽作用。但是導電網的效果畢竟不如全金屬蒙皮,這就需要電子設備具有更好的電磁屏蔽能力和保護電路設計,波音787就採用了這種導電網設計。在空客A350飛機上,空客選擇在複合材料板中嵌入金屬箔以增強導電性。

以上說的都是飛機在飛行中遭遇雷擊時的自保技能,當飛機停在地面時,如遇雷雨天,機務會將起落架艙里的避雷導線拖放在地面上。但還有一種十分危險的情況,飛機推出時,機務會佩戴一副與飛機用線纜連接的耳機與飛行員溝通,如果此時遭遇雷擊,人就成了連接飛機與大地的導線。2012年的北京首都機場和2017年的上海浦東機場就發生過兩起此類事件,所幸機務都沒有遭遇生命危險。

雖然雷擊極少造成機毀人亡的嚴重事故,但是天公之怒,能避免還是得避免。中國民航法規從運行和操作角度要求飛行員儘量避開雷雨區域,主要手段有兩種,首先,通過氣象雷達探測遠方具有強對流的雲團,這種雲團被認為是容易觸發雷電的雲團,對於高度低於8~9千米的雲團可以從上方穿過,否則就需要從周圍繞開。霍尼韋爾開發的IntuVue三維氣象雷達具備探測垂直高度雲團的能力,飛行員可以從螢幕上直觀地看出雲團不同高度層的內部情況,從而選擇以最優的航線繞過雲團。其次,機場通過功能強大的地面雷達監測周邊氣象,如果雷雨雲位於降落必經航線無法繞飛時,飛機就必須選擇盤旋等待、備降或返航。

機艙內什麼體驗

飛機被雷擊中時,其實機艙內的乘客並不會有太多感受,除非你趴在窗戶上看到閃電擊中了翼尖,你會覺得眼前有閃光燈在閃。當然,如果你在看到閃電擊中機翼的瞬間聽到來自機艙內劇烈的爆炸聲,此時恐怕也只能自求多福了。不過別太擔心,雷雨天裡飛機自保的技能還是得給個五星好評。(航天知識)

乘客拍攝到閃電擊中機翼的瞬間

訂閱關注「國防時報排頭兵」,縱覽軍情,聚焦熱點!


延伸閱讀

印度發現了體長近20英尺的巨型史前「海怪」

納尼?青蒿中竟然不含青蒿素?!

慶萬聖節NASA推宇宙聲波專輯 編出22首「歌」

時間旅行不再是夢?人們可以根據物理規則彎曲它

堅持|生命的綻放|你確定你真的不點開看?


熱門內容

友善連結