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航空雷击之“殇”(一):机长话雷

作者:红龙德州app下载 发布时间:2020-08-11 01:26 点击数:

  这个夏季仿佛不那么平凡,台风、雷电伴随着夏日悄然而至。近日,听说某航又发生了雷击,一个“又”字,可见雷击在这个夏季有多频繁。飞机曾被誉为雷电的“活靶子”,就目前科技手段,尚没有一个很好的设备使飞机免受雷击之殇。而雷击对于飞机来说,到底有多危险?对于飞机而言,发生雷击的概率有多大?飞机遇到雷击,飞行员应该如何应对?雷击之殇究竟该如何“化解”?本文结合实践,试图从以下9个方面来述说飞行员如何化解雷击之殇。

  雷电是航空飞行的主要天敌,轻者会干扰飞机通信导航,严重者不仅使飞机处境危险,在雷雨云中或其附近飞行,会引起飞机强烈颠簸、积冰,甚至引起飞机失火引发空难等。据近20年来国外民航运输机的飞行事故统计,因飞机进入雷暴区导致飞机失事占气象事故的1/6。

  另一起发生在2010年8月16日,哥伦比亚航空B737-700飞机着陆前坠毁,131人,1人死亡,多人重伤。

  那我们首先看看雷击的原理,雷电是由于大气层充电放电产生的结果。当充电到足够高时就会击穿空气绝缘体从而放电,引发雷击。雷击也常常被认为是静电放电。静电现象主要是在积雨云(雷暴云)中产生,但有时也会在暴风雪或天气良好的情况下产生雷电。

  我们知道,传统飞机的结构是由导电材料制成的(铝合金),由于雷击的发展是由云层到地面,飞机结构就提供了一个“短路”的导体,使飞机成了闪电路径的一部分。一般意义上讲,飞机遭遇雷击至少有两个雷击点:一个进口,一个出口。飞机通常是水平上前进,所以进口通常在飞机的前部,出口在飞机的后部,往往从前向后会留下多个雷击点。

  理论研究和科学实验证明,当云中出现冰晶和过冷水滴互相碰撞,过冷水滴冻结以及大水滴分裂时,由于温差电效应、冻结电效应和分裂电效应等作用,云滴之间就会产生电荷交换,结果是小云滴带正电荷,大云滴带负电荷。雷雨云中的上升气流将小云滴带到云的上部,而较大的云滴则留在云的中下部。所以,一个发展完整的雷暴云,其上部是带正电荷,中部带负电荷,而下部的降水区常有一个带正电荷的中心。

  空气是不良导体,它阻挡正负电荷的会合。当大气中的电荷积累到一定程度,足以把云内外的大气层击穿,于是在云与地面或者云的不同部位,以及云块之间就会发生电荷中和,并激发出耀眼的闪光,这就是常见的闪电。

  事实上,在雷暴区高速运动的飞机加强了云中大气等电位面的畸变程度,从而出现了强电场,诱发了闪电的发生。

  当飞机通过云、降水或尘埃密集区时,在冻结温度附近,机体与云滴、降水粒子(雪花、冰晶、雨滴)摩擦而各得符号相反的电荷,这就是摩擦起电。云、降水或尘埃等粒子浓度越大,粒子带电量越大;飞机飞行速度越快,有效撞击面积越大,带电量也就越大。另外,飞机在环境电场中飞行时,飞机的金属表面也会因感应起电而带电,环境电场强度越强,飞机带电量也越大。

  电荷在飞机表面上的分布是不均匀的。飞机的尖锐、凸出部位电荷密度最大,与周围空气间的电位梯度也就特别大。就会在飞机的边缘部分发生电晕放电形式的电击穿,产生类似闪电的电火花,称为电晕放电。当飞机夜间或白天在浓密的云层中飞行时,就能看到电晕放电现象。电晕放电可持续若干秒,直到出现一个强烈的放电,发生打闪和爆炸声,静电干扰和电晕也就宣告结束。

  诱发闪电:在电场强度不够大的云体,一般不足以产生闪电。但是,如果云层厚密,电场强度分布又不均匀,在云的某些部位的电场强度就可能接近产生闪电的临界值。当飞机进入这种强电场时,电场强度会骤然增大,尤其在飞机突出部位(翼尖、空速管、天线等)电位梯度较大,可能诱发闪电,最初的电击穿最可能在这些部位发生。诱发闪电都会击中飞机,使飞机遭受损坏。

  此外,有些时候飞机遭雷击很蹊跷,即使穿过很淡的一块云但也会被雷击,权威解释与大气的纯净程度有很大关系,当空气脏、灰尘大,静电积累多,电荷难以释放,飞机也可能容易遭雷击。

  飞机遭雷击几乎都在突出的部位:雷达罩、机身前端、发动机吊舱、机翼翼尖小翼、水平安定面和方向舵尖部、机翼机身整流罩、各种天线等

  经验表明,飞机在云中,高度在10000ft到15000ft,在小雨和中度颠簸中和在0℃等温线附近,在雷暴云体之间或雷暴四易遭到雷击。

  飞机处于上述区域,可能会成为雷击中的一个导体。当飞机接近带电中心时,从云中出来的发展中的“先导”能使飞机受到感应而产生“闪流”。当飞机与云层的“先导”连通时,电荷便流过飞机,当“先导”与地面的“闪流”接通时,便形成回击柱。回击带有巨大的响声和高达20万安培以上的电流是造成飞机损伤的主要因素。

  放电刷是安装在飞机表面外型尖端部分,放电刷的阻抗应该比较大才正常(一般不大于25-50兆),尾端部有一个金属针用于放电;由于空气和其它杂质的摩擦,在机身上将产生静电电荷,通常电荷均匀分布在机身表面,但大气层也是一个电磁场,由于电磁场的作用,导致这些电荷集中到飞机外表比较尖顶、薄等边缘区域,如果没有放电刷的作用,在电荷积累到一定能量时将导致空气或云层水分子之间的击穿放电,也就是我们说的闪电现象。我们知道飞机外壳的铝合金是一种良好导体。当飞机遭遇雷击,电流会经由铝合金外壳扩散,一般不会对飞机构成严重影响。由于放电刷顶端还装了一个很小的金属针,带电电荷都集中到放电刷的顶端的金属针头上,如果飞行时飞机与空气摩擦产生的静电不断积累,飞机的放电刷就难以释放了。此时就非常容易导致与空气或云层中水分子之间的击穿放电,引起局部非常小能量的“雷击”效应(所谓的尖端放电);大家可能知道人在平原地带和山顶上比较容易遭雷击,其原理是一样的。此时就可能会产生我们通常说的雷击点了。

  雷击并非不可避免,也远非那么可怕,只要我们平时加强学习,不断熟练掌握危险天气的判断,雷达的使用;飞行前,认真准备,加强对天气预报和实况的研究,提前做好预想预防,心中有数;飞行中遵章守纪,谨小慎微,时刻牢记使命和安全,坚持“八该一反对”,发现不良天气,按照规定打开雷达,及时规避,就能远离雷击之殇,化险为夷。那么,有哪些手段和措施可以让我们远离雷击之殇?飞行中我们究竟该如何应对?请看轩辕机长《雷击之殇(二)》。(本文参考了刘志敏教员的部分内容,在此向刘教员表示感谢。)

  轩辕言民,男,1970年2月出生,山东济宁人,为轩辕氏山东分支第26世。中共党员,大学本科学历,曾飞过初教六、轰五、运七,B737,现为A320机长。创办微信公众号“指尖炫动,飞行无忧”(微信号:fxwy16)。


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