正值雨季，飞机如何防雷电？

在炎热的夏日，暴雨无疑是最令人放松和赏心悦目的。这就是所谓的“长时间的风吹过地面来驱散炎热的夏季，而大雨在晚上会翻转天空来降温”。然而，雨不仅给人们带来清凉，而且经常伴随着恼人的雷声和闪电。当大气中某一部分的电荷和相应的电场强度过大时，空气就会被击穿形成闪电，这不仅威胁到地面上的人类活动，还会真正影响到天空中的飞行安全。

据统计，世界每秒钟将产生40至50次雷击，全年将产生14亿次雷击。固定航线上的飞机平均每年会遭遇一次雷击。在各种各样的飞机事故中，大约一半是由气象问题引起的，60%是由闪电引起的。

全球闪电分布(图像来源:美国航天局)

闪电对飞机有什么危害？

小朋友们一定会感到惊讶:闪电通常出现在大气对流层的积雨云中，而大型客机大多在平流层飞行。换句话说，即使闪电发生，它也位于飞机下面。为什么它还会撞上飞机？是的，飞机在平流层巡航时确实非常稳定。然而，飞机总是在起飞和着陆阶段穿过对流层，这不可避免地导致与闪电正面相遇。一旦飞机被闪电“热烈拥抱”，它通常会导致严重的飞行事故。

一架飞机平均每年被闪电击中一次(照片来源:www.thermofisher.com)

闪电对飞机造成损害的最直接表现是燃烧、侵蚀和结构变形。当闪电流过飞机机身时，它能在几微秒内传输巨大的能量，导致材料熔化或蒸发，损坏或扭曲零件。这真是“欢笑的时刻和灰烬的时刻”。如果在燃料口有易燃的油气混合物，情况会更糟。这时，很可能会发生点火。如果火焰不幸进入油箱，将导致严重的燃油爆炸。1978年12月，一架美国C-130运输机被闪电击中油箱，导致爆炸，飞机被摧毁并死亡。

除了可见的损坏，闪电经常在飞机周围形成变化的磁场，在飞机内部电路中产生感应电压和电流。我们知道现代飞机通常配备先进的电子和电气设备，如飞行控制系统，为了降低成本和重量，飞机结构越来越多地由复合材料制成。不用说，电子设备对电磁环境非常敏感。更糟糕的是，复合材料对雷电环境更为敏感，因为它们的电导率比金属低得多，而金属能吸收更多的能量，电磁屏蔽能力极其有限。由于一只看不见的巨手电磁效应的存在，闪电会干扰飞机的电子和电气设备，严重威胁飞行安全。

遭雷击后，飞机的水平安定面、方向舵和其他部件严重受损(照片来源:www.boeing.com)

如何应对雷击？

面对雷电，飞机能坐以待毙吗？当然不是。

对抗闪电最有效的方法是避开它。飞机上的天气雷达可以实时测量飞行环境，地面天气预报也可以帮助飞行员了解天气信息，使飞机尽可能远离强雷暴地区。然而，在河边行走时很难避免湿鞋。为了确保飞机和机载设备的安全，还必须进行防雷和电气设计。

在防雷设计中，油箱无疑是最重要的。为了防止燃料箱燃烧和爆炸，燃料系统安装在放电电弧直接附着的可能性非常低的区域。油箱及其可能带电的部件也被设计为低阻抗路径。这样，雷电流通过时产生的热量不会太大，并且在部件的间隙之间不会容易地形成电火花。类似地，飞机机架室以及蒙皮和结构室也被设计为低阻抗路径。这种对付闪电的方法可以用一个词来概括:引导。

闪电流流经飞机油箱的路径和可能的故障区域(照片来源:美国航天局)

一些小伙伴可能会想:“导电并不坏，但电流仍然存在于机身上。为什么不直接放电呢？别担心，飞机设计师早就想到了这一点。目前，放电刷安装在垂直稳定器、翼尖和其他从飞机表面伸出的位置，这将立即清除流过的电流，并将其释放到机身外部。然而，放电刷主要是针对飞行中的情况。当飞机停在地面上时，就该轮到避雷带了。避雷带通过与地面连接，将雷击电流传导到地面。

波音767机翼上的放电刷(照片来源:aerosavvy.com)

近年来，麻省理工学院的研究人员认为，“充电”飞机也能降低雷击的风险。研究发现，在雷击之前，带电的云层通常会首先使机身表面极化，导致飞机的一侧带更多正电荷，而另一侧带更多负电荷，从而形成双向电流。正是这股气流成为飞机雷击的罪魁祸首。因此，研究人员做了相反的事情，在飞机上安装了一个充电系统，它可以通过传感器感应机身和周围的电场，并在电场达到雷击临界值之前及时对反向电荷进行充电，从而杀死摇篮中的双向电流。

飞机上充电装置和传感器的分布(照片来源:参考[6号)

最后，必须说现代飞机的防雷技术是相当完善的。即使小伙伴在飞机上飞行时遭遇雷击，通常也只是意味着强烈的闪光和隆隆声，没有必要太担心。

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参考:

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