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飞行员如何防范雷击?

来源:民航资源网 作者: 通讯员李凯 2015-09-06 14:47:12

专业分类飞行

  

  提到雷雨,不得不说说自然界中的雷电。闪电是雷雨云体内各部分之间或云体与地面之间,因带电性质不同形成很强的电场的放电现象。由于闪电通道狭窄而通过的电流太多,这就使闪电通道中的空气柱被烧得白热发光,并使周围空气受热而突然膨胀,其中云滴也会因高热而突然汽化膨胀,从而发出巨大的声响--雷鸣。雷鸣的速度并非普通声音在空气中传播的速度,而是以冲击波的形式产生,远快于普通声音传播速度。在云体内部与云体之间产生的雷为高空雷;在云地闪电中产生的雷为“落地雷”。

  雷是云层放电时发出的响声。雷与闪电是完全不同的两个自然现象,一个指声音,是听的;一个指形象,是看的。绝大多数时候同时出现。

  人们对自然雷击现象进行了长期研究、测量后指出:雷击是高密度正、负空间电荷集中区边界上的放电现象。雷击一般由起始高电流脉冲、持续电流和高电流反复脉冲组成。雷击开始时是一个高电流脉冲,已经记录到的峰值电流达200kA,一般情况电流上升率为10kA/μs,但有20%的雷击,其电流上升率高达20kA/μs;持续电流出现在起始脉冲之后,一般情况电流从数千至数万安培,持续时间为1~2s,放电量可达500C。每次雷击后均有反复脉冲,平均有4次,个别高达40次,其最大峰值电流无规律性,但有超过200kA的情况。自然雷击的电压可高达2.0MV。正、负空间电荷集中区的位置分布与云层高度有关,在距地面高度3km以下的云层中,正、负空间电荷位于同一高度上,而在高度为3~8.8km的空间,正、负空间电荷集中区上下配置,正的在上,负的在下。正、负空间电荷集中区的范围,据记录其直径达2km。

  可见雷击这种自然界的是伴随着巨大的能量释放的,所以对我们的生产生活有很大的影响。雷击的防护一直是飞行安全防范的重中之重。

  那么雷击对飞机的影响究竟有多少呢?我们又得如何防范雷击呢?

  一、我们先来看一下雷击对飞机的损伤特点和形式

  雷击损伤会表现出过热烧蚀的外观,由于有些区域涂有黑色的导电漆,可以观察黑色区域周边的面漆层是否变色,雷击会使损伤周围面漆也呈黑褐色。

  1、对于飞机的金属结构。对于机身结构,雷击可能产生从前到后大致排成一行的雷击点,发现一处雷击后,可顺着从前往后找,明显的标志就是结构表面过热变色。由于雷击会产生高温,可能会改金属的热处理性能,使其内部金相结构改变,可以通过测试硬度和导电率(涡流)的方法来测试其热处理状况是否改变(大面积区域烧蚀损伤时候)。

  一般金属结构雷击损伤有以下特征:

  a)金属表面的漆层会由于高温颜色变黑,鼓泡、脱落。

  b)金属表面会会出现凹坑、突起、或者小圆孔,呈熔融状。

  c)蒙皮搭接处或口盖处边缘材料可能会丢失、缺损。

  d)蒙皮上的紧固件头部有小坑或突起,呈熔融状。

  e)金属导电条部分缺失,或变形翘起。

  2、对于复合材料结构,雷击通常造成分层,或表层穿孔,烧蚀,雷击区域呈黑色。复合材料结构雷击,需要用敲击法或NDT检测分层,以确定损伤区域,分层的损伤不易发现且可能范围很大。


  据统计各种可能的雷击点,可以在飞机上分成以下不同的区域:(如上图)

  区域1:该区域的飞机表面是最易受到雷击的(进口和出口);

  区域2:该区域的飞机表面是最易受到从区域1开始的雷击扫荡的;

  区域3:包括除区域1和2以外的所有飞机表面,受到雷击的可能性较低。但是该区域仍然被两个雷击点(进和出)的电流穿过。

  区域1和区域2根据雷击的持续时间可以进一步的分为“A”和“B”两个子区域。“A”子区域产生雷击电弧的可能性较低,而“B”子区域产生电弧的可能性较高。

  区域1A:是指该子区域内雷击产生电弧的可能性较低,比如雷达罩的静电带或发动机吊舱的边缘、皮托管附近;

  区域1B:产生电弧的可能性较高,比如大翼、水平安定面、翼尖等及其后缘;

  区域2A:由于“sweptstroke”而产生电弧的可能性较低,比如发动机后部,整个机身表面、机翼表面的弦中点附近区域等;

  区域2B:由于“sweptstroke”而产生电弧的可能性较高,比如区域2A的机翼后缘。

  注释:sweptstroke:由于在空中飞机是朝前飞行的,那么每一次雷击都是沿着机身或发动机吊舱向后走的,因此往往会留下多个雷击点,这种情况叫做“Sweptstroke”。

  二、常见的雷击损伤实例:

  1、雷击造成机身蒙皮漆层烧掉,需要重新涂漆。

  2、雷击造成紧固件头部损坏,需要更换紧固件。

 

  3、B-5561反推外侧蒙皮雷击,明显分层,向外鼓出。分层区域远大于雷击烧蚀区。


  4、B-5561反推外侧蒙皮雷击,只是表层损伤,敲击无分层。


  5、B-5561反推后缘蒙皮雷击

 

  6、B-2962上机身顶部雷击形成凹坑,周围漆层变色,呈黑褐色。


  7、B-5348方向舵雷击复合材料在紧固件处起毛、烧蚀。

 

  8、B-5350翼尖小翼尖端雷击金属铝条烧蚀,局部材料丢失。

 

  9、B-5537翼尖小翼后缘雷击需要打磨掉鼓泡的漆层,确认漆面下深度。


  10、B-2962左水平安定面翼尖后缘雷击,放电刷烧蚀,后缘导电条局部材料丢失。


  11、B-5207垂直安定面雷击,放电刷烧蚀,需要更换。


  12、B-2962雷达罩雷击。


  13、静压孔处雷击,表面烧蚀形成凹坑。


   14、B-5351机身雷击,在机身处常常形成从前到后一列雷击点,所以发现机身雷击点后,需要检查前后是否还有雷击点。


  在铆钉头上有烧蚀成圈型的,有点状的,还有一侧烧蚀的。损伤区域都会变色,包括周边的面漆也会不同程度的变黄发黑。

  15、B-5119雷击在机身蒙皮板接缝处产生的损伤,多表现为蒙皮边缘部分材料丢失。损伤周边的面漆发黄,而风蚀造成的局部材料丢失,损伤周围面漆颜色不会变黄。


  16、B-5119雷击在前舱门处产生的损伤。漆层脱落,露出复合材料层,损伤周边的面漆发黄,如果是其他机械磨损导致的漆层脱落,损伤周围面漆的颜色不会变黄。


  三、如何避免雷击

  1、飞行前,机长应带领机组与飞行签派员依据根据气象情报,特别是最近的天气报告和预报,分析雷雨的性质、强度、范围、发展趋势、移动方向和速度等因素,并结合航路限制区域,地形特点,选择绕飞雷雨区的航线和备降机场,共同研究决定航班的飞行方案。

  2、合理并充分利用机载设备

  尽可能的借助气象雷达,来协助机组判别雷暴以及雷雨天气,进行合理有效的避让。

  3、提前判断,避让雷雨区

  航空史已有100多年,飞机在防雷方面的技术也在不断发展,但是避让雷区一直是最优的选择。现代客机上都装有气象雷达,雷达会给我们的飞行员提供一份准确的“雷达地图”,领航员通过这份地图,就可以精准的知道雷暴发生的情况,保证飞机按安全的航向飞行。其次,地面气象预报会与空中紧密配合,协助飞行员随时了解天气情况。雷暴一般都发生在对流层,飞机在一万米以上高空飞行时,如果遇到雷雨区,飞行员可以操纵飞机,从容躲避。所以飞机一般遭受雷击的现象主要在起飞和降落阶段。禁止飞机飞入积雨云或浓积云中。

  4、绕飞避让雷雨讲究方式方法

  我们本着将每一次雷雨都按危险天气看待的原则,起飞前打开气象雷达,观测起飞离港路径提前做好绕飞计划并尽早通知ATC。

  飞行中遇到雷雨时,机长必须判明雷雨的强度、范围、移动方向、云底和云顶的高度,决定绕飞或者返航。尽量选择绕飞雷暴,避免直接从雷暴上方飞越。在飞越雷暴的过程中,将雷达仰角调至向下以便及时发现被云团遮盖的强烈雷暴。

  绕飞尽可能选择从雷雨的上风方向绕飞,尽早报告ATC并获得许可。虽然雷暴周围的任何方向上都可能有强烈的乱气流和冰雹的存在,但是强风和冰雹在雷暴的下风侧出现的机率最大。在下风方向绕飞尽可能绕开雷暴顶端的层云和层积云。尽管机载雷达上可能没有或仅有很弱的回波,但这些云层可能藏有冰雹。在0度等温线附近应增加绕飞距离。

  在雷暴的锥体下飞行时,会有极大的可能性遭遇冰雹。冰雹通常是从锥体落下,或从锥体中被旋转甩出到雷暴的外侧,甚至在雷暴下风侧20海里处还有可能遭遇冰雹。

  在不能保持推荐的与雷暴的最小距离的情况下,必须注意以下事项:

  绕开雷暴顶端的层云和层积云的下风侧。尽管机载雷达上可能没有或仅有很弱的回波,但这些云层可能藏有冰雹。

  如果空中管制的指令造成或可能导致飞机进入补安全的天气情况,机长应该及时通知空管部门并要求改变飞行航路,必要时,机长有权使用紧急情况下的处置权以规避或脱离危险天气。

  在雷暴范围内飞行时应时刻注意突然遭遇强颠簸的危险。

  在降落站区域或在净空条件不良的区域绕飞,要注意自己的位置与安全高度,综合利用地面和机载导航设备,严禁低于安全高度飞行。

  总之,严格绕飞标准,严格标准程序操作,正确使用气象雷达,将雷击可能降低到最小,确保安全飞行。

  (山东航空公司飞行一大队 李凯 撰写;山东航空公司飞行一大队 吴新民 投稿)

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