论文部分内容阅读
进入夏季，常伴有强雷暴天气，尽管现代飞机都具有防雷电设计，可一旦遭遇强雷闪电还是会严重危及飞行安全的。让人诧异的是，号称当今世界最先进的隐形战机F-35“闪电”居然也怕“闪电”。美国《防务新闻》周刊网站曾报道，尽管经常进行测试飞行，但F-35“闪电”II联合攻击战斗机却还是很容易受到作为它名字由来的“闪电”的袭击。从而出现F-35“闪电”II真的怕“闪电”的怪现象，一时间成为军界和媒体的笑谈。
众所周知，F-35“闪电”II是美国继F-22隐形战机后研发的另一款第五代战机，无论是采用新技术和预期的作战能力都是世界领先的，为什么这么先进的战机还有如此软肋呢？实际上并不只是F-35“闪电”II等战机怕闪电，而是所有的飞机都怕闪电，只不过是F-35“闪电”II在设计上存在明显缺陷，通过实验在研制过程提早发现了这一问题，并立即采取改进措施对“机载惰性气体生成系统”进行重新设计，这样可以将油箱内的氧气浓度维持在适当水平，以使该系统保护飞机发动机在遭遇闪电袭击时不发生爆炸。
F-35是由多国联合研制的，也是全球最先进和最昂贵的战机。为了获得巨额资金支持这一战机的研发，美国竭力向另外8个共同研制国推销并进行预订。但该项目因研制经费一再攀升，以及诸多技术问题等多种原因，使得该机交付时间一再推后，再加上怕闪电的重大缺陷，让这些国家萌生“退意”和不得不减少订单。为了保证研制过程中的飞行安全以及保住来之不易的订单，美国一方面加紧改进设计尽量弥补缺陷，另一方面在问题解决之前，要求F-35战斗机的试飞不允许在距离闪电发生区域25英里（约合40公里）的范围内进行。
雷电是一种强烈的天气现象，它主要是在强烈的对流，充沛的水汽和空气的扰动作用下而形成，发生时电闪雷鸣，并伴随着疾风暴雨，有时还出现冰雹。正常情况下，飞机都有防雷击设计，并能保证飞行安全。但在特殊情况下，飞机在飞行中遭受雷击事件也时有发生。飞机遭受雷击后，雷电产生强大电流，形成电磁场、光辐射、冲击波和电弧等，往往会给飞机造成重大损伤和损失，并给飞行安全带来严重威胁。
据有关媒体报道，飞机遭雷击的事件时常发生。1978年12月，美国一架C-130运输机在执行任务时，不幸飞入雷区并遭到雷击，强烈的闪电瞬间击中燃油箱，引起飞机爆炸，造成机毁人亡。1996年，美国一架B-2轰炸机在一次训练飞行中，飞至3000米高度时，被雷电击中，造成机翼表面损坏。2008年2月10日，一架载有百名乘客的美国大陆航空波音757客机，由纽约纽瓦克机场飞往英国盖特威克，在起飞不久遭闪电击中，机头雷达天线罩出现一个很大的裂缝和一个大洞，烧焦气味充斥机舱，所幸的是机内人员安然无恙，飞机急速下滑3000米，返回纽瓦克紧急迫降。2007年10月29日8时55分，我国一架从首都机场飞往昆明的国航CA4174次航班起飞后不久，在335米到457米之间的高空突然遭到雷击，飞机头前端雷达罩被雷击出一个50cmx50cm的洞，洞内焦黑。大约20分钟后返回首都机场紧急着陆，幸运的是机上百余人没有一人受伤。但并不是每架遭受雷击的飞机都那么幸运，2010年8月16日，一架客机在哥伦比亚圣安德烈斯岛降落时遭雷击坠毁，造成1人死亡，120人受伤，其中5人重伤，飞机机身断成3段，损毁严重。
由此可见，雷电给飞行安全造成的威胁和损失是相当大的。因此自飞机发明以来，人们就一直致力于解决飞机防雷击的问题。随着科学技术的不断进步，飞机的防雷击技术也在不断完善，特别是先进战机及大型民航客机，在设计初始就把防雷电问题作为一项重要的设计内容。
雷电对飞机的直接损害表现为结构变形、燃烧、溶蚀、爆炸等，雷电对飞机的放电还会引起电器、仪表及电子设备的损坏。因此，在飞机研制中，飞机的雷电防护在飞机的设计中占有极为重要的地位。现代飞机结构复杂并采用大量非金属，同时都趋向于采用电传操纵和自主导航设备，因此，飞机的防雷电问题是现代飞机研制中的一个重要课题。
从雷电的损伤机理来看，主要表现为两个方面：一个是物理效应。在雷击前阶段，飞机周围高电场的引发是来自飞机尖端部位的电子流，如果电子流经过有易燃油气混合物存在的燃油口，就有可能点燃油箱，从而导致油箱爆炸。在雷电的高峰值阶段，会在几微秒内传送大量能量，从而导致物质材料汽化，并造成飞机结构性破坏。在雷击的恒定电流阶段，会给飞机结构造成严重烧损和腐蚀性破坏。另一个是电磁效应。电磁效应指的是由电流或电压使机载设备遭受破坏或功能失常。雷电可以在电起爆装置及其发火线路等附件上感应出相当大的电流，单极屏蔽线虽然能够通过采用屏蔽和滤波的方法，把单极发火系统设计成在规定辐射环境中能保持安全和可靠使用，但是安全开关仍然易于因雷电电磁脉冲或其它形式的电磁干扰感应的大电流而发生电压击穿。对于双脚线电起爆装置来说，如果两导线因弯曲而造成的不对称，那么这种辐射场将对电路构成更大的威胁。
为了保证飞机在意外受到雷击时仍能安全飞行，通常在飞机设计时就充分考虑飞机对雷电的自身防护问题。在防雷击设计方面，主要集中在飞机结构、空速管系统、燃油系统、操纵系统、雷达罩、凸显部分、电爆装置等重要部位，进行专门的防护设计。除此之外，在研制过程中还要对飞机进行一系列严格的防雷电鉴定试验。但飞机的总体设计思想是基于防雷，而不是避雷。世界航空大国都为飞机的防雷电制定相应的标准和要求。美国联邦航空局（FAA）制定的联邦航空条例（FAR），其中FAR25.581声明，飞机一定能受到遭遇灾难级闪电后的保护。关于飞机的设备、系统及安装，需要在任何能预计的情况下发挥其功用。特别强调：“飞机在雷击后，无论其损坏部份是电机设备、电子仪器或结构上都不可以影响飞机继续安全性飞行。”我国航空工业部早在1987年就颁布了《飞机雷电防护要求及试验方法》，确立了飞机防雷电的行业标准。从总体要求来讲，飞机的设计要确保把飞机遭雷击后的损坏和损失减少到最小，并确保飞机在遭受雷击后继续飞行，安全着陆。所以世界各国无论是在进行军用战机还是民用飞机设计时，都会采取以下措施以确保飞机在雷击后的安全：1. 所有关键性的盖板在雷击后不会熔化。2. 在复合材料结构中加入避雷条，如雷达罩上装有放电条。3.飞机结构设计成良好的导通性（低电阻值），可以避免雷击时产生过热。4.采取屏蔽、对关键设备提供高等级保护，以及采取冗余技术（多套设备互为备份）等，以应对雷击产生的电磁干扰。5.安装密封性佳、防止火花引爆的结构油箱。
尽管先进飞机本身已经采取了相当完备的防雷措施，但要真正避免被雷击的事件发生，最有效的办法还是要尽可能避开雷雨区飞行，并严格执行绕飞雷雨区的有关规定。毕竟雷电的能量巨大和变幻无常，再好的防护措施也是有限度的。民航飞机可采用雷达预先了解雷电区域，并提前采取绕行措施避开雷雨区，可以大大减少无谓的风险。而战斗机由于任务特殊，有时难以回避，因此采取更为有效的防护措施才是保证飞机安全的最佳途径。
众所周知，F-35“闪电”II是美国继F-22隐形战机后研发的另一款第五代战机，无论是采用新技术和预期的作战能力都是世界领先的，为什么这么先进的战机还有如此软肋呢？实际上并不只是F-35“闪电”II等战机怕闪电，而是所有的飞机都怕闪电，只不过是F-35“闪电”II在设计上存在明显缺陷，通过实验在研制过程提早发现了这一问题，并立即采取改进措施对“机载惰性气体生成系统”进行重新设计，这样可以将油箱内的氧气浓度维持在适当水平，以使该系统保护飞机发动机在遭遇闪电袭击时不发生爆炸。
F-35是由多国联合研制的，也是全球最先进和最昂贵的战机。为了获得巨额资金支持这一战机的研发，美国竭力向另外8个共同研制国推销并进行预订。但该项目因研制经费一再攀升，以及诸多技术问题等多种原因，使得该机交付时间一再推后，再加上怕闪电的重大缺陷，让这些国家萌生“退意”和不得不减少订单。为了保证研制过程中的飞行安全以及保住来之不易的订单，美国一方面加紧改进设计尽量弥补缺陷，另一方面在问题解决之前，要求F-35战斗机的试飞不允许在距离闪电发生区域25英里（约合40公里）的范围内进行。
雷电是一种强烈的天气现象，它主要是在强烈的对流，充沛的水汽和空气的扰动作用下而形成，发生时电闪雷鸣，并伴随着疾风暴雨，有时还出现冰雹。正常情况下，飞机都有防雷击设计，并能保证飞行安全。但在特殊情况下，飞机在飞行中遭受雷击事件也时有发生。飞机遭受雷击后，雷电产生强大电流，形成电磁场、光辐射、冲击波和电弧等，往往会给飞机造成重大损伤和损失，并给飞行安全带来严重威胁。
据有关媒体报道，飞机遭雷击的事件时常发生。1978年12月，美国一架C-130运输机在执行任务时，不幸飞入雷区并遭到雷击，强烈的闪电瞬间击中燃油箱，引起飞机爆炸，造成机毁人亡。1996年，美国一架B-2轰炸机在一次训练飞行中，飞至3000米高度时，被雷电击中，造成机翼表面损坏。2008年2月10日，一架载有百名乘客的美国大陆航空波音757客机，由纽约纽瓦克机场飞往英国盖特威克，在起飞不久遭闪电击中，机头雷达天线罩出现一个很大的裂缝和一个大洞，烧焦气味充斥机舱，所幸的是机内人员安然无恙，飞机急速下滑3000米，返回纽瓦克紧急迫降。2007年10月29日8时55分，我国一架从首都机场飞往昆明的国航CA4174次航班起飞后不久，在335米到457米之间的高空突然遭到雷击，飞机头前端雷达罩被雷击出一个50cmx50cm的洞，洞内焦黑。大约20分钟后返回首都机场紧急着陆，幸运的是机上百余人没有一人受伤。但并不是每架遭受雷击的飞机都那么幸运，2010年8月16日，一架客机在哥伦比亚圣安德烈斯岛降落时遭雷击坠毁，造成1人死亡，120人受伤，其中5人重伤，飞机机身断成3段，损毁严重。
由此可见，雷电给飞行安全造成的威胁和损失是相当大的。因此自飞机发明以来，人们就一直致力于解决飞机防雷击的问题。随着科学技术的不断进步，飞机的防雷击技术也在不断完善，特别是先进战机及大型民航客机，在设计初始就把防雷电问题作为一项重要的设计内容。
雷电对飞机的直接损害表现为结构变形、燃烧、溶蚀、爆炸等，雷电对飞机的放电还会引起电器、仪表及电子设备的损坏。因此，在飞机研制中，飞机的雷电防护在飞机的设计中占有极为重要的地位。现代飞机结构复杂并采用大量非金属，同时都趋向于采用电传操纵和自主导航设备，因此，飞机的防雷电问题是现代飞机研制中的一个重要课题。
从雷电的损伤机理来看，主要表现为两个方面：一个是物理效应。在雷击前阶段，飞机周围高电场的引发是来自飞机尖端部位的电子流，如果电子流经过有易燃油气混合物存在的燃油口，就有可能点燃油箱，从而导致油箱爆炸。在雷电的高峰值阶段，会在几微秒内传送大量能量，从而导致物质材料汽化，并造成飞机结构性破坏。在雷击的恒定电流阶段，会给飞机结构造成严重烧损和腐蚀性破坏。另一个是电磁效应。电磁效应指的是由电流或电压使机载设备遭受破坏或功能失常。雷电可以在电起爆装置及其发火线路等附件上感应出相当大的电流，单极屏蔽线虽然能够通过采用屏蔽和滤波的方法，把单极发火系统设计成在规定辐射环境中能保持安全和可靠使用，但是安全开关仍然易于因雷电电磁脉冲或其它形式的电磁干扰感应的大电流而发生电压击穿。对于双脚线电起爆装置来说，如果两导线因弯曲而造成的不对称，那么这种辐射场将对电路构成更大的威胁。
为了保证飞机在意外受到雷击时仍能安全飞行，通常在飞机设计时就充分考虑飞机对雷电的自身防护问题。在防雷击设计方面，主要集中在飞机结构、空速管系统、燃油系统、操纵系统、雷达罩、凸显部分、电爆装置等重要部位，进行专门的防护设计。除此之外，在研制过程中还要对飞机进行一系列严格的防雷电鉴定试验。但飞机的总体设计思想是基于防雷，而不是避雷。世界航空大国都为飞机的防雷电制定相应的标准和要求。美国联邦航空局（FAA）制定的联邦航空条例（FAR），其中FAR25.581声明，飞机一定能受到遭遇灾难级闪电后的保护。关于飞机的设备、系统及安装，需要在任何能预计的情况下发挥其功用。特别强调：“飞机在雷击后，无论其损坏部份是电机设备、电子仪器或结构上都不可以影响飞机继续安全性飞行。”我国航空工业部早在1987年就颁布了《飞机雷电防护要求及试验方法》，确立了飞机防雷电的行业标准。从总体要求来讲，飞机的设计要确保把飞机遭雷击后的损坏和损失减少到最小，并确保飞机在遭受雷击后继续飞行，安全着陆。所以世界各国无论是在进行军用战机还是民用飞机设计时，都会采取以下措施以确保飞机在雷击后的安全：1. 所有关键性的盖板在雷击后不会熔化。2. 在复合材料结构中加入避雷条，如雷达罩上装有放电条。3.飞机结构设计成良好的导通性（低电阻值），可以避免雷击时产生过热。4.采取屏蔽、对关键设备提供高等级保护，以及采取冗余技术（多套设备互为备份）等，以应对雷击产生的电磁干扰。5.安装密封性佳、防止火花引爆的结构油箱。
尽管先进飞机本身已经采取了相当完备的防雷措施，但要真正避免被雷击的事件发生，最有效的办法还是要尽可能避开雷雨区飞行，并严格执行绕飞雷雨区的有关规定。毕竟雷电的能量巨大和变幻无常，再好的防护措施也是有限度的。民航飞机可采用雷达预先了解雷电区域，并提前采取绕行措施避开雷雨区，可以大大减少无谓的风险。而战斗机由于任务特殊，有时难以回避，因此采取更为有效的防护措施才是保证飞机安全的最佳途径。