【科普知识】飞行员如何防范雷击?

时间:2015-10-09 来源:网络 作者:佚名 收藏到我的收藏夹
简介: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

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。

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