當(dāng)你行走在路上時(shí)飛機(jī)蒙皮有什么用，如果遇到雷電天氣該怎么辦？二話(huà)不說(shuō)，趕緊跑到建筑物里尋求庇護(hù)；那么當(dāng)你在路上開(kāi)車(chē)時(shí)，如果遇到雷電天氣又該如何呢？保持車(chē)窗關(guān)閉、不要觸碰任何金屬部件，坐在車(chē)?yán)锞桶踩?，因?yàn)橐坏┍婚W電擊中，電流會(huì)沿著汽車(chē)的外部金屬流動(dòng)并最終到土地爺爺那里去報(bào)到。

　　下面飛機(jī)蒙皮有什么用我們先聊聊閃電這個(gè)事情。閃電起因于空氣中的電荷，更直觀地說(shuō)就是云層中的電荷。最常見(jiàn)的閃電制造者就是積雨云，然而閃電也可能發(fā)生在沙塵暴期間、或是暴風(fēng)雪中，以及在火山噴發(fā)時(shí)的上部云層中，甚至晴天時(shí)也會(huì)電閃雷鳴，要不怎么有個(gè)成語(yǔ)叫“晴天霹靂”呢。

　　對(duì)于飛機(jī)飛行威脅比較大的是“云地閃電”和“云內(nèi)閃電”。前者是云與大地之間的雷電釋放，后者發(fā)生在雷暴云內(nèi)相鄰的正、負(fù)電荷區(qū)邊界處。

　　閃電的形成是一個(gè)復(fù)雜的物理過(guò)程。溫暖濕潤(rùn)的空氣在上升過(guò)程中冷卻，當(dāng)溫度達(dá)到露點(diǎn)時(shí)，多余的水蒸汽會(huì)凝結(jié)成水滴而形成云。當(dāng)它繼續(xù)升高到足以使溫度降至零下四十?dāng)z氏度的時(shí)候，水蒸汽開(kāi)始凍結(jié)成冰晶，冰晶大量聚集結(jié)成冰雹，冰雹會(huì)產(chǎn)生一些碎片，這些碎片攜帶正電荷，而剩下的冰雹帶有負(fù)電荷。云層中的垂直風(fēng)將這些碎片分散到云層上部，而較重的冰雹在下降過(guò)程中遇到溫暖的空氣會(huì)使一部分融化。因此云的上部取正電荷，而下部為負(fù)電荷，就這樣形成了電勢(shì)差。

　　我們還回到文章開(kāi)始的問(wèn)題，你想沒(méi)想過(guò)當(dāng)飛機(jī)在飛行中遇到閃電襲擊時(shí)，為什么坐在里面也是安全的？

　　飛機(jī)的外皮和地面上的金屬汽車(chē)是一個(gè)原理。當(dāng)閃電擊中飛機(jī)的一小部分時(shí)，電流沿著飛機(jī)的外表面流動(dòng)并最終消散在空氣中，并有可能在進(jìn)入和離開(kāi)的地方留下燃燒的痕跡。因此飛機(jī)的金屬外皮形成的一個(gè)“法拉第籠”是保護(hù)內(nèi)部不受閃電襲擊的根本原因。

　　如果你恰巧乘坐的是波音787或是空客350之類(lèi)的外皮主要由復(fù)合材料制成的現(xiàn)代飛機(jī)，那么嵌入到復(fù)合材料中的導(dǎo)電材料同樣可以完成鋁合金外皮的傳導(dǎo)電流的能力。

　　雖然復(fù)合材料的導(dǎo)電能力通過(guò)嵌入材料可以完成，但是其相比于金屬材料的飛機(jī)，對(duì)于閃電防護(hù)問(wèn)題還是非常重要的。它的危險(xiǎn)之處在于閃電產(chǎn)生的電流不會(huì)快速地通過(guò)復(fù)合材料表面消散，而電流可能會(huì)“滲透”到飛機(jī)的子結(jié)構(gòu)中，例如翼肋和翼梁。這可能會(huì)導(dǎo)致連接結(jié)構(gòu)上的電壓升高而產(chǎn)生電弧。此外，對(duì)于碳纖維復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，其電阻是鋁合金的1000倍，同樣的，作為碳纖維復(fù)合材料基體的環(huán)氧樹(shù)脂的電阻是鋁合金的100萬(wàn)倍。因此對(duì)于飛機(jī)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，如何有效防止機(jī)翼油箱區(qū)內(nèi)部產(chǎn)生電火花是設(shè)計(jì)的首要任務(wù)。

　　從飛機(jī)結(jié)構(gòu)上來(lái)看，閃電形成的電流如果從飛機(jī)表面進(jìn)入到內(nèi)部結(jié)構(gòu)，緊固件是首當(dāng)其沖的主要途徑。閃電電流與緊固件的接觸有以下兩種類(lèi)型：

　　1. 閃電直接擊中緊固件頭部

　　此時(shí)被擊中的緊固件會(huì)比周?chē)o固件承受更大的電流，這些電流會(huì)被傳遞到周?chē)慕Y(jié)構(gòu)中去。如果周?chē)Y(jié)構(gòu)是鋁合金，電流傳導(dǎo)會(huì)快一些并且不會(huì)在緊固件連接處產(chǎn)生電火花；如果周?chē)Y(jié)構(gòu)是碳纖維復(fù)合材料，因?yàn)榫o固件本身與結(jié)構(gòu)部件之間較高電阻率的原因，而使被擊中的緊固件承受比周?chē)o固件大得多的電流，進(jìn)而產(chǎn)生電火花噴射到油箱區(qū)域。

　　2. 閃電電流“流過(guò)”緊固件

　　此時(shí)閃電擊中飛機(jī)表面，電流流過(guò)緊固件，雖然相比于直接擊中緊固件而言會(huì)降低電流密度，但是它仍然足夠引起電火花。

　　解決復(fù)合材料閃電防護(hù)問(wèn)題的方法之一就是在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)外表面鋪設(shè)金屬網(wǎng)或金屬箔片。這種技術(shù)有助于保持閃電電流更加接近于飛機(jī)蒙皮的外表面，但并不會(huì)降低緊固件處產(chǎn)生電弧的風(fēng)險(xiǎn)。這是因?yàn)槿绻捎脵C(jī)械連接，就必須在復(fù)合材料上制孔來(lái)安裝緊固件，而鉆孔會(huì)對(duì)閃電電流的流動(dòng)通路產(chǎn)生破壞。

　　由此可見(jiàn)，如何在機(jī)翼油箱區(qū)域防止閃電引起的電火花點(diǎn)燃燃料系統(tǒng)，需要更加穩(wěn)妥的解決方式，通常在飛機(jī)設(shè)計(jì)階段會(huì)采用多層式的防護(hù)對(duì)機(jī)翼油箱進(jìn)行防閃電保護(hù)。下面我們來(lái)了解一些與緊固件相關(guān)的保護(hù)策略。

　　1. 緊固件“絕緣”

　　剛才講到了閃電電流與緊固件接觸，包括直接擊中和電流流過(guò)兩種類(lèi)型。對(duì)于所謂的緊固件“絕緣”方法，是將緊固件的頭部隔離，例如使用絕緣片來(lái)避免被閃電直接擊中，進(jìn)而降低緊固件處產(chǎn)生電火花的風(fēng)險(xiǎn)。

　　2. 使用襯套螺栓

　　帶襯套的螺栓是專(zhuān)為復(fù)合采用應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，“貼身”的套筒可以有效改善緊固件位置的導(dǎo)電能力和疲勞壽命。襯套在徑向擴(kuò)大的同時(shí)，在釘桿與復(fù)合材料之間形成干涉配合，最大限度地降低了復(fù)合材料開(kāi)孔處結(jié)構(gòu)損傷的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)檫@種干涉配合的形成，極大地降低了緊固件本身與結(jié)構(gòu)之間的間隙，因而也極大地減少了或者說(shuō)阻止了緊固件與內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生電弧的可能。

　　3. 電弧“密封”

　　這是一種在電弧與燃料區(qū)之間實(shí)施直接隔離的方式。最常見(jiàn)的方法是在緊固件的螺母?jìng)?cè)涂覆密封劑。需要說(shuō)明的是，密封劑本身不會(huì)減少電弧的產(chǎn)生，但是它可以起到隔離電弧和燃料的作用。

　　除了對(duì)機(jī)翼油箱區(qū)域進(jìn)行必要的保護(hù)以外，飛機(jī)上仍然有很多需要進(jìn)行閃電防護(hù)的地方。

　　首先，飛機(jī)上有非常多的電子設(shè)備和線(xiàn)纜，它們控制著引擎運(yùn)轉(zhuǎn)、飛機(jī)飛行以及客艙內(nèi)部的照明等。因此必須確保在遇到閃電的時(shí)候，瞬間不會(huì)有任何有害的電流破壞這些電子設(shè)備，要做好電子屏蔽、電流接地等保護(hù)措施。

　　其次，飛機(jī)的雷達(dá)罩包含雷達(dá)和其它飛行儀器，這里是一個(gè)需要特別注意的地方，因?yàn)槔走_(dá)罩不能使用導(dǎo)電的外殼，因此需要沿著天線(xiàn)罩的外表面安裝閃電分流條來(lái)進(jìn)行特殊的保護(hù)，分流條的作用就像高層建筑物上的避雷針。

　　以上從飛機(jī)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)的角度簡(jiǎn)單介紹了飛機(jī)是如何防雷擊的，在飛行過(guò)程中，如果想要飛得更安全，還是離不開(kāi)天氣預(yù)報(bào)以及具有良好飛行經(jīng)驗(yàn)的飛行員，對(duì)雷雨區(qū)的準(zhǔn)確判斷同樣至關(guān)重要。

　　本文完。

　　來(lái)自：西貝九日