当你行走在路上时，如果遇到雷电天气该怎么办？二话不说，赶紧跑到建筑物里寻求庇护；那么当你在路上开车时，如果遇到雷电天气又该如何呢？保持车窗关闭、不要触碰任何金属部件，坐在车里就安全了，因为一旦被闪电击中，电流会沿着汽车的外部金属流动并最终到土地爷爷那里去报到。

　　下面我们先聊聊闪电这个事情。闪电起因于空气中的电荷，更直观地说就是云层中的电荷。最常见的闪电制造者就是积雨云，然而闪电也可能发生在沙尘暴期间、或是暴风雪中，以及在火山喷发时的上部云层中，甚至晴天时也会电闪雷鸣，要不怎么有个成语叫“晴天霹雳”呢。

　　对于飞机飞行威胁比较大的是“云地闪电”和“云内闪电”。前者是云与大地之间的雷电释放，后者发生在雷暴云内相邻的正、负电荷区边界处。

　　闪电的形成是一个复杂的物理过程。温暖湿润的空气在上升过程中冷却，当温度达到露点时，多余的水蒸汽会凝结成水滴而形成云。当它继续升高到足以使温度降至零下四十摄氏度的时候，水蒸汽开始冻结成冰晶，冰晶大量聚集结成冰雹，冰雹会产生一些碎片，这些碎片携带正电荷，而剩下的冰雹带有负电荷。云层中的垂直风将这些碎片分散到云层上部，而较重的冰雹在下降过程中遇到温暖的空气会使一部分融化。因此云的上部取正电荷，而下部为负电荷，就这样形成了电势差。

　　我们还回到文章开始的问题，你想没想过当飞机在飞行中遇到闪电袭击时，为什么坐在里面也是安全的？

　　飞机的外皮和地面上的金属汽车是一个原理。当闪电击中飞机的一小部分时，电流沿着飞机的外表面流动并最终消散在空气中，并有可能在进入和离开的地方留下燃烧的痕迹。因此飞机的金属外皮形成的一个“法拉第笼”是保护内部不受闪电袭击的根本原因。

　　如果你恰巧乘坐的是波音787或是空客350之类的外皮主要由复合材料制成的现代飞机，那么嵌入到复合材料中的导电材料同样可以完成铝合金外皮的传导电流的能力。

　　虽然复合材料的导电能力通过嵌入材料可以完成，但是其相比于金属材料的飞机，对于闪电防护问题还是非常重要的。它的危险之处在于闪电产生的电流不会快速地通过复合材料表面消散，而电流可能会“渗透”到飞机的子结构中，例如翼肋和翼梁。这可能会导致连接结构上的电压升高而产生电弧。此外，对于碳纤维复合材料来说，其电阻是铝合金的1000倍，同样的，作为碳纤维复合材料基体的环氧树脂的电阻是铝合金的100万倍。因此对于飞机设计来说，如何有效防止机翼油箱区内部产生电火花是设计的首要任务。

　　从飞机结构上来看，闪电形成的电流如果从飞机表面进入到内部结构，紧固件是首当其冲的主要途径。闪电电流与紧固件的接触有以下两种类型：

　　1. 闪电直接击中紧固件头部

　　此时被击中的紧固件会比周围紧固件承受更大的电流，这些电流会被传递到周围的结构中去。如果周围结构是铝合金，电流传导会快一些并且不会在紧固件连接处产生电火花；如果周围结构是碳纤维复合材料，因为紧固件本身与结构部件之间较高电阻率的原因，而使被击中的紧固件承受比周围紧固件大得多的电流，进而产生电火花喷射到油箱区域。

　　2. 闪电电流“流过”紧固件

　　此时闪电击中飞机表面，电流流过紧固件，虽然相比于直接击中紧固件而言会降低电流密度，但是它仍然足够引起电火花。

　　解决复合材料闪电防护问题的方法之一就是在复合材料结构外表面铺设金属网或金属箔片。这种技术有助于保持闪电电流更加接近于飞机蒙皮的外表面，但并不会降低紧固件处产生电弧的风险。这是因为如果采用机械连接，就必须在复合材料上制孔来安装紧固件，而钻孔会对闪电电流的流动通路产生破坏。

　　由此可见，如何在机翼油箱区域防止闪电引起的电火花点燃燃料系统，需要更加稳妥的解决方式，通常在飞机设计阶段会采用多层式的防护对机翼油箱进行防闪电保护。下面我们来了解一些与紧固件相关的保护策略。

　　1. 紧固件“绝缘”

　　刚才讲到了闪电电流与紧固件接触，包括直接击中和电流流过两种类型。对于所谓的紧固件“绝缘”方法，是将紧固件的头部隔离，例如使用绝缘片来避免被闪电直接击中，进而降低紧固件处产生电火花的风险。

　　2. 使用衬套螺栓

　　带衬套的螺栓是专为复合采用应用而设计的，“贴身”的套筒可以有效改善紧固件位置的导电能力和疲劳寿命。衬套在径向扩大的同时，在钉杆与复合材料之间形成干涉配合，最大限度地降低了复合材料开孔处结构损伤的风险。因为这种干涉配合的形成，极大地降低了紧固件本身与结构之间的间隙，因而也极大地减少了或者说阻止了紧固件与内部结构之间产生电弧的可能。

　　3. 电弧“密封”

　　这是一种在电弧与燃料区之间实施直接隔离的方式。最常见的方法是在紧固件的螺母侧涂覆密封剂。需要说明的是，密封剂本身不会减少电弧的产生，但是它可以起到隔离电弧和燃料的作用。

　　除了对机翼油箱区域进行必要的保护以外，飞机上仍然有很多需要进行闪电防护的地方。

　　首先，飞机上有非常多的电子设备和线缆，它们控制着引擎运转、飞机飞行以及客舱内部的照明等。因此必须确保在遇到闪电的时候，瞬间不会有任何有害的电流破坏这些电子设备，要做好电子屏蔽、电流接地等保护措施。

　　其次，飞机的雷达罩包含雷达和其它飞行仪器，这里是一个需要特别注意的地方，因为雷达罩不能使用导电的外壳，因此需要沿着天线罩的外表面安装闪电分流条来进行特殊的保护，分流条的作用就像高层建筑物上的避雷针。

　　以上从飞机设计和结构的角度简单介绍了飞机是如何防雷击的，在飞行过程中，如果想要飞得更安全，还是离不开天气预报以及具有良好飞行经验的飞行员，对雷雨区的准确判断同样至关重要。

　　本文完。

　　来自：西贝九日