正值雨季：飞机如何防雷电？

炎炎夏日，一场豪雨无疑最令人心旷神怡，正所谓“长风卷地驱炎暑，暴雨翻空送晚凉”嘛。然而，雨水不但给人带来清凉，还常常伴有恼人的雷电。当大气中某部分的电荷及相应的电场强度过大时，便会击穿空气形成雷电，它不仅威胁地面上的人类活动，也着实影响天上的飞行安全。

据统计，全世界每秒钟会产生40至50次闪电，全年闪电发生次数可达14亿次，一架固定航线的飞机平均每年都会遭遇一次雷击。在飞机的各种空难事故中，源自气象问题的空难约占一半，而其中雷电致灾的占比更是高达60%。

全球闪电分布（图片来源：NASA）

雷电对飞机有何危害？

小伙伴们一定会感到奇怪：雷电通常发生于大气对流层的积雨云中，而大型客机大多在平流层飞行，换句话说，即使发生雷电，也是位于飞机下方，为何仍会击中飞机呢？没错，飞机在平流层巡航时确实十分安稳，然而，飞机在起飞和降落阶段总要穿越对流层，这时就难免与雷电狭路相逢了。飞机一旦被雷电“热情拥抱”，常会造成严重的飞行事故。

雷电给飞机带来的破坏，最直观的表现就是燃烧、熔蚀和结构变形。雷电电流在流经飞机机身时，几微秒内即可传送巨大能量，导致材料熔化或汽化，使部件损毁或扭曲，真正是“谈笑间，樯橹灰飞烟灭”。

如果燃油口存在易燃的油气混合物，情况还会更加糟糕，此时极有可能发生点燃现象，倘若火苗不幸窜入油箱，将导致剧烈的燃油爆炸。1978年12月，美国一架C-130运输机就曾因燃油箱遭到雷击，引起爆炸而机毁人亡。

除了肉眼可见的损伤外，雷电往往还会在飞机周围形成变化的磁场，在飞机内部电路中产生感应电压和电流。我们知道，现代飞机中普遍配有飞行控制系统等先进的电子电气设备，而且为降低成本和重量，飞机结构中越来越多地采用复合材料。电子设备自不必说，它们对电磁环境十分敏感。雪上加霜的是，复合材料由于导电率比金属低得多，不但能吸收更多能量，电磁屏蔽能力也极为有限，因而对雷电环境更加敏感。

正因为存在电磁效应这只无形巨手，雷电能够对飞机的电子电气设备进行干扰，严重威胁飞行安全。

雷电来袭，如何应对？

面对雷电的辣手摧花，难道飞机只能坐以待毙吗？当然不是。

对抗雷电，最有效的方法就是：躲避。飞机上的气象雷达可以实时勘测飞行环境，来自地面的气象预报也能帮助飞行员获知天气信息，从而使飞机尽量远离雷雨严重的区域。不过，常在河边走，难免不湿鞋，为保证飞机和机载设备的安全，还必须进行防雷电设计。

在雷电防护设计中，油箱无疑是重中之重。为避免油箱燃烧爆炸，燃油系统都被安置于放电电弧直接附着概率很低的区域。油箱及其内部可能带电的部件，也都被设计为低阻抗通路。如此一来，雷电电流在通过时生成的热量就不会过大，部件间隙之间也不易形成电火花。同理，飞机框架间，以及蒙皮与结构间，也都被设计成低阻抗通路。这一应对雷电的方法可以概括为一个字：导。

雷电电流流经飞机油箱的路径及可能引发故障的区域（图片来源：NASA）

有小伙伴或许会疑惑：“导”电固然不错，可电流仍存在于机身上，为何不直接将电放掉呢？别急，飞机设计师们早就想到了这一点。如今，在垂直安定面、翼尖等凸出飞机表面的位置都装有放电刷，它们会瞬间将流经的电流扫地出门，释放到机身外。不过，放电刷主要针对的是飞行时的情形，当飞机停放在地面时，就轮到避雷带出马了。避雷带通过与地面相接，能够将雷击电流导入大地。

近年来，美国麻省理工学院的研究者们认为，给飞机“充电”也可以降低其遭遇雷击的风险。研究发现，在遭遇雷击前，带电云层往往会首先使机身表面极化，导致飞机一侧带有更多正电荷，而另一侧则带有更多负电荷，进而形成双向电流。正是这股电流成了飞机引雷上身的罪魁祸首。于是，研究者们反其道而行之，给飞机装上一个充电系统，它能通过传感器感知机身及周围的电场，在电场达到雷击临界值前会及时充入反向电荷，从而将双向电流扼杀在摇篮里。

最后必须要说的是，现代飞机防雷电技术已相当完善，小伙伴们在乘坐飞机时，即使遇到雷击，通常也只意味着强闪光和轰隆声，不必过度担心。