電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)-航空器防雷保護(hù)技術(shù)綜述(含外文翻譯)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　航空器防雷保護(hù)技術(shù)綜述</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p>　　航空器防雷保護(hù)技術(shù)綜述</p><p>&

3、lt;b>　　摘要</b></p><p>　　隨著人們生活水平的提高，越來越多的人選擇乘坐飛機(jī)出行，由于飛機(jī)不像陸地上的交通工具，需要在空中飛行，所以飛機(jī)的安全問題是重中之重。</p><p>　　雷電是一種危險(xiǎn)的自然現(xiàn)象，隨時(shí)隨地都可能發(fā)生，但是到目前為止還沒有一種技術(shù)能夠防止飛機(jī)遭受雷擊。飛機(jī)遭受雷擊后產(chǎn)生強(qiáng)大的雷電流，它嚴(yán)重的威脅飛行的安全和人身安全。本文介紹了雷

4、電的產(chǎn)生、分類、過程及其參數(shù)，分析了雷電對(duì)飛機(jī)造成的危害，飛機(jī)機(jī)身上易遭雷擊部位的劃分，對(duì)機(jī)身各個(gè)部位，各個(gè)零件的影響，并論述了飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)為雷電流提供低阻抗的通路。對(duì)雷擊放電敏感的部位和部件，必須根據(jù)自身的重要性采取適當(dāng)?shù)睦纂姺雷o(hù)措施，以盡可能減少雷電對(duì)飛機(jī)的損害。</p><p>　　最后介紹了為確保雷電防護(hù)措施的可靠性而進(jìn)行的驗(yàn)證試驗(yàn)方法。</p><p>　　關(guān)鍵詞 航空器；雷

5、電；損傷機(jī)理；防護(hù)設(shè)計(jì)；鑒定試驗(yàn)</p><p>　　The research of Aircraft lightning protection technology</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the improvement of people’s living standard, mo

6、re and more people choose to travel by plane. The plane is not like land transportation. Need to fly in the air, so the security problem of the plane is the top priority.</p><p>　　Lighting is a dangerous nat

7、ural phenomenon. Anytime and anywhere may happens , but so far no technique can prevent aircraft from being destroyed by lighting. The plane after shock produced powerful lightning current, it serious threat of flight sa

8、fety and security of person. This paper introduces the generation of lightning, classification, process and characteristics. The analysis of the harm caused by lightning. The aircraft fuselage are bad, the division of th

9、e lightning parts. the influence </p><p>　　Eventually demonstration test means that assure reliability of measure for lightning protection is presented.</p><p>　　Keywords: aircraft; thunder; dam

10、age mechanism; protective design; qualification test</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1<

11、/b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 中外航空器防雷保護(hù)研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 課題研究的意義2</p><p>　　1.4 本文主要內(nèi)容2</p><p>　　第2章 雷電的基本原理4</p><p>　　2.1 雷電的概念

12、4</p><p>　　2.2 雷電的分類5</p><p>　　2.3 雷電的過程5</p><p>　　2.3.1 初次擊穿時(shí)期7</p><p>　　2.3.2 高峰值電流時(shí)期9</p><p>　　2.3.3 持續(xù)電流時(shí)期10</p><p>　　2.3.4 再次擊穿時(shí)期1

13、0</p><p>　　2.4 雷電性能數(shù)據(jù)10</p><p>　　2.5 電閃頻譜12</p><p>　　2.6 雷電效應(yīng)12</p><p>　　2.6.1 機(jī)械和熱效應(yīng)12</p><p>　　2.6.2 電效應(yīng)13</p><p>　　第3章 飛機(jī)防雷原理的介紹16<

14、;/p><p>　　3.1 大型客機(jī)雷擊區(qū)域劃分16</p><p>　　3.2 雷電擊對(duì)飛行器的影響17</p><p>　　3.2.1 金屬飛機(jī)的雷電直接效應(yīng)18</p><p>　　3.2.2 非金屬材料的直接效應(yīng)18</p><p>　　3.2.3 雷電對(duì)飛機(jī)的各種直接效應(yīng)20</p>&l

15、t;p>　　3.3 飛機(jī)防雷原理24</p><p>　　3.3.1 飛機(jī)在空中的防雷25</p><p>　　3.3.2 飛行器停泊時(shí)防雷27</p><p>　　3.4 飛行器防雷擊設(shè)計(jì)要求28</p><p>　　3.4.1 結(jié)構(gòu)28</p><p>　　3.4.2 空速管系統(tǒng)28</p&

16、gt;<p>　　3.4.3 燃油系統(tǒng)29</p><p>　　3.4.4 操縱系統(tǒng)29</p><p>　　3.4.5 雷達(dá)罩29</p><p>　　3.4.6 突出物30</p><p>　　3.4.7 電爆裝置31</p><p>　　3.4.8 玻璃纖維機(jī)翼緣中的導(dǎo)航燈31</

17、p><p>　　第4章 鑒定試驗(yàn)32</p><p>　　4.1 全尺寸部件附著點(diǎn)試驗(yàn)32</p><p>　　4.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2</p><p>　　4.1.2 實(shí)驗(yàn)波形32</p><p>　　4.2 結(jié)構(gòu)的直接效應(yīng)試驗(yàn)33</p><p>　　4.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3<

18、/p><p>　　4.2.2 實(shí)驗(yàn)波形33</p><p>　　4.3 燃油蒸氣點(diǎn)火的直接效應(yīng)試驗(yàn)33</p><p>　　4.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3</p><p>　　4.4 電暈和流光的直接效應(yīng)試驗(yàn)34</p><p>　　4.4.1 試驗(yàn)?zāi)康?4</p><p>　　4.4.2 試驗(yàn)

19、波形34</p><p>　　4.5 外部電氣電子設(shè)備的間接效應(yīng)試驗(yàn)34</p><p>　　4.5.1 試驗(yàn)?zāi)康?4</p><p>　　4.5.2 試驗(yàn)波形34</p><p><b>　　結(jié)論36</b></p><p><b>　　致謝37</b><

20、/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)38</b></p><p><b>　　附錄A40</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　課題背景</b></p><p>　　閃電是一種高電壓和大電流的自

21、然放電現(xiàn)象，在地球的大氣層中，平均每天發(fā)生約800 萬次閃電。由雷擊引起的飛行事故也時(shí)有發(fā)生，1969年美國阿波羅12 號(hào)宇宙飛船在發(fā)射升空時(shí)遭到雷擊；1988 年越南一架客機(jī)在曼谷上空遭雷擊，76人遇難；2000年我國武航一架飛機(jī)在降落時(shí)遭雷擊，51 人遇難。通常一架固定航線的飛機(jī)，平均每年要遭到一次雷擊。據(jù)2009 年統(tǒng)計(jì)，過去57 年發(fā)生過18 起有報(bào)告的雷擊引起災(zāi)難性事故，至少714 人遇難。為了提高飛機(jī)的綜合性能，現(xiàn)代大型客機(jī)

22、越來越多地使用了先進(jìn)復(fù)合材料、電子電氣設(shè)備和系統(tǒng)，它們對(duì)外部電磁環(huán)境的敏感程度要高得多，因而遭到雷擊時(shí)損失更大。目前我國正研制大型客機(jī)，為保證大型客機(jī)及機(jī)載設(shè)備的安全，必須對(duì)防雷擊設(shè)計(jì)與試驗(yàn)進(jìn)行研究。</p><p>　　中外航空器防雷保護(hù)研究現(xiàn)狀</p><p>　　Ⅰ 我國雷電防護(hù)研究</p><p>　　自1994年以來，由于我國航空工業(yè)的快速發(fā)展，開始研制飛

23、機(jī)雷電防護(hù)實(shí)驗(yàn)裝置，先后開展過運(yùn)七、運(yùn)八、殲八、直十一等各類飛機(jī)、直升機(jī)的改型及其他新型號(hào)的雷電防護(hù)實(shí)驗(yàn)研究。為我國飛機(jī)大量采用先進(jìn)的復(fù)合材料和先進(jìn)的電器電子系統(tǒng)提供了大量重要的技術(shù)數(shù)據(jù)和圖片資料，使國產(chǎn)飛機(jī)的防雷性能得到了極大提高。合肥航太電物理技術(shù)研究所，建成我國內(nèi)首臺(tái)飛行器雷電防護(hù)試驗(yàn)裝置，并成功地完成了多項(xiàng)國家急需的飛行器雷電防護(hù)試驗(yàn)研究課題，在Y7-200A型飛機(jī)雷電防護(hù)實(shí)驗(yàn)中，其雷達(dá)罩雷電防護(hù)性能取得了重要數(shù)據(jù)，并提出了改進(jìn)

24、方案；2007年合肥航太簡稱與國際水平相當(dāng)?shù)拇笮惋w機(jī)雷電實(shí)驗(yàn)室，中國首架支線客機(jī)在此成功接受首次雷電安全性實(shí)驗(yàn)；沈陽飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所進(jìn)一步完善了飛機(jī)雷電防護(hù)設(shè)計(jì)的鑒定試驗(yàn)中索要注意的問題；中航工業(yè)哈爾濱飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)在飛機(jī)復(fù)合材料構(gòu)件的防雷擊保護(hù)研究中取得了重大進(jìn)展。</p><p>　?、?美國對(duì)飛機(jī)雷擊的研究</p><p>　　1977年美國國家運(yùn)輸安全委員會(huì)（National Tran

25、sportation Safety board NTSB）向美國民用飛機(jī)管理部門、制造商以及政府研究部門提出要關(guān)注飛機(jī)遭受雷擊問題，在國家航空航天管理局總部的積極支持下，Langly研究中心承擔(dān)了該項(xiàng)研究任務(wù)。1978年Langly先在一架雙水獺飛機(jī)DHC-6上進(jìn)行試驗(yàn)，開始只在雷雨邊界區(qū)飛行，在1980年國家飛機(jī)安全會(huì)議上提出了初步報(bào)告。首先得出了雷擊與飛行中飛機(jī)產(chǎn)生的紊流沒有多大關(guān)系的結(jié)論。接著又用一架F106-B進(jìn)行改裝．稱之為N

26、ASA F106-B，將電磁受感器裝在飛機(jī)各處；將帶有屏蔽的記錄系統(tǒng)裝在武器艙內(nèi)，并配備錄相，照相設(shè)備以記錄雷擊時(shí)瞬間的電磁波變化和閃光情況；武器艙并裝有記錄雷擊時(shí)大氣模型的設(shè)備；安裝一個(gè)用復(fù)合材料制造的垂直尾翼，其他座艙蓋、進(jìn)氣道、機(jī)翼即仍然保持原合金結(jié)構(gòu)，以減少雷擊危害。</p><p>　　DHC-6和F106-B的試驗(yàn)是在俄克拉馬州和弗吉尼亞州地面基地的合作，以及國家海洋大氣管理局（NOAA）、國家暴雷雨

27、（Severe National Strom）試驗(yàn)室以及NASA的wallop飛行設(shè)計(jì)部門的配合和LTI（Lightning Technologies Inc.）的參與下進(jìn)行的。先在地面進(jìn)行有關(guān)模擬試驗(yàn)，然后上天在機(jī)上照相機(jī)和地面雷達(dá)的配合下進(jìn)行飛行。為了試驗(yàn)中的安全，飛機(jī)安裝了防止電流沖擊的保護(hù)設(shè)備，對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行了屏蔽。并將JP-5汽油代替容易揮發(fā)的JP-4汽油，1983年開始將表面脫漆，以減少電流在結(jié)構(gòu)上的停留時(shí)間和蒙皮局部熔化。

28、</p><p>　　該飛機(jī)在雷電季節(jié)在雷雨區(qū)飛行了1496次，其中714次經(jīng)受過雷擊，發(fā)現(xiàn)F106-B垂尾后上方和蒙皮搭縫不嚴(yán)處有燒蝕點(diǎn)。結(jié)論中比較明朗的如：復(fù)合材料外層結(jié)構(gòu)中應(yīng)考慮材料金屬化，例如將細(xì)金屬絲鑲?cè)颂祭w維蒙皮；以及蒙皮之間應(yīng)避免縫隙和油箱艙的密封等。</p><p><b>　　課題研究的意義</b></p><p>　　雷電能

29、量和雷電電磁脈沖使得飛行事故時(shí)有發(fā)生，這些事故大多是災(zāi)難性的，它嚴(yán)重影響著航空航天的安全[1]。在現(xiàn)代航空航天技術(shù)發(fā)展中，為減輕飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量和提高飛機(jī)測控系統(tǒng)性能而飛速發(fā)展起來的復(fù)合材料技術(shù)和微電子測控技術(shù)，對(duì)雷電更敏感，遭到雷擊時(shí)損失更大。因此，在現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)中，飛機(jī)的雷電防護(hù)性能指標(biāo)已是其常規(guī)設(shè)計(jì)指標(biāo)，這已為國際航空界所公認(rèn)[2]。</p><p>　　本文分析了雷電造成的危害，并論述了飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)該為雷電

30、流提供低阻抗的通路。對(duì)于對(duì)雷擊放電敏感的部位和部件，必須根據(jù)其自身的重要性采取適當(dāng)?shù)睦纂姺雷o(hù)措施，以盡可能減少雷電對(duì)飛機(jī)的損害。</p><p><b>　　本文主要內(nèi)容</b></p><p>　　第一章 緒論 主要介紹了當(dāng)今國內(nèi)外對(duì)航空器防雷保護(hù)的研究成果和課題研究的意義，雷電對(duì)航天航空活動(dòng)及設(shè)備的影響，并提出了課題研究在民用飛機(jī)防雷保護(hù)研制生產(chǎn)中的實(shí)際意義和應(yīng)用

31、前景。</p><p>　　第二章 雷電的基本原理 主要介紹了雷電的概念、分類、過程及雷電的性能數(shù)據(jù)和電閃的頻譜，雷電的機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)以及電效應(yīng)。提出了雷電防護(hù)的基本考慮要點(diǎn)。本章重點(diǎn)描述了雷電的過程極其各個(gè)階段的特征，以及在設(shè)計(jì)時(shí)在雷電防護(hù)方面考慮的主要方面的內(nèi)容，這位實(shí)驗(yàn)研究雷電直接效應(yīng)和間接效應(yīng)打下了基礎(chǔ)，試驗(yàn)階段就利用雷電模型來模擬雷電發(fā)生環(huán)境及發(fā)生的各個(gè)階段對(duì)客機(jī)的影響，得到第一手?jǐn)?shù)據(jù)，從而找出應(yīng)對(duì)辦

32、法。</p><p>　　第三章 飛機(jī)防雷原理介紹 按理論分析了雷電主要附著區(qū)域的劃分，綜述了雷電對(duì)飛行器的直接效應(yīng)，在飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮這些危害。對(duì)比了金屬飛機(jī)和復(fù)合材料在雷電直接效應(yīng)上的差異，分析了雷電直接效應(yīng)對(duì)各種復(fù)合材料的影響，并對(duì)燃油系統(tǒng)、電力系統(tǒng)和推進(jìn)系統(tǒng)等關(guān)鍵部位的雷電危害機(jī)理及危害程度進(jìn)行了全面分析，可為飛機(jī)雷電防護(hù)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)提供參考。飛機(jī)防雷保護(hù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)為雷電流提供低阻抗的通路，所以本章

33、從這個(gè)角度對(duì)客機(jī)的各個(gè)部位，各個(gè)零件提出了設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　第四章 介紹了為確保雷電防護(hù)措施的可靠性而進(jìn)行的驗(yàn)證試驗(yàn)方法和鑒定實(shí)驗(yàn)</p><p><b>　　雷電的基本原理</b></p><p><b>　　雷電的概念</b></p><p>　　閃電是云與云之間、云與地之間或者云

34、體內(nèi)各部位之間的強(qiáng)烈放電現(xiàn)象（圖2-1），一般發(fā)生在積雨云中。 </p><p>　　圖2-1 幾種不同類型的閃電</p><p>　　積雨云通常產(chǎn)生電荷，底層為陰電，頂層為陽電，而且還在地面產(chǎn)生陽電荷，如影隨形地跟著云移動(dòng)。正電荷和負(fù)電荷彼此相吸，但空氣卻不是良好的傳導(dǎo)體。正電荷奔向樹木、山丘、高大建筑物的頂端甚至人體之上，企圖和帶有負(fù)電的云層相遇；負(fù)電荷枝狀的觸角則向下伸展，越向下伸越

35、接近地面。最后正負(fù)電荷終于克服空氣的阻障而連接上。巨大的電流沿著一條傳導(dǎo)氣道從地面直向云涌去，產(chǎn)生出一道明亮奪目的閃光。一道閃電的長度可能只有數(shù)百米（最短的為100米），但最長可達(dá)數(shù)千米。閃電的溫度，從攝氏一萬七千度至二萬八千度不等，也就是等于太陽表面溫度的3-5倍。閃電的極度高熱使沿途空氣劇烈膨脹。空氣移動(dòng)迅速，因此形成波浪并發(fā)出聲音。閃電距離近，聽到的就是尖銳的爆裂聲；如果距離遠(yuǎn)，聽到的則是隆隆聲。</p><p

36、>　　在地球上，平均每天約發(fā)生800萬次雷電，平均每秒鐘要產(chǎn)生100次左右的閃電，雷電電壓可達(dá)到億伏以上量級(jí)，其中電流幅值高達(dá)200kA以上的雷電約占雷電總數(shù)的2％左右，即全球每天約有16萬次雷電幅值達(dá)200kA的雷電發(fā)生，雷電等離子通道可長達(dá)數(shù)千米以上，雷電電流的變化率可達(dá)105A/μs級(jí)[3]。雷電電磁脈沖的放電能量可達(dá)數(shù)百兆焦耳。</p><p><b>　　雷電的分類</b>&

37、lt;/p><p>　　雷電按不同形式分類有兩種分類方法：</p><p>　　一種是從閃電形態(tài)分類，可分為線狀閃電、帶狀閃電、片狀閃電、聯(lián)珠閃電和球形閃電。其中線狀閃電最為常見。</p><p>　　另一種從閃電的空間位置分類，可分為云內(nèi)閃電、云際閃電、晴空閃電和云地閃電，前兩者稱為云閃，而后兩者稱為地閃[4]，地閃與人類的日常工作與生活關(guān)系較為密切，而且對(duì)人類社會(huì)環(huán)

38、境的破壞性也很大，其危害也非常嚴(yán)重。大多數(shù)雷電起因于在雷雨云中的電荷電場強(qiáng)度，大大超過空氣擊穿電位。超過半數(shù)的雷電放電發(fā)生在云中（即云內(nèi)放電），人們最關(guān)心的是云對(duì)地放電（亦稱條狀或叉狀閃電）。</p><p>　　典型的云和地之間的起源于云中，最終中和數(shù)十庫侖負(fù)的云電荷。全部放電過程稱為電閃，大約持續(xù)0.5s。一次電閃由各種不同成分組成，其中有3或4個(gè)強(qiáng)電流脈沖，稱為閃擊。一個(gè)閃擊大約持續(xù)1ms，各次閃擊之間的間

39、隔時(shí)間，其典型值是40-80 ms。雷電經(jīng)常出現(xiàn)“閃爍”，是因?yàn)槿祟惖难劬H能分辨與每次閃擊有關(guān)的個(gè)別的光脈沖[5]。</p><p><b>　　雷電的過程</b></p><p>　　云地間的雷電可包括一個(gè)或多個(gè)斷續(xù)的局部放電。每次雷電放電總的放電稱為一次電閃（1ighting flash），每個(gè)局部放電稱為一次閃擊。通常每次電閃包括3-4次閃擊。電閃持續(xù)時(shí)間約0

40、.2，閃擊間隔時(shí)間約40ms。云地間雷電可使云中負(fù)電荷區(qū)中約數(shù)十庫侖的電荷轉(zhuǎn)移到大地。云層中可以是正電荷中心放電，也可以是負(fù)電荷中心放電。負(fù)電荷中心放電是由幾個(gè)間斷閃擊和連續(xù)電流組成的，如圖2-2所示。而正電荷中心放電時(shí)小但占很長時(shí)間，如圖2-3。</p><p>　　圖2-2 幾個(gè)負(fù)的電閃電流波形</p><p>　　圖2-3 典型的正的電閃電流波形</p><p&g

41、t;　　表2-1列出了云對(duì)地雷電數(shù)據(jù)分布：</p><p>　　表2-1 云對(duì)地雷電數(shù)據(jù)分布</p><p><b>　?。ɡm(xù)表）</b></p><p>　　由此可見，95％雷電的峰值雷電電流超過14kA，50%超30kA，5%超過80kA[6].</p><p>　　雷電過程一般分為四個(gè)時(shí)期：初次擊穿、高峰值電流、持

42、續(xù)電流和再次閃擊時(shí)期等。</p><p><b>　　初次擊穿時(shí)期</b></p><p>　　雷雨云中電荷結(jié)構(gòu)的簡單模型如圖2-4所示。云電荷形成正的電偶極子，也就是說，大量的正電荷P位于大量的負(fù)電荷N之上，可以用探空氣球加以鑒別基本偶極子的結(jié)構(gòu)，在云的底部還發(fā)現(xiàn)少量的集中的正電荷P。其傳導(dǎo)性隨空間和時(shí)間是變化的，因此實(shí)際云電荷是不確定的。</p>&

43、lt;p>　　圖2-4 典型的雷雨云電荷分布圖</p><p>　　每次電閃均由發(fā)弱光的預(yù)放電開始。雷雨云內(nèi)N區(qū)與P區(qū)間的局部放電或擊穿，可使附著在水或水的質(zhì)點(diǎn)上的電荷移動(dòng)，結(jié)果強(qiáng)的負(fù)電荷集中于雷雨云的底部，從而形成負(fù)電荷柱，相應(yīng)的強(qiáng)電場則迫使負(fù)電荷柱向地面移動(dòng)。此發(fā)光的預(yù)放電約以每50m為一梯級(jí)向地面移動(dòng)，梯級(jí)間間歇時(shí)間約50μs，平均傳播速度為1.5×105m/s，20ms可移動(dòng)3000m，其

44、平均電流約為100A。由云到地的這種梯級(jí)式的預(yù)放電稱為梯級(jí)先導(dǎo)。在這個(gè)梯級(jí)先導(dǎo)的通道中平均電荷約5C。由于梯級(jí)先導(dǎo)的持續(xù)時(shí)間通常比全部預(yù)擊電場變化的持續(xù)時(shí)間短，把一些預(yù)擊電場的行為歸成在云中的所謂“初次擊穿”過程。</p><p>　　人們十分關(guān)心在云中初次擊穿的位置，由此產(chǎn)生的電磁場的性質(zhì)和產(chǎn)生該場所必需的電流[7]。</p><p>　　根據(jù)梯級(jí)長和朝向地球的平均速度，可以把梯級(jí)先導(dǎo)分

45、為兩類，即α和β。α型梯級(jí)先導(dǎo)朝向地球的平均速度為105m/s數(shù)量級(jí)，其梯級(jí)長比β梯級(jí)先導(dǎo)短，亮度比β梯級(jí)先導(dǎo)低，并且梯級(jí)長和亮度變化不可知。β梯級(jí)先導(dǎo)開始是長而亮的梯級(jí)，其朝向地球的平均速度更高，約106m/s數(shù)量級(jí)，并在云底附近呈現(xiàn)擴(kuò)展的分叉狀。由于接近地球，假定具有α先導(dǎo)的特性。</p><p>　　梯級(jí)先導(dǎo)的亮度上升到峰值時(shí)間大約1μs或更短些，降到峰值一半的時(shí)間，粗略地說是相同的時(shí)間。對(duì)于50m的梯級(jí)長

46、，光的前進(jìn)速度沿梯級(jí)先導(dǎo)，至少是m/s。發(fā)光的梯級(jí)先導(dǎo)的直徑大約在1-10m之間，并沒有明顯的中心值。梯級(jí)先導(dǎo)的電流為數(shù)干安培或更大些，上升時(shí)間為0.1μs數(shù)量級(jí)或更短些。</p><p><b>　　高峰值電流時(shí)期</b></p><p><b>　　Ⅰ 附著過程</b></p><p>　　當(dāng)梯級(jí)先導(dǎo)接近導(dǎo)電的物體時(shí)，

47、加入飛機(jī)或輸電線的塔，由梯級(jí)先導(dǎo)電荷產(chǎn)生的電場可以通過導(dǎo)電物體向上放電的點(diǎn)加強(qiáng)。在架空線的保護(hù)設(shè)計(jì)中，對(duì)于電源線來說，這附著過程起著重要的作用[8]。</p><p>　　在雷電保護(hù)設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的參數(shù)是“放電距離”，即被擊物體和下行先導(dǎo)頂端之間的距離。峰值電流和電荷的關(guān)系可以表示為</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p&g

48、t;　　式中I表示峰值電流（kA）；Q表示轉(zhuǎn)移的電荷（C）。</p><p>　　例如，典型的峰值為25kA時(shí)，相應(yīng)先導(dǎo)轉(zhuǎn)移的全部電荷為3.3C。結(jié)合電荷和閃擊場之間的關(guān)系，放電距離ds可以又峰值電流導(dǎo)出，即</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中ds表示放電距離（m）；I表示峰值電流（kA）。</p&g

49、t;<p><b>　?、?高峰值電流</b></p><p>　　高峰值電流是發(fā)生在梯級(jí)先導(dǎo)到達(dá)地面時(shí)，相應(yīng)的強(qiáng)電場足以引起由大地向上到達(dá)梯級(jí)先導(dǎo)尖端間的大電流放電，形成所謂的回?fù)??；負(fù)舻碾娏髋c梯級(jí)電流的方向相反。梯級(jí)先導(dǎo)通道提供了回?fù)舸箅娏鞣烹姷穆窂?，或者說，發(fā)生在梯級(jí)先導(dǎo)通道中的電荷突然流到低阻抗的，以及在梯級(jí)先導(dǎo)與地面接觸的區(qū)域中使電荷中和的時(shí)候。在放電的同時(shí)發(fā)生強(qiáng)的閃

50、光。一般來說，高峰值階段稱為回?fù)??；負(fù)舻牟ㄇ皞鞑ニ俣葹楣馑俚?/3-1/10。通常在數(shù)微秒內(nèi)電流可達(dá)10-30kA。峰值為200kA的電流或更大些是非常普通的，這一厲害的雷電，只占0.5%的時(shí)間。更大的電流難得出現(xiàn)。間接證明，峰值電流可以超過400kA?；?fù)綦娏髯兓呛芸斓?，典型值大約為10-20kA/μs或更快些，很少有100kA/μs的。一般在20-40μs內(nèi)電流峰值衰減一半，隨后數(shù)百安培的連續(xù)電流持續(xù)數(shù)毫秒，回?fù)舻闹行臏囟瓤蛇_(dá)30

51、000K。</p><p>　　當(dāng)回?fù)綦娏魍Ｖ箷r(shí)，電閃就結(jié)束。如果有附加的電荷可資補(bǔ)充時(shí)，電閃還會(huì)包含附加閃擊，這種電閃就稱為多次閃擊。如果附加電荷能在100ms內(nèi)及時(shí)補(bǔ)充到第一次回?fù)敉ǖ乐校瑒t一個(gè)連續(xù)的或者稱直竄先導(dǎo)會(huì)通過原閃擊通道，增強(qiáng)其電離程度并使雷云的電位再次向地面移動(dòng)，因而直竄先導(dǎo)為再次沖擊作好了準(zhǔn)備。直竄先導(dǎo)會(huì)引起電場的變化，在5-8km的范圍內(nèi)，多次閃擊的閃光中第一個(gè)直竄先導(dǎo)產(chǎn)生正電場變化，而后續(xù)閃

52、擊產(chǎn)生具有負(fù)極性的鉤形電場變化[9]。</p><p><b>　　持續(xù)電流時(shí)期</b></p><p>　　雷電回?fù)舢a(chǎn)生的總電荷是相當(dāng)小的，只有幾個(gè)庫侖。在電閃第一次回?fù)粢院蟮膬蓚€(gè)時(shí)期內(nèi)傳輸大部分電荷。第一個(gè)時(shí)期是中間時(shí)期，其間幾千安培的電流在幾微秒內(nèi)流動(dòng)；第二個(gè)是持續(xù)電流時(shí)期，其間流動(dòng)的電流約為200-400A，持續(xù)時(shí)間從0.1s-1s不等。中間時(shí)期傳輸?shù)淖畲箅姾?/p>

53、量約為20C，在整個(gè)持續(xù)電流期傳輸最大電荷量約為200C。</p><p><b>　　再次擊穿時(shí)期</b></p><p>　　在典型的電閃中，在第一個(gè)回?fù)糁?，伴隨幾個(gè)十分強(qiáng)的電流沖擊，每隔幾十微秒發(fā)生一次。因?yàn)樵谠浦胁煌碾姾扇菏欠至鞯模堰@些電荷饋送到閃電通道中去，第二次閃擊比第一次閃擊的平均速度要快，電流變化率大，到達(dá)峰值電流的時(shí)間短，傳輸?shù)碾姾闪枯^小。再次

54、沖擊的峰值一般為初始強(qiáng)電流的一半，但持續(xù)電流往往與各種不同的連續(xù)回?fù)艋蛟俅伍W擊相關(guān)。若第二次閃擊后仍有附加電荷可補(bǔ)充時(shí)，則可繼續(xù)以上過程，出現(xiàn)再次閃擊。曾有在一個(gè)電閃中，出現(xiàn)26次閃擊的記錄。</p><p><b>　　雷電性能數(shù)據(jù)</b></p><p>　　I、云對(duì)地（負(fù)電荷傳輸?shù)酱蟮兀┑睦纂娨话銛?shù)據(jù)（見表2-2）</p><p>　　表

55、2-2 云對(duì)地的雷電一般數(shù)據(jù)</p><p>　　II、雷電參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布特性（見表2-3）</p><p>　　表2-3雷電參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分布特性</p><p><b>　　Ⅲ、雷電閃擊特性</b></p><p>　　云間雷電、對(duì)地不連續(xù)雷電以及對(duì)地連續(xù)電流雷電閃擊的性能見表2-4。</p><p&

56、gt;　　表2-4 雷電閃擊特性</p><p><b>　　電閃頻譜</b></p><p>　　測量的接收機(jī)是窄帶，接收雷電頻譜的樣品部分，大多數(shù)測量在10km以上，頻率約在1Mhz以上，其值比實(shí)際的要低些，因?yàn)楦哳l受地面波的強(qiáng)烈衰減。帶寬為1MHz、10km距離的電閃總頻譜圖見圖2-5（測量高度為10km，帶寬為1kHz）。不可能從綜合的頻譜圖上面，確定雷電過程

57、產(chǎn)生的實(shí)際的譜發(fā)射。</p><p>　　圖2-5 總電閃的頻譜</p><p>　　低于20 MHz的頻譜最好通過波形的時(shí)域傅利葉分析來確定，但必須考慮較高頻率時(shí)的地面波傳播[10]。</p><p><b>　　雷電效應(yīng)</b></p><p>　　一次雷電放電過程，在短暫時(shí)間包含了幾次放電，如圖2-2，并已在2.3

58、“雷電的過程”中作了簡述，雷電性能參數(shù)見表2-2、表2-3、表2-4。在某些電閃中，電荷轉(zhuǎn)移可高達(dá)400C，每次電閃的能量高達(dá)w·s。雷電放電可以產(chǎn)生機(jī)械、熱和電的效應(yīng)。</p><p><b>　　機(jī)械和熱效應(yīng)</b></p><p>　　上升時(shí)間快、峰值幅值高的雷擊電流，對(duì)物體在其放電通路上的損壞程度，與有關(guān)物體傳輸?shù)墓β视忻芮嘘P(guān)系。例如，金屬可以承受這

59、種放電，而不損壞。大多數(shù)情況下，甚至是細(xì)長的導(dǎo)體，如電話線或輸電線纜，可以傳輸這種電流而不會(huì)熔斷或熔化，僅僅在這種電流的輸入輸出金屬的那點(diǎn)，可能發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷。然而，十分強(qiáng)烈的放電，其峰值電流可高達(dá)40kA，電荷量大于200C，可以在實(shí)心的金屬板上熔穿或燒成一些孔。這種燒蝕效應(yīng)，對(duì)于建筑物和結(jié)構(gòu)件來說，通常不是主要關(guān)心的問題。因?yàn)?，如果安裝一個(gè)適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)系統(tǒng)，就可提供良好的保護(hù)。但對(duì)于飛行器，如飛機(jī)和火箭就要十分重視。</p>

60、<p>　　雷電對(duì)飛行器產(chǎn)生直接影響時(shí)（稱為直接效應(yīng)），表現(xiàn)為燃燒、熔蝕、爆炸和結(jié)構(gòu)變形等，這是由于雷電電弧附著、高壓沖擊波和因強(qiáng)電流伴隨的磁力引起的。</p><p>　　持續(xù)電流在回?fù)粞娱L的間隔中流動(dòng)，它會(huì)熔化或點(diǎn)燃固體材料，造成破壞，反之，短的持續(xù)時(shí)間，大的峰值電流，會(huì)通過電磁力使金屬零件損壞或扭曲，電磁力大小正比于瞬時(shí)電流的平方。盡管由機(jī)械力引起的損壞，是潛在的危險(xiǎn)，在大多數(shù)情況下，通常在金

61、屬中是次要的。由于機(jī)械力的存在，必須要把保護(hù)系統(tǒng)的避雷棒，引下導(dǎo)體和其它元件可靠地緊固[11]。</p><p>　　絕緣或半絕緣材料承受放電時(shí)，可能發(fā)生爆炸反應(yīng)而嚴(yán)重?fù)p壞。例如樹木，無論是干枯的還是活著的，在多數(shù)情況下，其樹皮會(huì)開裂或剝落，甚至能延伸到地下的根部。足見其影響力。對(duì)于未加保護(hù)的其它木質(zhì)結(jié)構(gòu)物體，諸如旗桿、桅桿或電燈桿或電話線桿之類，可能會(huì)發(fā)生相應(yīng)的損壞[12]。</p><p&

62、gt;　　磚墻、混凝土、大理石或其它磚石材料往往在放電電流通過之處被炸碎或斷裂松動(dòng)。這種損壞可能發(fā)生在埋有型鋼支撐件或鋼筋的混凝土處，或者在包覆金屬護(hù)皮的磚墻或大理石處，甚至亦會(huì)發(fā)生在沒有適當(dāng)保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)物中。爆炸效應(yīng)可能以相當(dāng)大的作用力擊飛一些材料。這種爆炸力的一種解釋是由于木材或磚石材料中的水分發(fā)生瞬時(shí)汽化所造成的。</p><p><b>　　電效應(yīng)</b></p>&

63、lt;p>　　雷電對(duì)建筑物或結(jié)構(gòu)物放電，或靠近它們放電，往往會(huì)引起電氣或電子設(shè)備的損壞。導(dǎo)體的熔化或燒毀發(fā)生在雷擊點(diǎn)上。由快速上升的大幅值電流脈沖所形成（感應(yīng)）的電壓，往往高得足以擊穿絕緣體或造成人員傷亡，并引起元器件失效，這些電壓由下列原因產(chǎn)生：</p><p>　　a．雷電脈沖傳播至電力線、信號(hào)線或架空接地線時(shí)，在結(jié)構(gòu)件及引下導(dǎo)體或接地線連接電阻上產(chǎn)生壓降；</p><p>&l

64、t;b>　　b．磁感應(yīng)；</b></p><p><b>　　c．容性耦合。</b></p><p>　　在電力、信號(hào)和控制電路中的雷電浪涌，往往由這三種成分組合而成。</p><p><b>　　導(dǎo)體阻抗的影響</b></p><p>　　由于雷電放電所產(chǎn)生的電流脈沖具有快速上升

65、（1-2μs）和大幅值（10-20kA）的特性的，所以，即使是相當(dāng)短的導(dǎo)體，其電感和電阻會(huì)使導(dǎo)體帶上高電壓。這電壓往往高到足以超過空氣或其它絕緣材料的擊穿電壓，引起其它導(dǎo)體的飛弧或絕緣擊穿[13]。</p><p>　　在一根長為30m的引下導(dǎo)體，其電阻率為Ω·m，在通過20kA電流時(shí)，所產(chǎn)生的阻性壓降是</p><p>　　(V) （2-3）</p>

66、<p>　　此電壓不足以引起飛弧或?qū)θ松戆踩斐蓢?yán)重威脅。</p><p>　　把電感考慮進(jìn)去時(shí)，仍是一根長為30m的引下導(dǎo)體，其直徑為0.894cm，假定導(dǎo)體是一直的圓導(dǎo)線，則其電感可由式</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　計(jì)算，式中L表示總電感量（μH）；l表示導(dǎo)線長度（cm）；d表示導(dǎo)線直徑

67、（cm）</p><p>　　由此得出一根長30m的導(dǎo)體的電感量是μH，跨在一個(gè)電感兩端所產(chǎn)生的電壓（V），由式</p><p><b>　　（2-5）</b></p><p>　　確定，式中L表示電感（H）；表示通過導(dǎo)體的電流變化率（A/s），典型的雷電電流變化率為20kA/μs，于是</p><p><b>

68、;　?。╒）</b></p><p>　　盡管此電壓的持續(xù)時(shí)間通常小于2μs，但是電壓幅值很高，足以對(duì)離引下導(dǎo)體35cm處的導(dǎo)電物體引起飛弧。這就要求在距離避雷引下導(dǎo)體1.8m內(nèi)的金屬物體要與引下導(dǎo)體實(shí)行電氣連接[14]。</p><p><b>　　感應(yīng)電壓效應(yīng)</b></p><p>　　除上述的雷電效應(yīng)外，與雷電放電通路并無直

69、接接觸的電路，即使排除了飛弧交連，亦可能受到損壞。由于強(qiáng)大電流變化率很快，在鄰近導(dǎo)體上就會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)電壓。試驗(yàn)和分析數(shù)據(jù)表明，這樣感應(yīng)出來的浪涌電壓，很容易超過許多元件、特別是固體器件所允許的電平。浪涌電壓亦可以由下列方式感應(yīng)出來：雷電對(duì)埋設(shè)的長電纜襲擊；雷電電流流入引下導(dǎo)體或結(jié)構(gòu)件；云對(duì)云放電的電流，既可以在地上，又可以對(duì)地下的平行長電纜構(gòu)成感應(yīng)。</p><p><b>　　容性耦合電壓</

70、b></p><p>　　在雷電放電之前，電荷將慢慢地聚集在帶電云層下方的地面物體上。這種電荷的集聚速度很慢，因而接地導(dǎo)體相對(duì)于大地的電位并沒有明顯變化，甚至導(dǎo)體對(duì)地阻抗很高的情況下亦是如此。雷電襲擊一個(gè)結(jié)構(gòu)物的頂端或其它與大地相接觸的點(diǎn)時(shí)，所有鄰近接地的物體的電荷將突然重新分布。電荷重新分布產(chǎn)生的電流在接地物體的接地導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)，將在此導(dǎo)體阻抗上形成電壓[15]。</p><p>

71、　　導(dǎo)電物體和地之間的電壓E由式</p><p><b>　　（2-6）</b></p><p>　　表示式中Q表示儲(chǔ)存的電荷量（C）；C表示對(duì)地的總電容量（F）；R表示對(duì)地的有效電阻（Ω）；t表示發(fā)生雷電所經(jīng)歷的時(shí)間（s）</p><p>　　如果式中RC的積很小，則指數(shù)項(xiàng)將是很大的，因時(shí)間t為10μs數(shù)量級(jí)。對(duì)于典型的雷電閃擊，在接地良好的

72、物體上，所感應(yīng)的容性電壓是非常小的。</p><p><b>　　飛機(jī)防雷原理的介紹</b></p><p>　　大型客機(jī)雷擊區(qū)域劃分</p><p>　　雷擊區(qū)域劃分是飛機(jī)閃電保護(hù)設(shè)計(jì)的第一步。分區(qū)的目的是規(guī)范飛機(jī)表面各處在閃電環(huán)境中所處的地位和通道附著的部位，確定閃電電流在入點(diǎn)、出點(diǎn)之間傳導(dǎo)時(shí)可能經(jīng)過的飛機(jī)結(jié)構(gòu)。用以指導(dǎo)油箱和燃油系統(tǒng)、航電

73、系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)等的防雷擊布局設(shè)計(jì)。</p><p>　　在大型客機(jī)的氣動(dòng)外形確定后，為了分析雷擊對(duì)飛機(jī)的影響程度，可根據(jù)已有的飛機(jī)雷擊經(jīng)驗(yàn)、飛機(jī)表面不同的雷電附著特性和傳導(dǎo)特性，將飛機(jī)分為三個(gè)區(qū)：</p><p>　　區(qū)域1：初始雷擊放電附著可能性很大的飛機(jī)表面，稱為直接雷擊區(qū)域；</p><p>　　區(qū)域2：雷擊放電被氣流從區(qū)域1的初始附著點(diǎn)吹過來在它上面掃掠通過

74、的可能性很大的飛機(jī)表面，稱為掃掠雷擊區(qū)。</p><p>　　區(qū)域3：除了區(qū)域1 和區(qū)域2 以外的所有飛機(jī)表面。在此區(qū)域雷擊附著的可能性很小，但它可能傳遞很大的電流。</p><p>　　圖3-1 某機(jī)型詳細(xì)雷擊分布圖</p><p>　　圖3-1為某客機(jī)的詳細(xì)雷擊分區(qū)圖[16]。詳細(xì)的分區(qū)定義如下：</p><p>　　1A 區(qū)：首次回?fù)魠^(qū)

75、（初始附著）：</p><p>　　在閃絡(luò)附著的期間飛機(jī)全表面上有可能受首次回?fù)舻膮^(qū)域，該閃電滯留時(shí)間超過50ms 的可能性很小。主要集中在機(jī)頭、機(jī)翼和尾翼的端部、尾錐、機(jī)翼上安裝的吊艙以及其他明顯的突出物。</p><p>　　1B 區(qū)：閃電持續(xù)概率高的首次回?fù)魠^(qū)（放電區(qū)）：</p><p>　　在閃電附著的期間飛機(jī)全表面所有可能受首次回?fù)舻膮^(qū)域，該閃電滯留時(shí)間超

76、過50 ms 的可能性很大。集中在飛機(jī)朝后的端部或后緣，如機(jī)翼后緣，翼尖后緣等。</p><p>　　1C 區(qū)：首次回?fù)暨^渡區(qū)：</p><p>　　飛機(jī)表面存在強(qiáng)度降低的首次回?fù)簦议W電附著持續(xù)時(shí)間不長的區(qū)域。1C 區(qū)位于1A 區(qū)域后的飛機(jī)表面限定區(qū)域，如機(jī)頭和吊艙的后部。</p><p>　　2A 區(qū)：掃掠雷擊區(qū)（初始附著）：</p><p&

77、gt;　　后繼回?fù)艨赡軙?huì)掃過的所有飛機(jī)表面的區(qū)域，但閃電滯留時(shí)間超過50ms 的概率較小。通常位于1A 區(qū)后的飛機(jī)表面，如機(jī)身、短艙及機(jī)翼表面。</p><p>　　2B 區(qū)：閃電持續(xù)概率高的掃掠雷擊區(qū)（放電區(qū)）：</p><p>　　伴隨著后繼回?fù)舻拈W電通道可能掃過，且閃電滯留時(shí)間超過50ms 的概率較大。2A 區(qū)尾部向后的后緣應(yīng)認(rèn)為是2B 區(qū)。</p><p>

78、<b>　　3區(qū)：電流傳導(dǎo)區(qū)：</b></p><p>　　除1A、1B、1C、2A 和2B 以外，任何閃電附著都不太可能的區(qū)域。</p><p>　　雷電擊對(duì)飛行器的影響</p><p>　　圖3-2 飛機(jī)遭到雷擊的瞬間</p><p>　　金屬飛機(jī)的雷電直接效應(yīng)</p><p>　　早期的木制

79、和織物構(gòu)造的飛機(jī)更可能在雷擊中受到災(zāi)難性損壞，因而這些飛機(jī)很少在可能產(chǎn)生雷電的天氣里飛行。全鋁飛機(jī)則可以在這種不利的天氣中飛行，由于鋁是良好的導(dǎo)體，因此雷電很少造成災(zāi)難性損害。</p><p>　　飛機(jī)結(jié)構(gòu)包括外部蒙皮與內(nèi)部構(gòu)架，如圓材、肋條、框架和隔離壁等。雷電流必須在入點(diǎn)和出點(diǎn)之間流動(dòng)，而且在附著點(diǎn)之間流動(dòng)的時(shí)候往往會(huì)擴(kuò)散開，使整個(gè)機(jī)身成為一個(gè)大的導(dǎo)體(見圖3-2)。任何導(dǎo)電材料，金屬或者導(dǎo)電復(fù)合材料都會(huì)成為

80、雷電流傳導(dǎo)路徑的一部分[17]。</p><p>　　金屬結(jié)構(gòu)中，機(jī)身上雷電通道入點(diǎn)和出點(diǎn)之間任任意一個(gè)點(diǎn)的電流密度很難造成物理損傷，只有在電流通路上結(jié)構(gòu)件之間的搭接較差時(shí)才會(huì)造成物理損傷，除非電弧發(fā)生在燃油箱內(nèi)，一般也不會(huì)有較嚴(yán)重的后果。另一方面，雷電通道入點(diǎn)或出點(diǎn)附近電流集中的地方，可能有足夠的磁力和阻性溫升造成損傷。鋁質(zhì)蒙皮最可能在雷電附著點(diǎn)被熔蝕，不過由于它們具有更好的延展性和韌性，對(duì)聲沖擊波的承受力較強(qiáng)

81、。</p><p>　　隨著非金屬材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，雷電造成災(zāi)難性損傷的可能性在加大。</p><p>　　非金屬材料的直接效應(yīng)</p><p>　　目前用在飛機(jī)上的非金屬材料主要有3種：玻璃或聚合纖維強(qiáng)化環(huán)氧物（玻璃纖維或Kevlar）、硼或碳纖維復(fù)合材料和其他塑料，如Lexan和有機(jī)玻璃。</p><p>　　玻璃纖維和Kevlar

82、結(jié)構(gòu)</p><p>　　玻璃纖維和Kevlar最常用于不需要很高的機(jī)械強(qiáng)度的地方來減輕質(zhì)量，這些材料中的一些已經(jīng)開始在次要結(jié)構(gòu)中替代鋁，例如機(jī)頭、機(jī)翼與尾翼翼尖、尾錐、翼身整流罩和控制面。玻璃纖維和Kevlar強(qiáng)化塑料沒有導(dǎo)電能力，而且它們通常也不能承受雷電先導(dǎo)接近時(shí)造成的高電壓，從而經(jīng)常被絕緣擊穿，讓雷電穿透自身到達(dá)內(nèi)部的導(dǎo)電物體。隨后的回?fù)綦娏髂茉诓ＡЮw維或Kevlar蒙皮上爆破出很大的洞。</p&g

83、t;<p>　　下面對(duì)此類材料的雷電破壞機(jī)理進(jìn)行分析：</p><p>　　當(dāng)靠近的雷電先導(dǎo)引起的強(qiáng)烈電場達(dá)到尖端或者邊緣位置的空氣的電離電位時(shí)，電離產(chǎn)生，流光在先導(dǎo)靠近的方向上從飛機(jī)的外表面產(chǎn)生。</p><p>　　由于玻璃纖維和Kevlar沒有導(dǎo)電性， 電場直接穿過它們，導(dǎo)致流光從內(nèi)部導(dǎo)電物體上產(chǎn)生（見圖3-3）。發(fā)生的情況可看作是從內(nèi)部導(dǎo)電體產(chǎn)生的流光與從外部玻璃纖維

84、結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的流光之間的快速移動(dòng)，非金屬蒙皮的耐壓能力和到可替換擊穿路徑的距離在確定擊穿或外部閃絡(luò)是否發(fā)生時(shí)非常重要，當(dāng)然，擊穿玻璃纖維罩壁所需的電壓比擊穿空氣的電壓要高。在任何一種情況下，當(dāng)先導(dǎo)到達(dá)時(shí)，電場強(qiáng)度增加，直到流光中的一束與先導(dǎo)會(huì)合，先導(dǎo)從飛機(jī)的另一個(gè)尖端繼續(xù)朝其最終目的前進(jìn)，當(dāng)它到達(dá)最終目的地時(shí)，回?fù)艟托纬闪耍竺娓掷m(xù)電流和多次再擊，回?fù)艉秃罄m(xù)電流可能對(duì)非導(dǎo)電結(jié)構(gòu)產(chǎn)生非常大的損害。</p><p>

85、　　圖3-3 雷達(dá)罩的擊穿機(jī)理</p><p>　　碳或硼纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)[18，19]</p><p>　　用碳或硼纖維增強(qiáng)的材料有一些電傳導(dǎo)性，因此，它們對(duì)雷電的反應(yīng)不同于非導(dǎo)電材料，但也不同于那些導(dǎo)電性好得多的金屬材料。碳纖維復(fù)合材料（CFC）可承受非常大的拉力和剪應(yīng)力，因此廣泛應(yīng)用于主要結(jié)構(gòu)。</p><p>　　與沒有導(dǎo)電能力的玻璃纖維及Kevlar強(qiáng)化

86、塑料不同，碳纖維是阻性導(dǎo)體，可以傳導(dǎo)一些雷電流。碳纖維的電阻系數(shù)大約是Ω·cm，但當(dāng)納入樹脂基體中時(shí)，在雷電流流動(dòng)條件下，總的復(fù)合材料的電阻系數(shù)增加到·Ω·cm（低電流條件下測得的電阻系數(shù)應(yīng)該更大）。這個(gè)電阻系數(shù)大約是鋁的2000倍，鋁的電阻系數(shù)是Ω·cm，因此，碳復(fù)合材料吸收的能量會(huì)是鋁的2000倍。如果電流密度足夠高，碳纖維可能變得足夠熱（350℃），以至于熔化或使樹脂焦化。這就導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度的

87、降低，分層以及火災(zāi)。</p><p>　　當(dāng)溫度升高時(shí)，作為燃燒或高溫分解的結(jié)果，樹脂連接的碳纖維開始斷裂。如果燃燒的樹脂釋放出的氣體被包裹在材料內(nèi)，則可能會(huì)發(fā)生爆炸性的釋放造成對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷。這種損傷可能足以導(dǎo)致?lián)舸?。最主要的危險(xiǎn)是結(jié)構(gòu)上的損傷，盡管損傷一般僅限于擊穿，尤其是當(dāng)被擊穿的表皮是由鋪層組成時(shí)。單向鋪層可能讓損傷深入擴(kuò)散，至少在表層擴(kuò)散。不同于多數(shù)鋁合金（它們有較好的延展性，會(huì)變形但不會(huì)斷裂），CFC材

88、料剛硬且可能碎裂，這種損傷一般僅限于附著點(diǎn)附近。</p><p>　　電弧進(jìn)入效應(yīng)：在碳復(fù)合材料的雷擊附著點(diǎn)上，電流密度最大，可能導(dǎo)致薄鋪層擊穿，這是由于很大的電流聚集和與電弧相關(guān)的高溫及高壓造成的，如果表面有涂層，電流會(huì)集中在更小的區(qū)域，穿刺的深度會(huì)更深。而且涂層會(huì)包含電弧等離子體，增強(qiáng)對(duì)復(fù)合材料的熱效應(yīng)和爆炸效應(yīng)。</p><p>　　不導(dǎo)電涂層會(huì)增強(qiáng)損傷，導(dǎo)致更深的擊穿。例如，完全擊

89、穿未噴涂的某種4層復(fù)合材料需要A2s，若是加上涂層，則只需要 A2s。可以通過加金屬覆蓋層或增加鋪層厚度來實(shí)現(xiàn)防護(hù)，通常，后一種方式不可取，因此防護(hù)性覆蓋層經(jīng)常被用到。</p><p><b>　　其他塑料</b></p><p>　　透明的丙烯酸樹脂或聚碳酸酯樹脂常用作座艙罩和擋風(fēng)玻璃，這些材料通常位于雷電可能附著或掃掠的位置。多數(shù)聚碳酸酯有非常好的絕緣性能，能夠成

90、功抵御雷電或流光的擊穿。電場會(huì)透過座艙罩并在內(nèi)部的導(dǎo)電物體上引發(fā)流光，不過如果座艙罩的絕緣性足夠高，這些流光就不能擊穿座艙罩。在小飛機(jī)座艙罩下的飛行員經(jīng)常報(bào)告他們的耳機(jī)或頭盔有流光現(xiàn)象的電擊，但這些現(xiàn)象中的電流還不足以危害到人，因?yàn)榱鞴鉀]有與雷電接觸上。雷電先導(dǎo)到達(dá)座艙罩外部，并沿著表面移動(dòng)到達(dá)金屬表皮，或者那些初始附著在前面金屬框架上的雷電通道往后掃掠，越過座艙罩到達(dá)后面的金屬點(diǎn)。這些情況有時(shí)會(huì)在座艙罩上留下燒焦的痕跡。</p&

91、gt;<p>　　雷電對(duì)飛機(jī)的各種直接效應(yīng)</p><p><b>　　蝕損和熔穿</b></p><p>　　如果雷電通道接觸到金屬表面，在附著點(diǎn)可能發(fā)生熔化。常見的證據(jù)是經(jīng)?？梢砸姷降难刂鴻C(jī)身分布蝕損印跡，或者是機(jī)翼后緣或尾翼翼尖上的穿孔。多數(shù)穿孔是發(fā)生在不超過1 mm厚的蒙皮上，不過對(duì)于機(jī)翼后緣，由于雷電通道在此懸停較長時(shí)間，可以熔穿更厚的表皮。由

92、于發(fā)生熔化需要一定的時(shí)間，雷電流分量中的持續(xù)電流最能導(dǎo)致蝕損和熔穿。蒙皮的熔穿通常不會(huì)影響飛行安全，除非是整體油箱的蒙皮。</p><p><b>　　磁場力</b></p><p>　　眾所周知，有同方向電流流過時(shí)，并行導(dǎo)體會(huì)互相吸引。如果靠近雷電附著點(diǎn)的結(jié)構(gòu)從電學(xué)上看是由很大數(shù)量的并行導(dǎo)體構(gòu)成，并匯聚于雷電入點(diǎn)或出點(diǎn)，那么當(dāng)雷電流流動(dòng)時(shí)，磁力會(huì)把這些導(dǎo)體往一起吸引

93、，如果結(jié)構(gòu)不夠堅(jiān)固，則可能造成收聚或卷邊。造成的損傷與電流幅度的平方成正比，也與電流持續(xù)時(shí)間成正比。因此，大幅度的沖擊電流是雷電流分量中最可能造成磁力損傷的。</p><p>　　除了機(jī)身的末端，其他容易被磁力損傷的部分包括連接或分流條，或其他集中傳導(dǎo)電流的部件。磁力損傷通常在飛行中不太明顯，可能直到飛機(jī)落地后進(jìn)行檢查時(shí)才被發(fā)現(xiàn)。不過，既然有金屬的過應(yīng)力和嚴(yán)重彎曲，被磁力效應(yīng)損傷的部件必須得到修復(fù)或更換。<

94、/p><p><b>　　結(jié)構(gòu)件接口處的蝕損</b></p><p>　　只要兩個(gè)連接面（如控制面鉸鏈或軸承）之間的電搭接不良，遭遇雷擊時(shí)就可能發(fā)生熔化和蝕損。例如某次事故中，一個(gè)噴氣式運(yùn)輸機(jī)的艙內(nèi)后緣襟翼的螺旋千斤頂受到損傷以至于襟翼不能伸展超過15°。該螺旋千斤頂不是初始附著點(diǎn)，只是在掃掠時(shí)成為附著點(diǎn)。此事故表明雷電通道可能到達(dá)看起來不太可能的位置，因此防護(hù)

95、設(shè)計(jì)不僅要考慮明顯的附著點(diǎn)，還要找出潛在威脅。</p><p>　　另一個(gè)例子證明了電弧在結(jié)構(gòu)接口處造成的蝕損。電弧造成了接口處覆蓋物的化學(xué)變化，加速了該區(qū)域覆蓋物的腐蝕。</p><p><b>　　阻性溫升</b></p><p>　　另一個(gè)直接效應(yīng)是雷電流流過導(dǎo)體的阻性溫升。當(dāng)導(dǎo)體的電阻過高或橫截面積過小時(shí)，會(huì)導(dǎo)致溫度過度上升。由于多數(shù)金

96、屬的電阻隨著溫度升高而增加，一個(gè)給定的電流在熱的導(dǎo)體比未加熱導(dǎo)體內(nèi)要耗散更多的能量。低阻抗導(dǎo)體在此過程中增加的更多。多數(shù)金屬結(jié)構(gòu)件可以承受雷電流而不至于過熱，橫截面積超過0.5cm2的鋁或銅質(zhì)導(dǎo)體就可以承受嚴(yán)重的雷電流。可以通過計(jì)算確定導(dǎo)體的溫升。</p><p>　　線纜爆炸：阻性能量耗散與雷電流的作用積分成正比，對(duì)任意導(dǎo)體，都有一個(gè)熔化和氣化的作用積分值。小口徑線纜通常用于電子設(shè)備的互連或者小負(fù)載的交流電源分

97、配，在受到全幅度雷電流時(shí)經(jīng)常會(huì)熔化或氣化。當(dāng)爆炸的導(dǎo)體位于包裹的殼體內(nèi)（如復(fù)合材料翼尖）時(shí)，由爆炸性蒸氣造成的損傷通常是最嚴(yán)重的，因?yàn)楸芰恐钡綁毫υ黾拥阶阋允拱锲屏褧r(shí)才會(huì)釋放。</p><p>　　多數(shù)情況下，這樣的線纜安裝在導(dǎo)電機(jī)身內(nèi)，不會(huì)暴露于主要的雷電流環(huán)境下。但也有例外，如連接安裝在非導(dǎo)電的玻璃纖維翼尖上的航行燈的線纜，沒有被金屬覆蓋物或其他方式保護(hù)，在這種情況下，對(duì)航行燈的雷擊會(huì)造成線纜氣化并爆

98、炸，伴隨的沖擊波可以對(duì)包裹物和鄰近的結(jié)構(gòu)造成大規(guī)模的損傷。</p><p>　　線纜束爆炸是一種最常見和最有破壞性的雷電效應(yīng)，就目前所知道的，它尚沒有造成災(zāi)難性的后果，因?yàn)檫@些線纜束通常位于次要的而非關(guān)鍵性的結(jié)構(gòu)件中。如果這些爆炸是在未被保護(hù)的主要結(jié)構(gòu)的玻璃纖維中（如機(jī)翼），那么后果可能會(huì)是災(zāi)難性的。</p><p><b>　　沖擊波和過壓</b></p>

99、;<p>　　當(dāng)雷電流在電離通道中流動(dòng)時(shí)，和首次回?fù)舭l(fā)生時(shí)一樣，大量能量在5-10μs內(nèi)傳送到通道中，導(dǎo)致通道以超聲速膨脹。通過分光鏡技術(shù)測得的溫度達(dá)30000K，通道壓力（在膨脹前）大約10個(gè)大氣壓。當(dāng)超聲速膨脹完后，通道直徑有數(shù)厘米，通道壓力與周圍空氣的壓力相同。隨后，通道緩慢的膨脹成為一個(gè)穩(wěn)定的電弧。圓柱形沖擊波從通道中心放射狀擴(kuò)散開，如果遇到堅(jiān)硬表面的阻礙，沖擊波的動(dòng)量轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫ι仙^沖擊波本身的壓力，這種壓力

100、會(huì)比自由沖擊波的壓力大幾倍。取決于通道到飛機(jī)表面的距離，過壓可能在飛機(jī)表面達(dá)到幾百倍大氣壓，造成擠壓損傷，雷電通道不需要與被損傷的表面接觸，可能僅僅是從旁邊掃過。氣壓是造成損傷的直接原因。</p><p>　　沖擊波擠壓損傷的另外的例子包括破裂或擊碎的擋風(fēng)玻璃和航行燈球?，F(xiàn)代的擋風(fēng)玻璃，尤其是那些運(yùn)輸機(jī)上的，是由鋪層構(gòu)成的，具有足夠的強(qiáng)度，可避免被沖擊波和過壓完全擊裂。不過，雷擊導(dǎo)致的擋風(fēng)玻璃破裂被認(rèn)為是飛機(jī)失事

101、的可能原因。</p><p><b>　　燃油系統(tǒng)的直接效應(yīng)</b></p><p>　　雷電對(duì)飛機(jī)的燃油系統(tǒng)有潛在的危害。僅僅傳導(dǎo)1 A電流的電弧或火花就足以引燃易燃蒸氣，而雷電可能向一架飛機(jī)注人數(shù)千安培的電流。有幾十架民用和軍用飛機(jī)的事故就是由于雷電引燃造成的，而且曾有小燃料箱內(nèi)發(fā)生過起火和爆炸。</p><p>　　油箱內(nèi)著火機(jī)理：盡管鋁

102、結(jié)構(gòu)有著良好的導(dǎo)電性，通常蒙皮結(jié)合處的導(dǎo)電性也較好，如果油箱內(nèi)沒有進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)且通過雷電試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，雷電仍有可能引燃燃油蒸氣。在過去，更多的注意力放在如何通過提供導(dǎo)電性好且搭接緊固的蒙皮使雷電流遠(yuǎn)離油箱內(nèi)部，然而由于電磁的趨膚效應(yīng)，大部分雷電流在蒙皮的外層流動(dòng)，大至幾千安培的電流，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和管道上流動(dòng)。由于引燃的火花只需要很少的能量，這些內(nèi)部的電流對(duì)于燃油系統(tǒng)的安全有很重要的影響?？赡艿闹鹪纯煞殖呻娭鹪春蜔嶂鹪矗?lt;/p&

103、gt;<p><b>　?。?）電著火源：</b></p><p>　　a.電流流經(jīng)搭接不好的油箱蒙皮結(jié)合處時(shí)產(chǎn)生的火花。</p><p>　　b.從檢修門和加油口蓋到它的適配裝置的火花。</p><p>　　c.油箱內(nèi)部組件之間的火花，如電力線纜上的雷電耦合電壓傳遞到容性油量探頭時(shí)產(chǎn)生的火花。</p><p&

104、gt;<b>　?。?）熱著火源：</b></p><p>　　a.雷電電弧直接與燃?xì)饣旌衔锝佑|，比如在排氣口。</p><p>　　b.雷電電弧附著時(shí)，金屬油箱蒙皮上形成的熱點(diǎn)或完全擊穿或熔穿。</p><p>　　c.雷電流流過搭接不好的油箱內(nèi)部的組件時(shí)產(chǎn)生的熱顆粒簇射。</p><p>　　圖3-4說明了典型的油箱

105、中的雷電流通路以及值得關(guān)注的地方。以往發(fā)生的意外和事故已經(jīng)極大的推動(dòng)了飛機(jī)燃油系統(tǒng)的雷電效應(yīng)及防護(hù)的研究。改進(jìn)的油箱設(shè)計(jì)、雷電防護(hù)加油口蓋和操作門、主動(dòng)和被動(dòng)火焰抑制裝置及更安全的燃料等就是從研究中得到的一些成果。FAA（美國聯(lián)邦航空局）的適航要求現(xiàn)在把關(guān)注的焦點(diǎn)放在燃油系統(tǒng)的雷電防護(hù)上，不管是大飛機(jī)還是小飛機(jī)。正是由于這種嚴(yán)格要求，雷擊對(duì)最近研制飛機(jī)的燃油系統(tǒng)</p><p>　　圖3-4 燃油箱內(nèi)雷電流路徑

106、和潛在的問題位置</p><p>　　造成的威脅比老的飛機(jī)要小得多。不過，由于機(jī)身設(shè)計(jì)和材料的不斷變化，仍然很有必要考慮飛機(jī)燃料箱的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)。</p><p>　　對(duì)電力系統(tǒng)的直接效應(yīng)</p><p>　　如果外部安裝的電力設(shè)備，如航行燈或天線，剛好成為雷電附著點(diǎn)，防護(hù)球或罩子可能被擊碎從而使部分雷電流直接進(jìn)入相連的電力線纜。例如對(duì)于翼尖上的航行燈，雷電可能擊碎

107、防護(hù)球和燈泡，這就可能使雷電通道直接接觸到燈絲，從而雷電流直接流進(jìn)電纜，從燈泡進(jìn)入電源分配總線上。即使只有很小一部分雷電流進(jìn)入到線束中，也可能導(dǎo)致線纜熔化或氣化，如前所述。伴隨的電壓浪涌可能造成絕緣擊穿或?qū)υ撾娫捶峙淇偩€上的其他設(shè)備造成傷害。被雷電擊中的外部安裝設(shè)備失效，并且最嚴(yán)重時(shí)造成該電源分配總線上的其他設(shè)備也失效，由此嚴(yán)重影響了飛機(jī)的飛行安全。這種效應(yīng)有許多例子，涉及所有種類的飛機(jī)。此類易受影響的部件包括航行燈、天線、空氣數(shù)據(jù)探頭

108、加熱器，偶爾也包括螺旋槳葉或擋風(fēng)玻璃加熱器。擋風(fēng)玻璃加熱器對(duì)雷電尤其敏感，因?yàn)檫@些部件的線纜較細(xì)，不足以傳導(dǎo)雷電流。高頻無線電設(shè)備饋送天線也經(jīng)常受到傷害，而駕駛室被雷擊著火也是常見的事。</p><p><b>　　推進(jìn)系統(tǒng)的直接效應(yīng)</b></p><p>　　除了少數(shù)短暫性中斷的事故，還沒有關(guān)于雷電效應(yīng)對(duì)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)性能造成不利影響的報(bào)告。金屬螺旋槳和旋槳轂蓋經(jīng)常

109、遭受雷擊，但造成的影響僅限于槳葉的蝕損或旋槳轂蓋上燒焦的小孔。雷電流必須流過螺旋槳葉片和發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸軸承，軸承可能因此而出現(xiàn)蝕損坑，因此需拆卸下來檢查以保證符合制造商的使用要求。木質(zhì)螺旋槳，尤其是沒有金屬前緣的，可能遭受更大的傷害，但還沒有公布的數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　Ⅰ 渦輪機(jī)熄火</b></p><p>　　已報(bào)告的對(duì)渦輪式噴氣飛機(jī)引擎的雷電效應(yīng)表明，這

110、些效應(yīng)也僅限于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的短暫干擾。發(fā)生在渦輪螺旋槳飛機(jī)和渦輪式噴氣飛機(jī)上的雷擊之后的發(fā)動(dòng)機(jī)熄火、壓縮機(jī)熄火、渦輪機(jī)速度降低等現(xiàn)象已有報(bào)告，這些飛機(jī)包括內(nèi)部安裝發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)身進(jìn)氣口的軍用飛機(jī)，以及發(fā)動(dòng)機(jī)裝在機(jī)身上的商用噴氣式飛機(jī)。目前還未能把發(fā)動(dòng)機(jī)熄火或壓縮機(jī)熄火現(xiàn)象在地面試驗(yàn)中復(fù)現(xiàn)，一般認(rèn)為這些現(xiàn)象是由于雷電通道沿機(jī)身向后掃掠時(shí)相關(guān)的沖擊波導(dǎo)致的進(jìn)氣中斷而造成的。雷電通道可能靠近發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口的前端，如果有沖擊電流，伴隨的沖擊波足以擾亂

111、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。已報(bào)告的這些效應(yīng)在較小的軍用或商用噴氣式飛機(jī)上比大型運(yùn)輸機(jī)上發(fā)生的更多一些。因此，小型引擎看起來比大型引擎更易受進(jìn)氣中斷的影響。</p><p><b>　?、?操作方面的影響</b></p><p>　　在某些情況下發(fā)動(dòng)機(jī)完全熄火，而其他情況下可能只是暫時(shí)熄火或減速。在多數(shù)時(shí)候，發(fā)動(dòng)機(jī)可以成功重啟或恢復(fù)全動(dòng)力。如果飛機(jī)的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)（特別是小發(fā)動(dòng)機(jī)）的進(jìn)氣