民用飞机雷击的防护、检查和修理

dfhkayl1971

河北维修部  艾英岭

现代民用飞机在各种复杂气象条件下运营，尽管都配备了先进的雷达系统，可以避开大面积的雷雨区域，但遭受到雷击，对于飞机来说，并不十分罕见。

当民用飞机遭到雷击时，可能不造成损伤，也可能造成严重损伤，以至于需停场进行修理。对雷击的典型影响和正确的检查程序有正确的理解，有助于航空公司迅速行动，采取有效的维护措施。减少在地面的停场时间。

雷电的概述
一架飞机遭受雷击的几率取决于几方面的因素。其中包括飞机运营的地理位置和飞机穿越起飞降落空层的频率，在这个高度层雷电活动较为频繁。同时，地理位置不同，雷电的活跃程度相差很大。以我国为例：雷州半岛区域每平方公里每年发生15-20次闪电，而在西部干旱地区，每年每平方公里平均只发生0.3次左右。在世界其他区域，总的趋势是邻近赤道的区域雷电产生的比较频繁，原因是这一区域温度较高有助于空气对流，从而产生较多的雷暴。美国航空航天管理局绘制的世界雷电密度图显示了雷电的地理分布图（见图一），雷电活动较频繁的区域用桔色，红色，棕色，黑色显示，不频繁的区域用白色、灰色、紫色、蓝色显示，最少发生的区域是大洋上空和两极区域，最频繁发生的区域是温度高的大陆上空。

图一雷电密度地理分布图（次/年/平方公里）

多数喷气飞机的雷击发生在云层内，在爬升和下降时段较易遭受雷击损伤（见图二），原因是在5000英尺-15000英尺（1524米-4572米）的高度层内，雷电活动较为频繁（见图三），飞短航线的飞机相对于飞长航线的飞机更易遭受雷击，因为飞短航线的飞机起降更频繁。

调查显示：70%的雷击发生与降雨天气有关，而且大多数雷击发生区域的大气温度都接近于冰点

图二飞机雷击发生与云的相对位置

图三雷击事件比率随高度变化图

一道闪电包含的电压可能高达一百万伏，电流可能高达三万安培，雷击对飞机造成的损伤，由于闪电能量级别、进入流出位置、持续时间不同等因素的影响，而形式不同、程度不同。飞机遭受到雷击的频率越高，越有可能造成需要修理的损伤。

闪电与飞机的相互作用

图四雷电在飞机上的附着

通常情况下，闪电在飞机上由一点进入，从另一点流出。第一个进入点通常位于雷达罩、前机身、吊架、尾翼或者翼尖。如图四所示雷击刚发生时，在飞机结构的前缘或者尖端可以看到由于周围空气电离产生的辉光，电离的产生是由于这些区域电磁场强度的增强。在雷击的下一阶段，梯级先导可能从机体上电离区域伸出，寻找周围云团中的大量闪电能量。梯级先导是指包含静电荷的电离空气从带电的机体或者云团传出的通道。随着飞机飞越充满电荷的周围环境，梯级先导从飞机的已经形成电离区域的各个尖端蔓延开来。一旦从飞机上伸出的梯级先导与云层中伸出的梯级先导相遇，雷击就会发生，这时，机组和旅客就会看到闪光，听到巨响。雷击一般不会对飞机造成显著破坏，因为飞机机体及其静电敏感元件都经过了防雷击设计。电流流过机身导电蒙皮和结构，从飞机另一端部（例如机尾）流出，流向异极或者地面。飞行员此时有时会报告看到闪光或者设备短时受到干扰。

雷击的典型影响
由铁磁材料制成的部分飞机元件若遭受强电流会被强磁化，来自闪电的飞机结构内的强大电流会造成这种磁化。

虽然飞机电气系统设计成是抗雷击的，但闪电的不寻常的高强度可能会损坏如电控燃油阀，发电机，发电机和配电系统馈线等的元件。

民用飞机的雷击防护
大多数传统的飞机外部为金属结构，具有足够的厚度来抗雷击。这是基本保护组件。金属表面的厚度足以保护飞机的内部空间，避免雷击。金属蒙皮也防止电磁能量进入飞机的电线。但金属蒙皮不能防止所有的电磁能量进入电气网络，能使进入的能量的保持一个令人满意的水平。

通过对自然和雷击影响的了解，飞机制造商通过设计、测试雷击保护设置确保民航飞机在其整个服务寿命内得到足够的防护。材料的选择、涂料的选择、安装和保护功能的应用是减少雷击损坏的重要方法。

飞机上最容易直接遭受雷击的区域一般有雷击防护，飞机制造厂家进行一些列测试，确保在设计上使这些区域得到足够的防护，雷击多发区的复合材料部件必须有相应的防雷保护

从现役飞机得到的大量数据为飞机制造厂家改进雷击防护措施提供了重要的信息，这些改进会显著降低雷击损伤。
飞机上的雷击防护措施一般包括：
■电缆屏蔽
■搭铁线
■复合材料包覆的铝箔，表面金属丝网，金属框架、火焰喷涂铝涂层，嵌入金属丝，分流条，金属箔衬里等

飞机发现雷击后需要采取的措施：
雷击发生时，飞行人员可能察觉不到，一旦察觉到飞机遭受了雷击，飞行人员需确定是否继续飞往目的地，是否返航或者备降到就近机场来进行检查和修理。机务人员可能会在地面通过飞机上的雷击点来发现、确认雷击的发生。必须明确的是飞行记录本中不可能记录所有的雷击事件，因为飞行人员可能根本没有察觉到飞机遭受了雷击。机务人员需对雷击有足够的认识，以便于采取正确的措施。

民航飞机雷击损伤的识别
雷击在进入点和离开点对飞机的结构会造成影响，在金属结构上，雷击损伤的形式一般是坑点、烧蚀痕迹或者小圆孔。这些孔可能出现在某一集中区域或者分散很宽广的区域内。烧灼的或者变色的蒙皮也表明了雷击的发生。严重的雷击会造成飞机某些尖锐部分的缺失，例如平尾、垂尾和翼尖的边缘部位（见图五）。雷击时产生的冲击波也可能压垮某些飞机结构。另一种雷击造成的损伤是搭铁线的损坏，这是由于雷击时的强大电磁力造成的。

图五典型的雷击损伤

由于在雷击从开始到结束的时间段内，飞机飞过的距离大于飞机本身的长度， 闪电会在飞机上有多个进入点，有的后续的进入点可能出现在开始离开点的后面。此类现象典型的是沿着飞机机身长度方向的多个烧灼点，如图六所示。

图六雷电在机身流动造成的多点损伤

基于以上考虑,B737NG飞机的结构手册对于沿机身长度方向的多个雷击点确定了雷击损伤强度（LSDR）的计算方法， 而没有对于沿机身周向的多个雷击点建立LSDR的计算方法，若发生沿机身周向的多个雷击点，则只能向厂家进行咨询。

如果保护涂层缺失、缺少或者设计不当，雷击也可能造成复合材料结构的损伤，如烧蚀的漆层，损坏的纤维和铺层的缺失等（见图七）

图七复合材料的雷击损伤

雷击结构检查程序
一旦确认飞机遭受了雷击，则必须进行雷击的视情检查，找出闪电的进入点和离开点。维护人员应仔细检查闪电进入点和离开点的区域，找到所有的损伤。在飞机返回使用前，必须进行这种视情检查，辨别对结构和系统的损伤。飞机蒙皮可能有导致失压或者裂纹的烧穿孔，关键的飞机部件、线缆、搭铁线需确保适航。基于此，需进行一次完整的视情检查。飞机雷击检查区域可以划分成如图八所示的区域。一些区域相对于其他区域更易遭受到雷击，如图九所示。雷击进入点一般出现在区域1， 鲜有发生在区域2和区域3。一般的闪电从区域1进入从其他区域1离开，易于遭受雷击的外部元件包括：
■雷达罩. ■ 吊舱. ■ 翼尖. ■ 平尾尖.■ 升降舵.■ 背鳍.
■ 襟翼滑轨整流罩后缘.■ 起落架.■ 污水排放罩.■ 大气数据传感器(皮托管、静压板，迎角传感器，总温传感器）

图八雷击检查区域的定义

在区域2，很少发现初始雷电的进入点，但闪电的通路可能被推入此区域，例如：雷达罩可能是闪电进入点，但由于飞机的向前移动，闪电通路可能被推到雷达罩后面的机身区域。即使没有在区域1和区域2发现雷击测出入点， 也应仔细检查区域3， 简言之，任何闪电出入点必须被找到，出入点周围的区域需仔细检查。

图九雷击检查区域的划分

雷击的区域表面检查
飞机制造厂家提供雷击检查的程序以确保飞机表面未遭到损伤，航空公司应以此程序作为自己检查、修理的权威来源，典型的程序包括以下内容：
■ 对区域1和区域2进行典型表面检查
■ 检查所有的飞机表面
■■仔细检查有无雷击的进入和离开点，以及蒙皮的搭接、对接处。
■■对于复合材料的分层损伤可与使用设备进行无损检测或者用敲击法来发现
■■对于区域2，检查皮托管、迎角传感器、静压板以及周围区域有无损伤

如果未在区域1和区域2检查发现雷击进出点，则检查区域3有无雷击痕迹。对于区域3 的检查和区域1和区域2类似，区域3的附加检查包括:
■检查所有的外部灯光有无灯罩、灯组件破损或其他可见损伤
■检查所有操纵面有无损伤，如有必要进行操纵测试
■检查起落架舱门
■检查备用磁罗盘
■检查燃油量指示的准确性
■检查放电刷

这里强调一下放电刷的作用是将飞机表面和空气摩擦产生的静电荷放掉，以避免静电对通信系统的干扰。如果放电刷损坏或者缺失过多，静电荷积累过多，通讯系统中就会出现噪音。所以放电刷属于ATA23章。放电刷和防雷击没有特定的关系，但由于放电刷为尖锐形状，闪电电流可能从放电刷流出，造成放电刷损坏

飞机内部元件检查：
如果雷击导致了某系统异常，需按AMM相关内容对受影响系统进行一次完成检查，如果飞行员报告罗盘偏差大，则需检查备用磁罗盘，对燃油指示系统自检，确保准确性。

对无线电和导航系统进行功能测试
雷击后需要进行的检查级别取决于飞行员提供的信息和雷击后飞机的状态，例如如果雷击后飞行人员使用了导航和通讯系统切运行正常，则不需要进行功能检查，对于飞行员没有使用的系统或者不能正常使用的系统，则需按AMM相关章节的要求进行检查。另外，即使雷击后飞行人员使用了某系统且正常，但检查发现系统元件旁边有雷击痕迹，也需要对此系统进行进一步检查。图十为雷击后飞机内部部件的检查逻辑图。

图十内部部件雷击后检查流程图

雷击后的结构修理
相关机型的结构修理手册（SRM)包含一般雷击的允许损伤标准和适用修理程序，维修人员需要恢复飞机结构的完整性、极限强度、保护层等。SRM对于区域1和区域2内常见的易受雷击的部件一般情况下提供专有的雷击允许损伤标准以及典型修理方法。对于SRM没有提供专有雷击损伤标准的部件，可以根据雷击损伤后造成的损伤的形式，从SRM的相关章节找到允许损伤的标准。

结束语
航空公司应该认识到： 尽管飞机在设计制造时采取了众多的防雷击措施， 飞机仍不可避免的遭受到雷击， 飞机是不能够避雷的，对于运营中的飞机，减少雷击的唯一措施是远离雷雨天气，尽量减少飞机暴露在雷击环境中的时间。雷击会影响航空公司的运营，造成延误或取消。对雷击有正确的理解，有助于提高维修人员的效率，确保所有雷击损伤被检查到并得到正确的修理。

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