浅谈民航客机雷电防护的重要性
栏目:行业资讯 发布时间:2019-05-30

5月5日,俄罗斯SSJ100起飞后不久即遭雷击而选择返航,最终选择迫降失败酿成惨剧。历史上一直存在因雷击而机毁人亡的例子,但更多的是飞机遭受雷击后仍安全返航和未造成严重损伤而未被记录的飞机遭雷击的事例。这也侧面说明了飞机雷电防护的有效性和重要性。


民航飞机需具备雷电防护能力


雷电是由强烈的大气对流引起的大气体电荷分布极不均匀继而将大气电离后形成蜿蜒曲折、分支众多的电离通道,最终沿主通道连接至相反极性的电荷中心使电荷中和、泄放以完成放电的过程,并常伴随着声、光、热和电磁等多种物理现象的发生。而自人类发明飞机以后, 雷电就一直是飞机飞行安全的重大威胁之一。飞机在飞行中经常会遇到云地间甚至云内的雷电打击,据统计,固定航线的飞机平均每年遭受一次雷击。


而飞机雷电防护的意义正是保障被雷击飞机的飞行安全。即使飞行员依照飞行手册和气象雷达的建议,也不可能做到100%不被雷电打击。所以对飞行器雷电防护来说, 最重要的并不是防止被雷击中,而是耐雷击。飞机的雷电防护设计就是一系列为了保证飞机在遭到雷击后,结构上不出现影响飞行安全的损伤,并维持飞行所必须的关键系统安全、正常工作所采取的措施。否则, 如果飞机因雷击而发生发动机系统, 航电系统、燃油系统等有一个甚至多个失常,乃至故障、无法恢复, 或者机内燃油被引燃、引爆等情况, 那么飞行的安全性就无从谈起。正因为如此,世界各主要民机适航审定当局均把飞机雷电防护鉴定试验作为适航取证必不可少的环节,强制要求民航飞机具备足够的雷电防护能力。


我国飞机雷电防护试验水平稳步提升


关于飞机雷电防护的研究自20世纪下半叶开始,世界上以欧洲DGA实验室、美国LTI实验室为首率先开展了相关研究工作,包括对自然雷电参数以及飞机对雷电打击的耦合效应的研究,并在20世纪80年代开始形成了飞机雷电防护试验标准体系。以美国FAA为例,现行飞机雷电防护有关标准包括ARP- 5412/5414/5416对飞机雷电防护试验采用的标准雷电波形、区域划分和试验条件都做出了具体的规定, 这些标准也都随着对飞机雷电防护研究的发展而经历数次更新。


中国飞机雷电防护试验工作自20世纪90年代开始起步,在合肥航太飞机雷电防护实验室开创性地开展运7200A(“新舟”60)的雷电防护试验研究工作,之后主编了飞机雷电防护试验标准GJB 35671999《军用飞机雷电防护鉴定试验方法》,并在国内外发表了大量相关论文,还出版了专著《航空器雷电防护技术》。随后飞机雷电防护设计以及试验研究在国内逐渐得以推广。


现代飞机雷电防护通常从设计开始,应该贯穿飞机整个研制过程, 把雷电防护的意识渗透到飞机设计中。由于雷电打击飞机整个过程过于复杂,还无法从理论分析和仿真角度给出可靠而精确的防护能力鉴定结论,所以必须通过地面模拟雷电试验对飞机雷电防护能力做鉴定。通常实验室把自然雷电环境分解为雷电压和雷电流两部分分别模拟, 在飞机雷电附着点分区试验后,针对雷电打击飞行器造成的直接效应、间接效应选取对应电压、电流波形分别开展鉴定试验。其中间接效应试验包括设备级、系统级和整机级, 整机级雷电防护试验是目前适航取证强制要求通过的。


目前,我国合肥航太具备完善的可执行国际先进雷电防护标准的实验室,包括4.8MV冲击电压发生器和冲击大电流发生器装置,能输出满足标准的雷电压、雷电流波形, 还拥有移动式外场全机雷电防护试验装置,对民航飞机开展的雷电防护鉴定试验可获得中国、美国、欧洲适航审定当局的认可。通过20多年的发展,特别是以我国某大型飞机全机雷电试验为标志,我国飞机雷电防护试验水平已经跻身国际前三。


未来,我们应该认识到飞机雷电防护设计是保证飞行器飞行安全的核心技术之一,要重点发展我们自己的雷电防护设计力量。建设极高冲击电压发生器等一系列世界先进装置,可大大提高飞机雷电缩比试验的比例尺度,更真实模拟自然雷电环境。同时,要大力开展基础研究来加深我国对飞机雷电防护标准的理解和应用,为以后飞机雷电防护标准的修订做支撑。