高溫雷暴天氣致航班延誤，夏季空乘安全指南來了→

入夏以來，我國北方多地都遭受了高溫酷暑天氣，與此同時，南方卻長期陰雨綿綿，雷暴天氣頻現(xiàn)。

這不僅給人們的生產(chǎn)活動帶來諸多不便，還會影響出行安全。高溫與雷電是航空飛行在夏天最常遇到的也是最棘手的問題，近期，筆者身邊就有許多小伙伴遇到了因雷暴而導(dǎo)致航班取消或延誤的情況。高溫與雷電為何會對航班起降造成影響？我們又該如何防范呢？

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1. 你怕熱？飛機也怕“熱”啊！

飛機在高溫天氣里面臨的最大威脅是高溫導(dǎo)致的升力不足和結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力問題。

眾所周知，飛機必須具備足夠的升力才能實現(xiàn)飛行，而飛機的升力是與空氣密度成正比的，即空氣密度越大，升力也越大。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，當(dāng)氣溫達到50℃時，地表空氣由于膨脹而變得稀薄，密度將比20℃時降低近10%。也就是說，隨著氣溫升高，飛機的升力會下降，甚至?xí)绊懙狡鸾蛋踩?/p>

當(dāng)然，這里還存在一個需討論的問題：飛機往往在海拔近萬米的高空巡航，那里的空氣遠比地表空氣密度低，為何飛機卻仍有足夠的升力維持飛行呢？

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這就涉及升力和飛行速度之間的關(guān)系了，即升力與速度的平方成正比。飛機在高空的巡航速度通常在800千米/時以上，即使在空氣稀薄的條件下，依舊能獲得很大的升力。飛機在起飛和降落時，速度卻往往只有200~300千米/時，速度的下降必然導(dǎo)致升力的減小，此時若再遇上高溫天氣引發(fā)空氣密度變小的情況，無疑是雪上加霜。

除降低升力之外，高溫還會給飛機的結(jié)構(gòu)安全帶來不利影響。飛機上使用最多的結(jié)構(gòu)材料是鋁合金等金屬材料，盡管其制造和裝配工藝都已經(jīng)十分成熟，其強度卻會隨著溫度升高而急劇降低。而且，由于機身各部分在高溫下的膨脹程度不一樣，相互間會形成約束，使結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生新的應(yīng)力分布，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生扭曲變形，從而帶來安全隱患。

面對高溫，除了停飛，還可以采用以下應(yīng)對措施：其一，可以減少飛機上的乘客和貨物，以減輕飛機重量，彌補升力的損失；其二，由于夜間比日間氣溫低，可以將航班調(diào)整到夜間，這也是很多低緯度地區(qū)機場的慣常做法；其三，延長跑道，使飛機獲得更大的起飛速度。

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2. 雷電來了？飛機：我躲！

雷電通常發(fā)生于大氣對流層的積雨云中，而大型客機大多在平流層飛行，換句話說，飛機在平流層巡航時是無需擔(dān)心雷電的?？娠w機在起降階段不得不穿越對流層，就難免存在遭遇雷電的可能。據(jù)統(tǒng)計，全球每天會發(fā)生800萬次雷電，一架固定航線的飛機平均每年都會遭遇一次雷擊[1]。

雷電給飛機帶來的破壞，最直觀的表現(xiàn)就是燃燒、熔蝕和結(jié)構(gòu)變形。雷電電流在流經(jīng)飛機機身時，幾微秒內(nèi)即可傳送巨大能量，導(dǎo)致材料熔化或汽化，使飛機結(jié)構(gòu)瞬間損毀或扭曲。

除了肉眼可見的損傷外，雷電往往還會在飛機周圍形成變化的磁場，在飛機內(nèi)部電路中產(chǎn)生感應(yīng)電壓和電流。現(xiàn)代飛機中普遍配有飛行控制系統(tǒng)等先進的電子電氣設(shè)備，而且為降低成本和重量，飛機部件越來越多地采用纖維增強復(fù)合材料。其中，電子電氣設(shè)備受電磁環(huán)境的強烈影響，而復(fù)合材料則由于導(dǎo)電率比金屬低得多，不但能吸收更多能量，電磁屏蔽能力也極為有限，因而對雷電環(huán)境更為敏感。這些都嚴重威脅著飛行安全。

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面對雷電，最有效的方法就是：躲。飛機上的氣象雷達可以實時勘測飛行環(huán)境，來自地面的氣象預(yù)報也能幫助飛行員獲知天氣信息，從而使飛機盡量遠離雷暴嚴重的區(qū)域。

不過，即使與雷電正面相遇也不必過度擔(dān)心，因為當(dāng)前先進的民航客機在研制之初就會進行防雷電設(shè)計，以保證飛機和機載設(shè)備安全無虞。而在雷電防護設(shè)計中，油箱無疑是重中之重。為避免油箱燃燒爆炸，燃油系統(tǒng)都被安置于放電電弧直接附著概率很低的區(qū)域。油箱及其內(nèi)部可能帶電的部件，也都被設(shè)計為低阻抗通路。如此一來，雷電電流在通過時生成的熱量就不會過大，部件間隙之間也不易形成電火花。同理，飛機框架之間及蒙皮與結(jié)構(gòu)之間，也都被設(shè)計成低阻抗通路。

此外，飛機上還普遍安裝有避雷帶，當(dāng)飛機停放在停機坪上時，機上的避雷帶會與地面相接，一旦飛機受到雷電侵襲，避雷帶就可以將雷擊電流導(dǎo)入大地。飛機的垂直安定面、翼尖等凸出飛機表面的位置均配備放電刷，也能瞬間將流經(jīng)的電流釋放到機身外。

近年來，一個有趣的研究表明，給飛機“充電”也能降低其遭遇雷擊的風(fēng)險?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，在遭遇雷擊前，帶電云層會首先使機身表面極化，導(dǎo)致飛機一側(cè)帶有更多正電荷，而另一側(cè)則帶有更多負電荷，從而形成雙向電流。正是這股電流使飛機容易招致雷擊。于是，研究者們反其道而行之，給飛機裝上一個充電系統(tǒng)，它能通過傳感器感知機身及周圍的電場，在電場達到雷擊臨界值前會及時充入反向電荷，從而將機身雙向電流扼殺在搖籃里。

3. 夏季安全乘機小貼士

現(xiàn)代飛機防高溫及防雷電的技術(shù)已相當(dāng)完善，旅客們在乘坐飛機時，即使遇到高溫或雷擊也不必驚慌。以下提供幾條夏季乘機小貼士：

（1）夏季早晨較為涼爽，且雷暴多出現(xiàn)在下午，而很少出現(xiàn)在早間，因此通常早間航班受高溫或雷暴等天氣的影響較小，建議盡量選擇乘坐早間航班。

（2）及時關(guān)注機場附近天氣情況與航班動態(tài)，如遇到異常高溫或雷暴天氣，航班極有可能延誤甚或取消，在前往機場途中注意做好防暑降溫措施，雷暴天氣盡量乘坐地鐵等交通工具，減少地面通行。

（3）夏季極端天氣可能會使飛機在飛行過程中面臨更多的顛簸氣流和逆風(fēng)，在飛機劇烈顛簸時，務(wù)必系好安全帶并緊握扶手。

參考文獻：

[1] 段澤民. 飛機雷電防護概述[J]. 高電壓技術(shù), 2017, 43(5): 1393-1399.

作者：朱磊 南京航空航天大學(xué)航空宇航推進理論與工程博士

審核：鄧曉濤 中國航發(fā)湖南動力機械研究所 高級工程師

出品：科普中國

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