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飞机遭雷劈属于家常便饭 。 根据有关统计 ， 一架飞机平均每3000小时就会遭遇一次雷击 ， 美国一年就约有7000次民间飞机被闪电击中的记录 。 常见的是“某民航在雷电中惊险降落”的新闻 ， 而少见雷电击毁飞机的新闻 。 这是由于传统的大部分客机大量采用铝蒙皮 ， 相当于机身外侧有一个“法拉第笼” ， 因此绝大多数雷电造成的损坏并不大 ， 仅仅是漆面磨损 ， 甚至有的维修手册上会建议“使用砂纸和锉刀打磨雷击点” 。
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根据相关研究 ， 绝大部分飞机遭遇闪电的情况都是在下落或者爬升过程中 ， 这是由于闪电现象大多在5000~15000英尺（1524~4572米）的高度中活跃 。 雷击有两种情况 ， 一种是飞机自身在穿越强电场区域时（例如雷雨云）诱发的 ， 这种情况一般是发生在3000米以上的高空 ， 通常表现为云内或云间的闪电 ， 这种情况约占总事故的90%；另一种则是云地之间发生闪电时 ， 飞机恰好路过 ， 这种闪电能量更大 ， 导致的后果也更为严重 。 此外 ， 喷气式飞机可能在没有雷电迹象的地区引发雷电 ， 因为热废气起到“电荷载体”的作用 ， 并以电离的形式飘在飞机身后 ， 这也使喷气飞机在飞行过程中成为了一个绝佳导体 。
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【飞机|大量采用复合材料会降低飞机抗雷击性能？】在上世纪80年代 ， NASA通过作死试验证明了这一点 。 当时他们提出了派飞机主动去挨雷劈 ， 来试验雷击对飞行的影响 ， 并确定其对复合材料制作或电传飞机的威胁有多大 。 NASA编号为N816NA的NF-106B（原为F-106B 57-2516号机）在6年内穿越了1496次雷暴区域 ， 并被雷劈中714次 。 最夸张的一次是在1984年的一次飞行中 ， 在45分钟内被劈72次 ， 堪称渡劫式飞行 。
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当然 ， NASA的雷不是白劈的 ， 在反复被雷劈的过程中 ， NASA总结了一套行之有效的飞行器防雷手段 ， 并且验证了复合材料和电传操纵在雷电中的表现 。 根据试验结论 ， 雷电会损坏飞机的关键设备 ， 例如发动机失灵 ， 甚至是直接击中外置油箱产生的起火爆炸（没错 ， 又是我寡妇制造者F-104） 。 这是由于雷击不仅会引起轴承故障 ， 雷电天气下产生的电离空气一旦被发动机吸入也会使得发动机发生故障 ， 更不用说F-104那大大的翼尖油箱 ， 不仅引雷 ， 里面的油气混合物在高温下也容易发生爆炸 。
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通过这些案例积累的经验教训 ， 现在的民航客机已经有了一套涵盖从设备安装到电气设备和油箱设计的方方面面的 ， 行之有效的防雷方式 。 加上机身表面的铝蒙皮构成的法拉第笼和放电刷 ， 现代民航飞机能硬接大多数雷电不发生意外 。 可他们的雷达罩却很容易在雷电天气下破损 ， 因为雷达罩为了电磁波的透波性 ， 大多使用复合材料 ， 这些复合材料并不导电 ， 一旦遇上闪电恰好从雷达罩经过 ， 就很容易产生破损 。 那么问题来了——既然复合材料做的雷达罩不能防雷 ， 那用复合材料制作的飞机呢？
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这得分情况讨论 ， 根据NASA的试验和复合材料的民航客机的实际使用 ， 复合材料飞机并非不耐雷劈 。 但这些民航客机抗雷电的方式并非是靠复合材料硬抗 ， 而是取巧的方式 ， 在复合材料里添加导电材料 。 以A350为例 ， 空客在复合材料板中嵌入金属箔来增强导电性；波音787更是在复合材料表面中嵌入了57英里长 ， 重达1吨的铜制导电网 。 再加上复合材料表面还需要涂刷铝粉和封孔剂 ， 这使得复合材料机身外依然有一层金属的法拉第笼 ， 其内部设备和人员由此得以避免被雷电伤害 。
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可能是这种操作会破坏隐身性能 ， 相当于夜行服上套反光背心 ， F-35的复合材料并没有使用类似的设计 。 美军也直接认怂 ， 承认F-35的蒙皮“不提供固有的被动防雷保护” ， 为此F-35不仅训练时要远离雷电 ， 在机场停放时还需要特别的防护手段 。 美国海军陆战队就是第一个为F-35购买专用避雷针的客户 ， 在2018年8月8日 ， 海军陆战队宣布计划从LBA公司那采购14根避雷针 ， 名为PLP-38-MOB的避雷针套件的单价为18 ， 750美元 ， 号称可以在120英里时速的风中直立 ， 在任何天气下都可以为F-35提供保护 。
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向老天爷认怂 ， 在地面安装防雷设备不丢人 ， 但在空中飞行时万一被雷劈了怎么办？美军的解决方案是直接跳过了“被雷劈了不受损害”这个要求 ， 转为要求只要飞机在被雷劈时没有当场暴毙就算胜利 。 以往的雷电事故中 ， 正如前文所说 ， 坠机的不是发动机失去控制 ， 就是油箱起火爆炸 ， 为此F-35的防雷改进也主要集中在这两个方向 。
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美国的第一个操作是加强飞机电脑的抗雷等级 ， 此前美国军方曾担心 ， 雷击会损坏包括自主保障信息系统（ALIS）的机载电脑在内的各类电子设备 。 据五角大楼测试评估办公室（DOT&E）称 ， 2019年ALIS已经获得“防雷保障” 。 也就是说即使被雷劈了 ， 也能保证飞机的电脑可以正常工作 ， 不至于失去对飞机 ， 特别是发动机的控制 。
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另一个关键点则在油箱 ， 由于F-35并没有采用F-104那拉风却容易被雷劈的翼尖油箱 ， 大部分情况下闪电不会直接击中油箱导致起火爆炸 。 不过美国还是设计了机载惰性气体生成系统（Onboard Inert Gas Generation System 缩写为OBIGGS） ， 这个系统实际是一个小型空分机 ， 将氮气泵入油箱内 ， 避免氧气和燃油挥发产生的气体在油箱内聚集 ， 以免这种易燃易爆气体受电击起火 。
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然而 ， 2020年美国空军的F-35A上的OBIGGS系统出现了问题 ， 因此F-35 联合计划办公室 （JPO） 建议不要在闪电或雷暴25英里范围内的任何地方使用F-35A 。 虽然今年新出厂的F-35A将安装改进后的措施 ， 不过这不代表别的型号就没有问题了 。 F-35B不仅可能在空中有麻烦 ， 他在地面上更有麻烦 。 此前美军曾有规定 ， 为了避免机内剩余燃油带来的危险 ， 美军要求燃油系统要在降落后的12小时内回归“惰性” ， 也就是内部没有氧气和燃料蒸发的气体 ， 不过根据一则2015年的报道 ， F-35B无法在12小时内“惰性” ， 地勤人员不得不使用外部氮气吹扫油箱或是干脆采取替代避雷策略（也就是购买避雷针） 。
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美军在F-35上不断出现的尴尬局面 ， 也为其他国家类似的研制计划带来了警示 。 很多先进材料或者先进的工艺固然有他的好处 ， 但也有着一些我们未曾预料的风险 ， 例如防雷 ， 再例如上周我们提到的沙子侵蚀发动机 。 如何平衡好先进技术的进步与风险 ， 是各国设计师都需要思考的难题 ， 尤其是韩国、土耳其 ， 这些准备研发自己的国产四代机的国家 。
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来源 | 新浪军事
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