飛機雷擊現象分析及排故方案簡介

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摘要：雷擊損傷已經成為飛機營運過程中最為突出的問題之一。本文結合OEM結構修理手冊（SRM）及典型案例，通過對飛機雷擊現象進行分析，介紹雷擊損傷的修理方案，最大限度縮短飛機的排故時間。

引言

國際民航組織報告顯示，飛機遭遇雷擊是極為頻繁，平均每2000飛行小時就會遭遇一次雷擊。目前民航客機採用了各種防雷、避雷、雷擊保護等措施，但是雷擊仍會對機體結構、重要設備、操縱系統造成一定的影響。

對於航空營運人，最大關注點就是飛機安全和經濟效益。本文對雷擊現象進行分析，針對飛機結構的雷擊損傷，主要討論損傷的評估與修理。在保證安全可靠的前提下，快速處理損傷，減少飛機AOG時間，最大程度上保證航班運營。

雷擊現象分析

當大氣雲層中存在電荷，雲層和地面之間就會形成電場。局部電場會逐漸增加到超過空氣的擊穿電壓（空氣擊穿電壓與多種因素有關），就會導致此處空氣發生電離。在這個過程中，大量電荷湧入電離區域。隨著電場的繼續增加，導致此區域存儲的電荷越來越多。

當電荷存儲到一定量之後，就會尋找途徑釋放出來，例如向地面放電。當飛機經過此放電區域，電荷就會流過機身，瞬間的高能量會對機體結構造成破壞，同時產生的電磁場會影響飛機的電子設備，此即為飛機的雷擊現象。

影響雷擊發生頻率的因素主要包括以下四點：

(1)飛機的外形尺寸

在相同電場的情況下，大型飛機末端會在局部積累更多的電荷，故相比小飛機而言，打飛機發生雷擊的頻率更高。

(2)飛機運營的地理環境

雷雨頻繁的地區，飛機發生雷擊的頻率更高。

(3)飛機自身的操縱約束

由於飛機自身設計的約束，限制了機組人員在飛行中躲避雷雨區域的能力。

(4)飛行高度

民航客機的巡航高度，國內航班在6800-8000米之間，國際航班在9000-11000米之間。雷擊多發生在6000米以下，飛機若此高度內飛行的時間越多，越易發生雷擊。所以，飛機的起落循環卻頻繁，雷擊率就更高。

雷擊檢查與損傷評估

飛機發生雷擊後，必須立即對其進行檢查和評估，根據損傷程度，制定修理方案。

3.1 雷擊檢查

雷擊檢查主要包括3大內容：檢查機體外表面、檢查機身內部組件、檢查操縱系統。本文主要討論機體結構的檢查，即位於機體外表面的損傷。

針對受影響的區域，進行材料的導電率的測試。對於空客飛機，需要同時進行材料硬度的測試。

檢查過程中，主要注意以下幾點要素：

(1)確定電流的進入點和穿出點。

在電流進入點和穿出點，電荷積聚最大，熱量最高，對結構造成的損傷最明顯。大多情況下，進入點和穿出點位於圖1所示的ZONE 1的區域，從機頭位置進去，從平尾後緣翼尖部位穿出。在這個過程中，受影響的部位包括：大翼前後緣、翼尖、發動機、垂尾、平尾、升降舵、APU、起落架、空速管等。在檢查過程中，要對以上區域重點檢查。

 

圖1 主要雷擊區域

(2)檢查損傷點。

對於金屬結構，重點檢查是否存在穿孔、點蝕、燒蝕、變色，以及緊固件的損傷。

對於複合材料，檢查是否存在漆層變色、燒蝕、穿刺，以及蜂窩結構的脫層。

另外注意，檢查確認是否有放電刷缺失現象，檢查位置包括大翼後緣，翼尖小翼，方向舵後緣和升降舵後緣外側等位置。若有放電刷缺失，需要安裝新件，並對周圍結構進行導電率測試。根據CDL，確認放行時允許缺失的放電刷位置和數量。

(3)臨近結構檢查

a 在損傷點周圍3英寸的範圍內，使用放大倍數不少於10倍的放大鏡，詳細目視檢查是否存在裂紋；

b 在損傷點周圍20英寸的範圍內，執行一般目視檢查，以確認是否訊在裂紋、腐蝕或其他損傷；

檢查過程中，詳細記錄損傷情況。在機體上對損傷點進行標註編號。制表記錄損傷類型和損傷位置。

3.2損傷評估

由於飛機初始設計已經計算出損傷的容限要求，故並非所有的雷擊損傷都必須馬上執行修理。根據SRM手冊中對應的章節，確認OEM給出的允許損傷。

針對允許損傷，從結構力學的角度分析，必須保證剩餘材料滿足實際施加載荷的限制，即保證剩餘材料的恢復係數（R.F.）大於1，如公式2-1所示。

           

式中：

表示，剩餘材料允許承受的載荷；

表示，實際受力過程中對材料施加的載荷。

其中：

 

式中:

表示，材料的許用應力；

A表示，材料的橫截面積。

根據公式2-1和2-2可知，及為材料及設計的固有屬性，故為了保證材料的恢復係數，必須保證材料的橫截面積滿足要求，即材料的剩餘厚度滿足要求。

同樣的原理可以應用到緊固件的應力傳遞計算。

修理方案及補充措施

若雷擊的損傷情況超出了損傷容限的要求或臨時保留的時限已經到期，則需要執行修理。實際中，雷擊損傷的修理方案主要分為兩類：金屬結構的雷擊修理和複合材料的雷擊修理。下面分別對此兩類修理方案進行介紹。

4.1 金屬結構的雷擊修理

對於金屬結構的雷擊修理，總體概括有五種修理方法：

(1)損傷區域的打磨處理：

對於尺寸和位置在上述允許損傷要求範圍內的損傷，可以進行打磨修理，但是要保證打磨後區域的寬深比不能超出損傷容限的要求。另外，對打磨區域進行無損探傷，確保無裂紋。最後，對於裸露的鋁表面，要塗施一層阿洛丁，並進行基本的表面防護處理。

(2)安裝實心鉚釘：

這種修理方案是A類的永久修理，無需執行補充檢查。此種修理方法一般適用於尺寸小於0.3125英寸的損傷，且距離其他孔、緊固件、材料邊緣不少於4倍孔徑。否則需要執行3.1(5)蒙皮切割修理。

a 鑽孔以去除損傷，渦流探傷孔內無裂紋，並加大1/16英寸的保險切割。

b 對於需要安裝的埋頭鉚釘，保證劃窩深度不能超出蒙皮厚度的2/3，且要滿足氣動平滑性的要求。

c 開孔渦流探傷，以確認孔無裂紋或其他損傷。

d 按需安裝加大級實心鉚釘，並恢復表面防護處理。

(3)安裝拉鉚釘：

這種修理方案屬於C類的臨時修理，需要執行補充檢查。

安裝形式與安裝實心鉚釘類似。

(4)安裝冷凍塞：

此修理一般適用於尺寸小於0.44英寸的損傷。如果滿足如下條件，安裝冷凍塞的修理可以是A類的永久修理，無需補充檢查。

a 在半徑20英寸的範圍內，不能有其他的修理或損傷。

b允許使用的冷凍塞最大直徑為0.5英寸。

c 冷凍塞是適用於蒙皮或外部加強板的修理，對於粘接抗剪帶、粘接蒙皮或粘接加強板的下部構件，不允許使用冷凍塞修理。

(5)蒙皮切割修理：

一般損傷尺寸超出0.44英寸，則需要裁切掉損傷區域的蒙皮，執行外貼補或內鑲平的加強修理。

加強修理根據損傷位置修理方式會稍有不同，具體參見結構修理手冊（SRM）的指定章節。

4.2 複合材料的雷擊修理

複合材料按結構類型來區分，包括蜂窩夾層和層合板兩類。對於複合材料的雷擊修理，總體概括有四種修理方法：

(1)粘貼金屬膠帶

這種修理方案是C類的時限修理，一般時限很短，幾個循環或者幾天。此種修理方案的好處是簡單易操作，快速恢復飛機到可用狀態。

a 對損傷區域進行詳細目視檢查和敲擊測試，以確認是夠存在脫膠、分層等其他損傷。

b 切割去除鬆脫的纖維層。

c 確認無潮氣及水分進入受影響區域。SRM 51章給出了去除潮氣和水分的方法。

d 室溫下粘貼金屬膠帶。可按需加熱以增加其粘合性。

e 保證膠帶張貼超出損傷邊緣至少4.0英寸。粘貼金屬膠帶的方法可見標準施工手冊。

(2)填膠和注膠

這種修理方案一般是C類的時限修理，對於一些非重要結構區域，也可以作為永修修理。通常使用在負載較小的蜂窩夾層板上，目的是防止溼氣的滲入及損傷的進一步擴大[5]。

一般選擇結構膠，例如：BMS5-92或BMS5-123，此種膠在滿足封嚴的要求下，還具有很好的結構性能，

(3)溼鋪層

此種修理方法一般情況下為A類永久修理，當然，也需要結合具體損傷位置損傷情況進行綜合評估。

溼鋪層的固化溫度範圍是150℉到200℉。根據選用的固化膠及其對應的溫度曲線來進行固化處理。

溼鋪層主要的修理步驟為：

a 調配固化膠

根據標準施工的說明，按照指明的重量比調配固化膠。為了避免浪費，固化膠的總量應控制在修理使用織布重量的1.05~1.1倍，空客飛機要求控制在1.2~1.3倍。同時要特別注意說明書中膠的保持時間，一般情況下，調配好的膠要在2個小時內使用完，否則其性能將不能滿足修理的要求。

b 用膠浸漬修理織布

在浸漬織布過程中，要注意不能把膠刮到織布外面去，否則會影響膠和織布的比例。

c 裁剪修理補片在浸漬織布的分離膜上畫出補片的形狀，進行裁剪。

d 鋪層

在鋪層過程中，需要特別注意織布修理層的方向要與原鋪層的方向一致，且不能有氣泡。結束後進入加溫固化環節。

(4)預浸布

此種修理方法為A類永久修理。預浸布的固化溫度範圍是250℉到350℉。

修理所使用的材料是膠膜和預浸布。預浸布是已經浸漬好的織布，可以提高生產和修理效率。但是材料的儲存複雜，費用高。

除了無需浸漬織布的步驟外，預浸布的修理步驟與溼鋪層的修理相同。注意的是膠的不同固化要求。

4.3補充措施

手冊內的修理，對於非A類的永久修理，都會給出補充檢查措施，包括檢查門檻值，檢查間隔，檢查方法等。

超出手冊範圍的修理，在修理完成後，OEM會主動提供補充檢查措施。但是對於一些需要進行損傷容限評估的修理方案，OEM可能無法馬上提供檢查的門檻值。根據法規，這樣的修理只能滿足24個月內的靜強度要求。OEM會在這24個月內完成評估，並提供檢查門檻值。

這裡涉及的檢查方法主要是目視檢查和高頻渦流探傷。若檢查中發現問題，可視情況進行修理。

案例分析

下面結合兩個維修過程中經常出現的損傷，簡要介紹雷擊修理的方法。

(1)金屬結構-機身雷擊燒蝕點

損傷描述：機型320，機身右側FR 29-30,S41-42，增壓區域，遠離周圍緊固件，燒蝕點尺寸0.31mmX0.19mm，深0.06mm,見圖2

圖2 機身雷擊燒蝕點

經評估，此損傷已經超出允許損傷的尺寸限制，故不能保留，需要立即執行修理。

修理方案：打磨掉受影響蒙皮漆層，鑽孔以去除損傷，渦流探傷孔內無裂紋，並加大1/16英寸的保險切割。

對周圍金屬結構進行導電率測試，確認符合標準要求。

根據鑽孔尺寸，確認可安裝拉鉚釘。由於此區域無氣動平滑性要求，可安裝坦頭拉鉚釘NAS1398D*-*。

此修理為C類修理，需要進行補充檢查，並在定檢（不超過時限要求）中更換安裝實心鉚釘。

經驗總結：安裝實心鉚釘需要雙側接近，拆除內飾以及幹涉結構需要大量時間。由於雷擊修理多發生在航後，為了保證航班，減少排故時間。可安裝拉鉚釘臨時修理，結合補充檢查，待定檢中更換為實心鉚釘。

(2)複合材料-發動機反推消音板雷擊燒蝕

損傷描述：機型777F，發動機反推內環消音板後緣5點鐘方向有一雷擊燒蝕點，尺寸：4.13 inch x 1.22 inch。見圖3。

圖3 消音版雷擊燒蝕

經評估，此損傷沒有超出允許損傷的限制。在保證航班的情況下，進行臨時修理保留4000FC。待定檢中執行永久修理。

臨時修理方案：清除損傷區域，打磨倒角去除損傷材料。粘貼金屬膠帶，且每隔400FC進行檢查。若發現膠帶變形，更換膠帶。

永久修理方案：使用BMS5-92填膠固化處理。室溫固化，固化時間24小時。

經驗總結：對於非重要結構區域，在允許的情況下，可以考慮使用填膠處理的方式進行永久修理。溼鋪層或預浸布雖然也可進行永久修理，但是操作方法相對複雜，維修消耗工時多。

總結

雷擊是造成航班延誤的一個不可預測因素，使得雷擊損傷在民航維修領域越來越受到關注。本文結合多年航線排故維修的經驗，綜合介紹了損傷評估及修理的基本方法，為航線排故提供基本參考信息。在工作過程中，要結合實際施工條件，充分運用以上提及的修理方法，能夠明顯提高排故效率，減少航班延誤時間。

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編輯 曹慶濤 北京三聯宇航

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