這不僅給人們的生產(chǎn)活動(dòng)帶來諸多不便，還會(huì)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(huì)對(duì)航班起降造成影響？我們又該如何防范呢？
1. 你怕熱？飛機(jī)也怕“熱”啊！
飛機(jī)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(jī)必須具備足夠的升力才能實(shí)現(xiàn)飛行，而飛機(jī)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(dá)到50℃時(shí)，地表空氣由于膨脹而變得稀薄，密度將比20℃時(shí)降低近10%。也就是說，隨著氣溫升高，飛機(jī)的升力會(huì)下降，甚至?xí)绊懙狡鸾蛋踩?
當(dāng)然，這里還存在一個(gè)需討論的問題：飛機(jī)往往在海拔近萬米的高空巡航，那里的空氣遠(yuǎn)比地表空氣密度低，為何飛機(jī)卻仍有足夠的升力維持飛行呢？
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(jī)在高空的巡航速度通常在800千米/時(shí)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(jī)在起飛和降落時(shí)，速度卻往往只有200~300千米/時(shí)，速度的下降必然導(dǎo)致升力的減小，此時(shí)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(huì)給飛機(jī)的結(jié)構(gòu)安全帶來不利影響。飛機(jī)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(qiáng)度卻會(huì)隨著溫度升高而急劇降低。而且，由于機(jī)身各部分在高溫下的膨脹程度不一樣，相互間會(huì)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(duì)高溫，除了停飛，還可以采用以下應(yīng)對(duì)措施：其一，可以減少飛機(jī)上的乘客和貨物，以減輕飛機(jī)重量，彌補(bǔ)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(jī)場(chǎng)的慣常做法；其三，延長(zhǎng)跑道，使飛機(jī)獲得更大的起飛速度。
2. 雷電來了？飛機(jī)：我躲！
雷電通常發(fā)生于大氣對(duì)流層的積雨云中，而大型客機(jī)大多在平流層飛行，換句話說，飛機(jī)在平流層巡航時(shí)是無需擔(dān)心雷電的。可飛機(jī)在起降階段不得不穿越對(duì)流層，就難免存在遭遇雷電的可能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每天會(huì)發(fā)生800萬次雷電，一架固定航線的飛機(jī)平均每年都會(huì)遭遇一次雷擊。
雷電給飛機(jī)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(jī)機(jī)身時(shí)，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(jī)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(huì)在飛機(jī)周圍形成變化的磁場(chǎng)，在飛機(jī)內(nèi)部電路中產(chǎn)生感應(yīng)電壓和電流?，F(xiàn)代飛機(jī)中普遍配有飛行控制系統(tǒng)等先進(jìn)的電子電氣設(shè)備，而且為降低成本和重量，飛機(jī)部件越來越多地采用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。
其中，電子電氣設(shè)備受電磁環(huán)境的強(qiáng)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(duì)雷電環(huán)境更為敏感。這些都嚴(yán)重威脅著飛行安全。
面對(duì)雷電，最有效的方法就是：躲。
飛機(jī)上的氣象雷達(dá)可以實(shí)時(shí)勘測(cè)飛行環(huán)境，來自地面的氣象預(yù)報(bào)也能幫助飛行員獲知天氣信息，從而使飛機(jī)盡量遠(yuǎn)離雷暴嚴(yán)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?yàn)楫?dāng)前先進(jìn)的民航客機(jī)在研制之初就會(huì)進(jìn)行防雷電設(shè)計(jì)，以保證飛機(jī)和機(jī)載設(shè)備安全無虞。
而在雷電防護(hù)設(shè)計(jì)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(jì)為低阻抗通路。如此一來，雷電電流在通過時(shí)生成的熱量就不會(huì)過大，部件間隙之間也不易形成電火花。同理，飛機(jī)框架之間及蒙皮與結(jié)構(gòu)之間，也都被設(shè)計(jì)成低阻抗通路。
此外，飛機(jī)上還普遍安裝有避雷帶，當(dāng)飛機(jī)停放在停機(jī)坪上時(shí)，機(jī)上的避雷帶會(huì)與地面相接，一旦飛機(jī)受到雷電侵襲，避雷帶就可以將雷擊電流導(dǎo)入大地。飛機(jī)的垂直安定面、翼尖等凸出飛機(jī)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(jī)身外。
近年來，一個(gè)有趣的研究表明，給飛機(jī)“充電”也能降低其遭遇雷擊的風(fēng)險(xiǎn)?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，在遭遇雷擊前，帶電云層會(huì)首先使機(jī)身表面極化，導(dǎo)致飛機(jī)一側(cè)帶有更多正電荷，而另一側(cè)則帶有更多負(fù)電荷，從而形成雙向電流。正是這股電流使飛機(jī)容易招致雷擊。
于是，研究者們反其道而行之，給飛機(jī)裝上一個(gè)充電系統(tǒng)，它能通過傳感器感知機(jī)身及周圍的電場(chǎng)，在電場(chǎng)達(dá)到雷擊臨界值前會(huì)及時(shí)充入反向電荷，從而將機(jī)身雙向電流扼殺在搖籃里。