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標 題[科學人][科學馬戲團]飛機上的避雷針,把電導到哪裡去了?
發信站政大狂狷年少 (Thu Jan 6 18:36:49 2005)
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飛機上的避雷針,把電導到哪裡去了? < 摘自科學人2003/12月號 >
高雄空軍航空技術學院航空通訊電子系兼任副教授蘇秋楠回答:
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基本上,飛機並沒有裝設避雷針,因為避雷針是要將空中的電荷接引到地面,
而飛機是在天上飛的。
http://sa.ylib.com/circus/images/200312plane-4.jpg
日本一架客機日前在起飛後不久,遭到閃電擊中
然而,飛機在空中卻是個電荷的大儲倉。由於飛機是由輕質金屬構成,且機
體的表面積很大,在空氣的吹拂、水氣的摩擦以及帶電體感應之下,很容易就
成為巨型儲電體。所幸飛機在空中飛行時,瞬間高頻又強大的電流會因為趨膚
效應(skin effect),使電荷只停留在機殼表面,此時,我們可以在結構上
夾入良導體,不讓流過機殼的電流集中在內部某個接縫點,機身就能免於局部
熔毀,因此內部乘客與設施基本上是安全的。不過,萬一遭到雷擊呢?平均而
言,飛機每飛行數萬小時就可能會遭雷擊一次,還好這強大的電流只會平順地
流過機身或機翼表皮,留下小小的燒蝕洞或缺口,對飛行並無大礙。現代新型
的飛機都具有密封性佳、防止火花引爆的結構油箱。
http://sa.ylib.com/circus/images/200312plane-3.jpg
飛機在空中遭遇雷擊損傷
不過,如果這些電荷不設法釋放,一旦飛機落地,它們就會極力尋找宣洩的
通路,例如人員、油灌車一旦靠近,這些電荷便伺機釋放所有的電能,產生「
跳火」的現象,導致人員傷亡、器材設備損壞,甚至引燃油氣發生爆炸!因此
飛機飛行時,就得設法盡量將電荷放掉。
如果是小型飛機,機身累積的電荷不會太多,在飛行途中,機翼尖端便可自
行放電。但如果是大型飛機,就會在飛機主翼或尾翼裝上「靜電釋放器」(
static discharge wicks),它能夠經由尖端放電,在飛行時將過量累積的靜
電荷釋放至大氣中,有的飛機的靜電釋放器甚至多達10個以上。
http://sa.ylib.com/circus/images/200312plane-5.jpg
飛機機翼後緣的靜電釋放器
等到飛機落地或維修時,就得用接地導線連接至接地栓,這樣可以將剩餘電
荷安全引導至地面,也可以使飛機與地面保持同一電位,避免感應放電或遭雷
擊。如此一來,飛機就「天」不怕、「地」不怕了!
http://sa.ylib.com/circus/images/200312plane-2.jpg
飛機機身後下方的接地插座
http://sa.ylib.com/circus/images/200312plane-1.jpg
機場地面安設之靜電搭地栓
但倘若飛機在起飛階段呢?此時,飛機與大氣的摩擦並不嚴重,不過因為不
接地,萬一遭雷擊可是大大不妙,所以只得自求多福了!
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工研院系統晶片技術中心蔡燿城課長提供較簡要的答案:
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飛機上所謂的「避雷針」應該只是作為冠狀放電(Corona Discharge)時使
用的金屬凸起吧。當飛機飛行時摩擦產生靜電可以透過「避雷針」漸漸釋放電
荷,若遭雷殛亦可利用「避雷針」放電。
據說飛機每飛行一萬哩就有可能被雷擊中一次,但由於機殼大部分皆是導體,
因此當飛機遭雷擊時,電流會經由機殼流過,並由機身或機翼伸出的避雷針放
電,並不會進入導體內部傷害到裡頭的乘客,但強電流所形成的磁場,對機上
的電子或電氣系統會有影響。
為了減少飛機被雷擊的機會及危害,目前的方式大概有兩種:
1. 採用許多從機身或機翼伸出的避雷針以放電。
2. 採用良導體把機殼不良導體的部分,加以連接或遮蓋,以疏導電流,減少
傷害。
------------------------------------------------------------ 完 ----------
http://sa.ylib.com/circus/circusshow.asp?FDocNo=346&CL=8
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