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2012年5月29日 星期二

飛機雷擊解析/消雷針不避雷 噴射正離子「中和」

【聯合報╱記者李承宇、鄭朝陽】101年5月21日

梅雨季開始,雷擊發生率跟著升高,被「雷吻」的房屋失火等災害頻傳,
為了對付威力強大的雷擊,
內政部營建署已核准比避雷針更先進的「消雷針」,更能主動防止房屋被雷打到。

中央氣象局指出,每年3月起,發生雷雨的機率逐漸提高,
到了7~8月達到最高峰。而從梅雨季起,雷擊的威力也逐步增強,
在一場大雷雨中所放出的雷電能量,
遠比一顆原子彈所產生的能量還要高,殺傷力可以想見。

營建署表示,避雷針並不具百分之百的防護功效,
傳統避雷針屬被動式
它是以其高度向下60度角的投影面積為防護範圍,
換算2公尺的避雷針,其防護面積約半徑3.5公尺的圓周
所以建築物的面積如果越大,
那麼所需裝設的避雷針就要越多,
雷電要打中哪一支避雷針?就是機率問題了。

至於主動式避雷針
例如2公尺高度的放電式避雷針,其防護的面積就廣達半徑20餘公尺,
業者表示,其防護效果不錯,價錢也就較貴,
是傳統避雷針的數十倍、甚至數百倍。

鑽研雷電的台灣科技大學電機系教授蕭弘清指出,
主動式避雷針是主動放電吸引雷電的打擊,藉此減少避雷針布設成本,
但也有風險,萬一接地系統出了狀況,被雷打到可就麻煩了,恐會引發火災

營建署開放美國研發的「消雷針」進口,
這種產品不談「避雷」,而是在雷電快要形成前主動出擊,制止雷擊產生。

蕭弘清解釋,這種原理是利用雷電生成的原理,
因為雷電生成前,會在雲層下方產生大量的負電離子
消雷針偵測到這種情況,
就會噴射出正電離子前往攪局「中和」,讓雷公知難而退。

蕭弘清表示,美國政府在許多不想被雷擊的重要設施上,廣設這種消雷針,
例如重要的雷達站、導航設備、儲油槽、瓦斯槽等,為的就是防患於未然;
目前法國、瑞士、澳洲等國家也都相繼生產這種產品。

國內幾家五星級飯店採用避雷網,把頂樓用金屬網網住,
聲稱有百分之百的防護效果,
但蕭弘清說,網子裡還是有孔洞
讓雷公有可乘之機,因此稱不上百分之百的防雷效果。

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機翼尖端裝有靜電刷,釋放電荷防雷擊。
圖為南美洲 航空公司客機,在祕魯上空遭雷擊後墜毀。
 圖/飛安會提供
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一個月前,一架香港快運班機,中午從香港出發飛台中,
起飛後機長感覺機身遭雷擊,選擇立即返航,
檢修後並沒有發現任何異狀,也沒有乘客受傷。

六天後的晚上7點10分,
桃園機場A2機坪外交通道內側地面,雷擊竟然造成鋪面破損,
形成一直徑20公分、深5公分的坑洞。
桃園機場公司接獲通知後關閉A2機坪,緊急修補坑洞。
這是桃園機場成立以來首次雷擊機坪事件。

飛機避免雷擊有一個法寶:靜電釋放器,又名「靜電刷」。
靜電刷通常裝在機翼尖端後緣,讓機身累積的電荷釋放。

機身在天上與空氣、水氣摩擦,難免會帶有靜電,
但是一般其情況下,電荷會均勻分布到金屬機身表面。
為了防止機身上累積過多靜電,很容易吸引到雷電;
且要藉由釋放過多靜電,避免雷擊時造成過大的傷害,
飛機在機翼尖端或機身尾部,都會裝上靜電刷,
在飛行過程中將累積在機身上的靜電釋放到空氣中。

小型飛機機身累積的電荷不會太多,機翼尖端也可以自行放電,
但是大型飛機就會需要靜電刷,多的甚至在一架飛機上裝了十幾枝。
飛機上累積太多電荷,不只在空中飛行時容易吸引雷電造成危險,
飛機落地後,電荷也容易藉由接近的油灌車、工作人員等「通路」釋放,
引起「跳火」,輕則造成設備損壞,
重則引起油氣爆炸。所以需要透過靜電刷,
讓機身上過多的靜電在空中就釋放掉。

為了避免機身上的靜電引起火花造成油氣爆炸意外,
飛機落地加油時,一定要接上「搭地線」,
這個動作是重要的安檢項目之一。
而且不只飛機要接搭地線,加油的油車也要接搭地線,
加油的油槍也要接,確認三者都有放電,避免意外。
一般陸地上常見的避雷針,原理跟靜電刷不同。
靜電刷是要釋放過多的靜電,
但是建築物上的避雷針卻是要「把電引過來」。
愈尖銳的物體,尖端電荷密度愈高,愈容易吸引雷電;
所以高塔、曠野中的大樹,都比較容易遭雷擊。

避雷針藉由「針」的特性,以尖端高密度的電荷把雷電吸引到自己身上,
再藉由銅導線把引來的電導到地底,
銅導線在地底接有一塊銅片電極,透過這塊銅片,就能讓電流導入地下。

機上的電子儀器也不容易因雷擊而完全失效。
一般飛機上,正駕駛與副駕駛座位各有兩組儀表顯示器,
如果其中一人的一組儀表壞了,另一組儀表也可以呈現完整的資訊;
如果真的不幸四組儀表都被雷打壞了,
飛機上還有一套傳統指針式儀表可供飛行使用。

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 飛機雷擊解析/飛機遇雷雨雲 容易往下落
時序即將進入常有雷雨的夏季,
無論對在天上的飛機或在機場中作業的人員、車輛,
雷擊都是不可掉以輕心的天氣狀況。

雷雨雲,是一股上升氣流把溫暖潮溼的空氣送到半空中,
遇冷,水氣凝結成雲。在洶湧的雷雨雲氣流中,
水滴的摩擦和分解會產生靜電,正電荷在雲的上層,負電荷則在下層。
負電荷吸引地上的正電荷,
當兩極電荷形成的電壓大到可以衝破絕緣的空氣時,就會產生雷電。

中興航空顧問林子文擁有40年飛航經驗,
他表示,對飛行而言,雷雨可分為季節性雷雨和地區性雷雨。
雷雨好發季節主要是在春夏之交,而海島地形,
像是夏威夷、新加坡,以及東南亞地區,也是常會碰到雷雨的地方。

「在天上飛的任何飛機都不願意闖越雷雨區」,
林子文說,一旦進入雷雨區,
飛機將會遇到大雨、閃電、冰雹、亂流等各種異常狀況。
現在科技發達,飛機飛行前駕駛拿到的航圖,
都已經藉由衛星將航線中可能遇到的雷雨區標示出來,
而且飛機上也有空用雷達,根據水氣密度偵測前方雷雨區的狀況。

飛行員最怕在白天晴空中遇到一大朵雲
這種強烈上升氣流形成的雷雨雲,飛機如果進入後,
不但會遇到大雨、雷電,出了雷雨區,
飛機恐將遇到緊跟在後面的下沉氣流,
「容易使飛機往下落」,對飛行相當不利。
因此飛行員在事先知道前方有雷雨區時,一定是能閃就閃,絕不跟雷雨正面衝突。
如果知道航線中會遇到雷雨,飛機也會多加一些油,以供飛機繞道避開雷雨區所需。

飛機遇到雷雨區的亂流或是雷擊,結構設計時都有納入考量,
不容易發生嚴重損傷;如果飛機真的不幸遭到雷擊,
降落後可能會發現機身上有黑點、或燻黑的痕跡,
機身遭雷打到破洞並不容易。
飛機鼻頭的雷達罩最容易遭到雷擊。
一方面是因為飛機鼻頭較凸出,電荷密度高,容易吸引雷電;
另一方面,由玻璃纖維材質製成的絕緣雷達罩,
不容易迅速將電荷導入面積較大的機身,進一步累積更多的電荷。

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必學單字大閱兵

static discharge wicks 靜電釋放器
lightning rod 避雷針
turbulence 亂流
static electricity 靜電

延伸閱讀
高空氣候學/鄒進上等著/明文
航空氣象學增訂版/蕭華、蒲金標著/秀威資訊
航空氣象裝備/空軍裝備系列叢書編審委員會編/航空工業出版社

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