云端守护者: 飞机上的放电刷

百科   2024-10-31 20:02   北京  


摩擦生电在日常生活中很常见。其实,飞机飞行时,机身与空气以及空气中的各种杂质也会发生摩擦,并产生大量静电。这些静电累积到一定程度,如果不能通过合适的渠道释放出去,会对飞机上的机载电子设备等产生很大影响。飞机上的放电刷就是用来解决这个问题的装置之一。

(图源《知识就是力量》杂志)



高空中的摩擦生电



静电感应

摩擦生电是自然界一种非常普遍的现象:用丝绸摩擦玻璃棒,玻璃棒表层的某些原子会失去电子,使原子核内的质子多于电子而带正电,这是一种静电感应现象。

静电和流经电线的电流不同,是固定不动的。由于物体内部带电粒子之间的电力作用,当带负电的物体接近电中性物体时,电中性物体靠近带电体的一端会出现正电荷,远离带电体的一端出现负电荷。这种物体受附近带电体影响,使其内部电荷分布发生变化的现象,称为静电感应。

云端上的静电

飞机在飞行时,因与空气以及云层中的灰尘、雨、雪、冰等杂质摩擦,机身上也会产生静电。这样形成的静电电荷一般为正电荷,主要均匀分布在机身表面。在大气层电磁场的作用下,这些电荷最终会从机身表面聚集到飞机外表比较尖、薄的边缘区域,例如翼梢、尾翼等。

而随着飞机飞行速度的提升,静电问题愈加突出——高速飞行的飞机,所产生的静电可高达500千伏。

此外,在飞行和着陆滑跑过程中,飞机燃料箱内的剩余燃料不断晃动,燃料与油箱壁及其他机件剧烈摩擦,也会产生静电;在客舱内,舱内人员身上的衣物摩擦、鞋底摩擦同样会产生静电。这些静电大部分会通过专有电路导向放电刷,有些则会通过使用防静电材料,从源头减少静电产生。




静电带来的飞行挑战



飞机飞行过程中产生的静电,如果没有合适的途径释放出去,会妨碍飞机的通信和导航系统等电子设备的正常工作;燃料箱产生的静电,会有燃爆隐患;飞机降落时,因为飞机带高压静电,地面为零电压,乘客走下飞机的瞬间将成为一个导体,高压静电会通过人体释放,致人伤亡。

无声较量:

放电现象与放电刷

放电是带电体的电荷消失而趋于电中性的现象,例如雷电就是自然界中的放电现象。

为了让飞机上的静电合理地释放出去,人们想出了很多办法,在飞机的翼梢、平尾翼尖和垂尾顶部安装放电刷就是其中之一。

以前,飞机机身外表为金属材料时,由于金属本身就是优良的导电体,电荷可以自由流动不容易聚积,因而对放电刷需求不高。但是,随着复合材料在飞机上的应用增多——复合材料是电的不良导体,不能像金属材料一样分散电流——对放电刷的需求也随之增加了。

 (图源《知识就是力量》杂志)

消散静电

放电刷通常由几十根很细的金属丝针组成,其自身电阻相对机身电阻来说非常小,所以能使飞机在较低电压下即开始出现电晕放电(带电体表面在气体或液体介质中放电时产生的一种现象),从而消散静电荷。由于电晕放电带来的辐射不足以对飞机机载电子设备等产生干扰,因此能有效保障机载设备和飞机结构的有效性与安全性。

 (图源《知识就是力量》杂志)

防雷击

除了消散静电,放电刷在防止飞机遭雷击中也能“独当一面”。当雷电击中飞机时,电流会沿着飞机的外表面传导,最后汇聚到机翼上的尖端部分,并通过机翼伸出的放电刷来放电。

当然,放电刷只是防雷击的办法之一,工程师还通过在飞机表面的复合材料上使用一层薄薄的铜丝网,来进一步加强飞机表面分散电流的能力。

在未来,随着科技的不断进步,相信飞机的防护措施将更加完善,让人类的航空梦想飞得更高、更远。







撰文| 依蔓 


责任编辑 |  高琳 张丽涵


运营编辑 |  张丽涵


质量审核 | 业蕾



❖  来源:《知识就是力量》杂志 

《云端守护者:飞机上的放电刷》❖




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