自人類誕生以來，對雷電就產生了許多美麗的遐想和神話傳說，也許正是雷電，使人類懂得了火，從而給人類帶來最初的文明和進步，但對于人類的的航空活動來說，雷電則是危險的。雷電是由大氣層中不同濕度和溫度的氣流相對運動而形成的自然現象，一般分布在15千米左右以下的空間內，雷電電壓可高達億伏以上量級，當云層之間或云層對地之間的電場強度達到約1000千伏每米量級時，大氣就會被電離，形成導電的等離子體氣流，從而產生泄放和中和電荷的等離子體導電通道。通道上電流巨大，溫度極高，使通道上的氣流瞬間膨脹，便產生了明亮耀眼的閃電和震耳欲聾的雷鳴。
在地球大氣中，平均每天約發生800萬次雷電。其中幅值高達到200千安以上的雷電流占0.5%，電流的上升速率最高可達每秒1000千安培左右。有統計表明，一架固定航線的飛機，平均每年要遭到一次雷擊，由此造成的飛行安全事故時有發生，有些是災難性的。特別是現代先進飛機，為提高飛機飛行性能，大量采用了現代電子技術，如計算機飛控系統，通信導航系統，同時還大量采用了先進復合材料，如碳纖維復合材料等。但遺憾的是，這些先進的電子技術和材料技術，對雷電相當敏感，遭到雷擊后損失更大。迄今為止，至少有2500架飛機被雷電擊毀。因此，將大氣雷電環境給飛行安全帶來的影響減至最小，一直是人們努力追求的目標。
為了減少損失，在相關適航條例中，對飛機的雷電防護設計提出了嚴格的要求，以此來確保飛機在雷電環境中的安全性。因此，當設計一架新型飛機，或對已有飛機進行改進改型設計時，均需切實考慮飛機的雷電防護性能，并將其貫穿于飛機設計的始終。由于電場位形對導電物體的幾何分布敏感，而飛機的外形或結構往往又是非常復雜的，根據電磁場理論，采用常規的算法很難得出精確解。因此，在飛機設計過程中，必須進行充分的的實驗室雷電試驗，依據有效地雷電試驗數據指導設計，以滿足飛機適航取證的要求。
飛機雷電防護的適航要求
我國飛機適航條例CCAR25部（等效FAR25部）中，就飛機雷電防護提出了嚴格的要求。其中，25.581條款對飛機的總體及其組件提出了雷電防護的要求，26.954條款對飛機的燃油系統提出了雷電防護的要求，25.1316條款對飛機的電氣電子系統提出了雷電防護要求，并需對這些要求進行驗證。
為滿足適航要求，飛機需進行有效地雷電防護設計，為驗證其設計的有效性，相關設計需通過嚴格的地面模擬雷電沖擊試驗。目前國際上通行的飛機雷電防護試驗要求，主要是美、英等國的科學家在大量自然雷電特性統計基礎上制定的相關雷電試驗波形，通常為雷電壓附著點試驗和雷電流能量沖擊試驗，最早由美國SAE的AE4L報告給出并發布于七十年代中期。在其后的一系列軍、民用飛行器（包括飛機、直升機、導彈和火箭）的雷電防護試驗標準中，基本采用了這個報告所給出的波形。在地面雷電模擬試驗中，在滿足雷電試驗特性的條件下，還考慮了雷電試驗的經濟性，因此將自然界的雷電過程分解為實驗室的雷電壓試驗和雷電流試驗。在雷電壓試驗中，分別有最高可達百萬伏量級的高壓A波、C波、B波和D波等波形，以滿足不同的雷電壓試驗要求。在雷電流試驗中，分別有雷電流A分量、B分量、C分量、D分量和E波、H波等不同參數的波形以滿足不同的雷電流試驗要求，其中A分量的電流峰值可達200千安培，作用時間小于等于500毫秒，作用積分為2百萬安培平方秒。各分量主要用于能量沖擊試驗即雷電直接效應試驗，電流變化率可達每微妙10萬安培。
飛機雷電防護的適航審查
飛機雷電防護適航審查的符合性方法通常有分析計算方法、類比方法和地面模擬雷電試驗方法。分析計算方法主要用于飛機某些能得出準確解的局部結構和部件的計算。類比方法主要是將外形、結構和用途都基本相同的飛機或結構與部件，與已通過適航審查的飛機或結構與部件進行對比，當確實相同時，也可以認為滿足要求。地面模擬雷電試驗方法，主要用于新機型的研制、設計和老機型的改進或改型設計。由于飛機外形的不規則性及機械結構與電氣系統的多樣性與復雜性，電場與磁場的精確解非常困難，因此，雷電試驗的方法被認為是最有效的方法。這個過程，類似于飛機機械結構設計加工完成后，仍需由力學試驗來驗證其可靠性的過程。
飛機的雷電防護試驗
在新飛機設計之初，就需同時進行嚴格有效的雷電防護設計。一旦飛機的氣動外形確定后，便開始飛機雷電區域的劃分，這通常由雷電附著點試驗來完成，可采用雷電壓A波、C波和D波等波形。飛機的不同部位、結構或部件包括電子電氣系統等部件，在進行雷電防護設計時，首先需確定自己所處飛機上的雷電防護區域。不同的區域，對雷電防護設計的要求是不同的。目前國際上通行的做法是將飛機表面劃分為三個區域或五個區。為便于開展此項試驗，又時可采用不小于1：30的縮比模型進行試驗，但模型飛機的電氣機構特征應與原機一樣。在確定了飛機的雷電區域劃分后，飛機的各個局部即可根據自己在飛機上的不同位置，進行有針對性的雷電防護設計，當設計完成后，再根據不同區域雷電試驗的要求選擇雷電試驗波形。
在Y7-200A飛機上，機頭雷達罩為雷擊1區，進行了雷電壓A波和D波的雷電附著點試驗以及雷電流A分量和B分量的能量沖擊試驗，取得了非常有價值的試驗數據。區域1通常為機頭、翼尖、旋翼、垂尾、座艙、外掛物等突出的部件，這些部位還常安裝有電子電氣部件，如空速管、航行燈、天線等，在雷擊發生時所承受的雷擊能量相對較大，因此設計要求較高。區域2為雷電等離子體弧的掃掠區，所承受的雷擊能量相對于1區弱些。區域3為傳導區，一般不會直接遭到雷擊，通常只考慮雷擊電流的傳導，雷電防護要求相對較低。當所采用的碳纖維復合材料位于區域1時，由于雷擊能量大，需進行抗擊雷電高能量的設計，如表面噴涂鋁等措施。而當其位于區域3時，表面可不噴涂或少量噴涂鋁。但當復合材料用于電子儀器艙口蓋時，由于要求口蓋有高的電磁屏蔽能力，則復合材料需進行高導電能力的處理。
雷電試驗完成后，需判斷其是否復合飛機的安全要求，通�？捎矛F場觀察的方法以及探傷和力學試驗的方法來判斷。達不到要求時應重新設計，并再次試驗。這個過程一般也稱為工程試驗。
雷電防護鑒定試驗
在飛機或其結構與部件完成了雷電防護設計和工程驗證試驗后，為取得適航認證，還需進行雷電防護鑒定試驗。此時，試驗件應是實際的并獲得適航認可的裝機件或其中的一部分，在確定試驗件所處雷電區域、試驗點的數量和分布以及適用的試驗波形和每點的試驗次數后，還要準備好調試雷電波形成的試驗件。因試驗裝置很難保證一開始的試驗波形就是符合要求的雷電波形，而一旦不符合要求的試驗波形作用到鑒定試驗件上，其試驗結果就很難評價。目前我國已有單位可開展飛機的雷電防護試驗，包括鑒定試驗。
結論
大氣雷電環境會給飛機的安全帶來影響，飛機在設計的初始階段就需認真考慮此類問題。若在飛機造出后再做這方面的工作，很可能對飛機的適航取證帶來困難，一旦重新設計，在經濟上和時間上都會帶來很大的損失。
飛機的雷電防護試驗，是一項投入很大、技術要求很高的試驗，且具有一定的危險性，稍有不慎，輕則損害設備或試驗無效，重則危及人身安全。目前我國的試驗條件在整機試驗和間接效應試驗方面還有待完善，由于投入很大，飛機型號任務數量有限，應吸取以往一些實驗室建設的經驗教訓，避免重復投入，加強支持現有實驗室的完善和建設，研究新的科研模式，提高效費比，以合理的投入，使我國能夠擁有一個試驗能力達到或接近國際一流水平的飛行器雷電防護實驗室。
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