RTCA DO-160G の概要 — Part 4: 雷の直接的な影響

航空用機器の EMC — RTCA DO-160G の概要
Part 4: 雷の直接的な影響
株式会社 e・オータマ 佐藤智典

2020 年 12 月 21 日

目次

1

概要

1

概要

1

RTCA DO-160G[1] は RTCA†1 が発行した航空

2

雷の直接的な影響
2.1 カテゴリ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.1 被雷ゾーン . . . . . . . . . . . . . . .
2.2 高圧着雷試験 . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1 試験波形 . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.2 先駆放電着雷試験 . . . . . . . . . . .
2.2.2.1 セットアップ . . . . . . . .
2.2.2.2 試験手順 . . . . . . . . . . .
2.2.2.3 結果の解釈 . . . . . . . . .
2.2.3 走査放電路着雷試験 . . . . . . . . . .
2.2.3.1 セットアップ . . . . . . . .
2.2.3.2 試験手順 . . . . . . . . . . .
2.3 高電流物理損傷試験 . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1 高電流試験波形 . . . . . . . . . . . .
2.3.2 アーク侵入試験 . . . . . . . . . . . .
2.3.3 試験セットアップ . . . . . . . . . . .
2.3.3.1 試験手順 . . . . . . . . . . .
2.3.3.2 結果の解釈 . . . . . . . . .
2.3.4 追加の試験要求 . . . . . . . . . . . .

2
2
2
3
3
3
4
4
5
5
6
6
6
6
8
8
8
9
9

機搭載機器の環境条件や試験法を定める文書である。

3

補足
3.1 参考: 雷電流のパラメータ . . . . . . . . . . .
3.2 参考: 雷雲から大地への雷放電の発生 . . . . .

9
9
9

4

参考資料

11

RTCA は主に航空機や関連機器の製造業者や関連機関などが加盟する非営利団体であり、FAA (米国連邦航空局) の支援を受けており、また FAA の諮問機関の 1 つとなってはいるものの、それが発行した文書が直接法的な効力を持つわけではない。だが、FAA が基準として DO-160G を受け入れる [4] 、国土交通省航空局の「装備品等型式及び仕様承認に係る一般方針」[5] で DO-160 が参照されるなど、これは航空機搭載機器に対する基準として広く用いられている。
また、RTCA は欧州で同様の活動を行なっている EUROCAE†2 と連携しており、EUROCAE ED-

14G は DO-160G と整合している。
本稿ではこの DO-160G の要求事項のうち、23 章の雷の直接的な影響の要求について解説する。
なお、本稿はその内容全てをカバーするものではなく、また正確であるとも限らないので、正確な情報は当該の規格そのもの [1] や関連する公式な文書を参照されたい。

†1 旧称 Radio Technical Commission for Aeronautics;
https://www.rtca.org/†2 European Organisation for Civil Aviation Equipment;
https://www.eurocae.net/

1

RTCA DO-160G の概要 — Part 4: 雷の直接的な影響

雷の直接的な影響

2

2.1.1

被雷ゾーン

航空機の被雷ゾーンは

DO-160G の 23 章で述べられている雷の直接的

SAE

ARP5414

な影響 に関する要求は機体の導電性の構造の外部(EUROCAE ED-91) で 規 定 さ れ て お り、次 のに取り付けられる機器やケーブルへの雷撃の影響のようになる: †5†3

評価を意図したもので、• ゾーン 1A

• 高圧着雷試験 (§2.2)

雷放電路着雷時に第一帰還雷撃が生じそうな、
その場所への放電が持続する可能性は低い、航• 高電流物理損傷試験 (§2.3)

空機の表面

†4

の 2 つの試験が示されている。

例えば: 機首 (レドームとその後方)、エンジンの前部、翼端付近この対象となる機器の例には、アンテナ、外部灯
火、エア・データ・プローブ、外部センサ、防除氷• ゾーン 1B

装置、磁気燃料レベル計、給油口キャップ、ドレイ

雷放電路着雷時に第一帰還雷撃が生じそうな、

ン・バルブなどがある。

その場所への放電が持続する可能性が高い領域
航空機に搭載される機器やそのケーブルの多くは例えば: 翼端後部

機体の導電性の構造の内側に設置され、雷に関しては間接的な影響が主な懸念となる。このような現象• ゾーン 1Cに関しては DO-160G の 22 章で述べられており、

雷放電路着雷時に低下した振幅の第一帰還雷撃

これについては既にこのシリーズの Part 3[13] で触が生じそうな、その場所への放電が持続する可

れている。

2.1

能性は低い領域
例えば: 機首やエンジン前部のゾーン 1A の領域の
後方

カテゴリ

• ゾーン 2A

この試験に関するカテゴリ指定は高圧着雷試験のカテゴリと高電流物理損傷試験のカテゴリから成後続雷撃が走査しそうな、その場所への放電がり、それぞれのカテゴリはカテゴリ 3N 以外はどの持続する可能性は低い領域

被雷ゾーンへの設置が意図されているかに直接対応

例えば: 胴体、エンジンの残りの部分する。

• ゾーン 2B

カテゴリ 3N は伝統的な設計で与えられる保護の水準を著しく低下させ得る、あるいは立証済みの保後続雷撃が走査しそうな、その場所への放電が守の履歴のない、新しい、あるいは特殊な設計上の持続する可能性が高い領域特徴を持つ、ゾーン 3 の領域への取り付けが意図さ
例えば: 翼の後部 (ゾーン 2A の領域の後側)れた機器への適用が意図されている。

• ゾーン 3試験の要求はカテゴリによって異なり、その一覧を表 1に示す。

雷撃を受ける可能性が低い領域
例えば: 翼の先端付近以外の部分†5 航空機への最初の雷撃は、典型的には機首付近などに生じる。後続雷撃は最初の雷撃によって大気中に形成された放電路を辿るが、航空機の移動に伴って雷撃を受ける箇所は機体の後方に移動する。最初の雷撃が機首付近に生じた場合、後続の雷撃は胴体に沿って後方に移動し、持続的な放電を受ける箇所が生じる可能性は低い。だが、最初の雷撃が翼の先端の前方に生じた場合はその後部が、最初の雷撃がエンジンの前方に生じた
場合はエンジン後部が持続的な放電を受ける可能性が高い。航空機の被雷ゾーンは、このような雷撃の挙動を考慮して定められている。航空機のどの部分がどの被雷ゾーンに該当するかを図示したものは [8] などでも見ることができる。

†3 [5] によると、航空機は平均で 1000 飛行時間に 1 回程度被雷し、2013 年には 54,900 件程の雷関連の事象が発生している。雷は稀な事象ではなく、従って航空機は飛行中に雷撃を受けても安全が損なわれないことが期待される。
†4 雷撃を模擬する電圧と電流を同時に発生することは困難であるため、現実的な妥協として、高電圧での試験と高電流での試験が別々に行なわれる。これらの試験は有効なものであるが、状況によってはこれらの試験法で単純に試験しただけでは雷の影響を適切に模擬できないかも知れない。

2

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2A

✓

2B

✓

✓

✓
✓

✓

✓

✓

✓

✓

✓

3N

✓

✓

✓

D (後続雷撃電流)

Ah (移行ゾーン電流)✓

C (持続電流)C* (持続が短い持続電流)
✓

✓

✓

1C

A/5 (ゾーン 3 アーク侵入電流)✓✓

A (第一帰還雷撃電流)✓✓

走査放電路着雷試験

B (中間領域電流)✓

高電流物理損傷試験✓

先駆放電着雷試験

✓

高圧着雷
試験

放電の持続

✓

1B

後続雷撃

1A

低下した振幅の第一帰還雷撃

カテゴリ

第一帰還雷撃ゾーンの性質(生じそうな被雷)

✓

✓
✓

✓

✓

✓

表 1: 各カテゴリに対する試験の一覧

2.2

高圧着雷試験

2.2.1

試験波形

高圧着雷試験 (high voltage strike attachment

先駆放電着雷試験 (§2.2.2) では電圧波形 D が、走testing) は着雷を生じそうな箇所の同定を意図し査放電路着雷試験 (§2.2.3) では電圧波形 A が用いたもので、以下の 2 つの試験がある:られる。

• 先駆放電着雷試験 (§2.2.2);• 電圧波形 A
1000 kV/µs ±50 % の割合で上昇する電圧波形• 走査放電路着雷試験 (§2.2.3)。

(図 1)。

これらの試験で同定された着雷点の情報は、高電流上昇率はピーク電圧の 30 % から 90 % で測定

物理損傷試験 (§2.3) での試験箇所の決定に利用さする。

れるかも知れない。

• 電圧波形 D

それぞれのカテゴリに対して適用される試験法とピークまで 50〜250 µs で上昇し、2000 µs

試験波形を表 2 に示す。

程度でピークの 50 % まで低下する電圧波形
カテゴリ

試験タイプ

波形

A

(図 2)。†6D

1A

先駆放電着雷試験 (§2.2.2)✓

1B

先駆放電着雷試験 (§2.2.2)✓

1C

走査放電路着雷試験 (§2.2.3)✓

2A

走査放電路着雷試験 (§2.2.3)✓

先駆放電着雷試験 (initial leader attachment test)

2B

走査放電路着雷試験 (§2.2.3)✓

は接近する先駆放電に伴う着雷 (第一帰還雷撃の発

3N

走査放電路着雷試験 (§2.2.3)✓

生) を模擬するもので、第一帰還雷撃を受けること

2.2.2

先駆放電着雷試験が予期される、カテゴリ 1A、及び 1B の機器に適表 2: 高圧着雷試験 — 試験法と試験波形用される。
†6 電圧波形 D の電圧の上昇率は著しく低いが、これは先駆放電の接近に伴う電界の上昇を模擬するためと思われる。

3

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2. 供試品とテスト・フィクスチャをグランド・プ
レーンに取り付ける。
グランド・プレーンは充分な大きさとし、電界集中の低減のために縁を丸める必要があるかも
Voltage知れない (図 3)。†7
0

/d

t=

00
10

s
/µ
kV

±5

%

ÿÿÿÿÿÿÿÿÿ

3. 通常機体に接地される、供試品の上の、またそれに含まれる全ての導電性のハードウェアをテ
スト・プランに従ってグランド・プレーンに接

dV

続する。

4. 高電圧発生器†8 の出力の一方を電極に接続する。
Time →

5. 高電圧発生器の出力のもう一方をグランド・プ

概算電圧要求レーンに接続する。

総ギャップ長

電極: 正

電極: 負

0.5 m

750 kV790 kV

6. 高圧分圧器、オシロスコープ、放電撮影用のカ

1.0 m

1300 kV

1400 kV

メラを含む、監視/記録用機器をセットアップ

1.5 m

2250 kV

2400 kVする

図 1: 雷の直接的な影響 — 高圧着雷試験 — 電圧波形 A
؉आVoltage (%)

80ÿÿÿÿÿÿÿÿÿ

60ਉ‫܅‬ȅ‫܅‬؅ਉ؉‫܅‬؇ԇ؅

100

>1m

༄ਈЅ


40งԆ؉ ąȅअ
༅ई༅งค


200

図 3: 雷の直接的な影響 — 高圧着雷試験 — 先駆放電着雷試験のセットアップの例
050 to 250 µs

Time →

総ギャップ長

電極: 正

電極: 負

0.5 m

350 kV

400 kV

1.0 m

500 kV

600 kV

1.5 m

600 kV

700 kV

2.2.2.2

試験手順

1. 環境条件を記録する。
2. 安全上の手続きをレビューし、実施する。例

図 2: 雷の直接的な影響 — 高圧着雷試験 — 電圧波形 D

えば:

2.2.2.1

セットアップ†7 突起や角があるとその付近に電界が集中し、その箇所からの放電を生じやすくなる。これは導電性のテスト・フィクスチャ
についても同様で、テスト・フィクスチャに実際の設置では存在しない角や突起があれば、それが試験に影響を与える可能性がある。
†8 高電圧発生器は放電が発生する電圧 (ギャップが 1 m の場
合でおそらく 1500 kV 弱) まで 1000 kV/µs ±50 % の割合で電圧を上昇させられる必要がある。その他の特性、例えば発生可能な電流やエネルギーは規定されていないが、図 4のような高電圧発生器が発生可能なエネルギーは高々 100 kJ のオーダーかも知れない。これに対して、実際の雷の電位差は 108 〜109 V、エネルギーは 109 〜1010 J 程度となるかも知れない。[9]1. 供試品をテスト・フィクスチャに取り付ける。
テスト・フィクスチャは実際の設置を代表するものとし、試験計画書で規定する。
レドーム内に取り付けられる機器については、
実際に使用されるレドームとともに試験することになるだろう。

4

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6. 印加された電圧を測定し、またフラッシュオー
バーの経路の証拠となる写真を撮影しながら†9
供試品に放電を印加する。
放電が電圧波形の頂点に達する前の立ち上がりで生じることを確認する。
有効な試験のためには、• 外部電極は最も近い導電性の部分 (供試品の外側や内側の) から少なくとも 1 m 離れているべき;• 外部電極からの先駆放電は電極の縁から発生してはならない;• 先駆放電とストリーマーの結合は供試品から離れた気中で生じるべき。

7. 高電圧発生器を停止させてコンデンサ・バンク
を短絡し、接地棒で供試品の電荷を取り除く。

(Photo by Darkking3, licensed under CC BY 3.0)

図 4: 高電圧インパルス試験システムの例 — 手前のタワーが発生器、奥のタワーが高圧分圧器

8. 供試品を確認して結果を文書化する。
9. 試験を少なくとも 2 回繰り返す。

• 試験場所は安全とし、高圧発生器を作動

10. 高電圧発生器の極性を逆にし、同様に試験を繰させる前に人を排除する。

り返す。

• 試験後、人が試験場所に入る前にコンデンサ・バンクを短絡させる。

11. テスト・プランに従って外部電極の位置を変え、同様に試験を繰り返す。

• 眼と耳の保護を適切に行なう。
3. 後で試験の影響と見間違えるかも知れない傷が2.2.2.3

ないか、供試品を良く観察する。

4. 高電圧発生器を調整する:

結果の解釈• 着雷箇所は試験時の写真や供試品上の痕跡から同定できる。

(a) 供試品を金属箔で覆い、金属箔をグランドに接続する。

• 供試品は試験後も意図したように機能しなけれ(b) 極性 (正極性を推奨) を選択し、印加電圧ばならない。

を測定しながら金属箔への試験を行なう。

(c) 波形が要求に従っていない場合、規定さ2.2.3れた波形を得られるように発生器のパラ

走査放電路着雷試験

走査放電路着雷試験 (swept channel attachment

メータや電極の間隔を調整する。

test) は機器を横切って移動する放電路 †5 への放電(d) 金属箔を取り除く。

を模擬するもので、先駆放電着雷試験の対象となる

5. 供試品を適切な方法で清掃し、埃、異物、また機器以外に適用される。

試験結果に影響するかも知れないその他の汚染を除去する。

†9 撮影は、部屋を暗くし、充分に離れた位置に設置したカメラのシャッターを放電のあいだ開いたままとすることで行なえるだろう。あるいは、高速カメラ (例えば 10000 フレーム/秒程度
以上の) を用いて放電の過程を撮影することもできるかも知れない。

5

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2.2.3.1

セットアップ(c) 高電圧発生器の出力を高圧試験電極に接続する。

板状の電極を 1 m 以上離して置くのではなく先端の丸い棒状の電極を試験計画で指定された試験箇(d) 電極が試験計画で指定された試験箇所の 1所の近くに置くこと、また球ギャップを並列に接続

つの上となるように供試品を試験電極のすることを除き、先駆放電着雷試験 (§2.2.2.1) の場

下に設置する。

合と同様にセットアップする (図 5)。

供試品を金属箔で覆い、金属箔をグランドに接続する。

Ї

以下とすべきである。

ਉ‫܅‬ȅ‫܅‬؅ਉ؉‫܅‬؇ԇ؅

供試品から電極までの距離 (d) は 50 mm؉आഈ‫܆‬ഈ؉(e) 高電圧発生器を動作させ、試験電極の放電開始電圧を記録する。

g

140 kV 以下の試験電圧では、電極が所望

dの試験電圧の −0 % から +10 % で放電ȅԆ ༄ਈЅ

を開始するように間隔を縮める必要があȈਇਆਆ༄คࠈ

るかも知れない。



最大の試験電極間隔 d は 50 mm である。

図 5: 雷の直接的な影響 — 高圧着雷試験 — 走査放電路
着雷試験のセットアップの例(f) 金属箔を取り除く。

...
2.2.3.2

試験手順

先駆放電着雷試験の試験手順 (§2.2.2.2) と同様だ

高電流物理損傷試験

2.3

が、手順 4での高電圧発生器の調整を以下のように高電流物理損傷試験 (high current physical dam-行なう:

age test) は雷撃電流を直接受けるかも知れない機...

器の損傷の評価のために用いられる。
この試験での試験箇所の決定に際しては、高圧着

4 高電圧発生器を調整する:

雷試験 (§2.2) で同定された着雷点の情報を利用で(a) 140 kV/m と試験計画書で指定された走きるかも知れない。

査距離 (機体に設置した状態での機器の前縁からの距離) との積に基づいて、所望の2.3.1

試験電圧を決定する。

高電流試験波形

雷撃電流は以下のコンポーネントの組み合わせと走査距離が 0.5 m 以下の場合は試験電圧

してモデル化される (図 7):は 70 kV とする。
高電圧発生器を電圧波形 A を発生するよ• コンポーネント A — 第一帰還雷撃電流

うに構成する。

ピーク電流: 200 kA ±10 %†10(b) 球ギャップ (g) を所望の試験電圧の 120〜

アクション・インテグラル: 2 × 106 A2 s ± 20 %130 % で放電するように設定する。

ピークの 1 % までの総持続時間: 500 µs 以下

高電圧発生器を球形ギャップが放電するよ

10 % → 90 % の立ち上がり時間: 50 µs 以下

うに動作させ、放電開始電圧を記録する。

波形: 単方向、もしくは振動性

放電は波形 A の立ち上がりで発生しなけ
ればならない。
必要であればギャップ (g) を変えて放電開†10 コンポーネント A (第一帰還雷撃電流) の 200 kA のピー
ク電流は表 4に示した LPL I の第一正極性雷撃のピーク電流と整合している。

始電圧を調整する。

6

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Category 1AଇคฅCategory 1B؉Іԇ

ଇคฅԆ؉̆ഇ̅༄

A

B

C*

༄ค̆ฅଇคฅ

؉Іԇ

Ԇ؉̆ഇ̅ਉD

C

Category 1C

A

B

D

C

؉Іԇ

Ԇ؉̆ഇ̅༄

Ah

B

C*

C

D

ਆउ

̅༇

Category 2ACategory 2B༅ഇ؉Іԇ

B

C*

C

؉І̅̅༄

Ԇ؉̆ഇ̅ਉ

Ԇ؉̆ഇ̅༄

D

Category 3N༅ഇ؉Іԇ

D

B

C

D

A/5

B

C*

C

D

図 6: 雷の直接的な影響 — 高電流物理損傷試験 — 被雷カテゴリと高電流コンポーネントの適用

電荷量: 0.25〜1.0 s のあいだに 200 C ±10 % †11• コンポーネント Ah — 移行ゾーン電流

波形: 単方向で、矩形、あるいは指数的か直線的に低下

ピーク電流: 150 kA ±10 %アクション・インテグラル: 0.8 × 10 A s ± 20 %62

• コンポーネント C* — 放電の持続が短い走査ピークの 1 % までの総持続時間: 500 µs 以下

10 % → 90 % の立ち上がり時間: 50 µs 以下

着雷ゾーンの持続電流

波形: 単方向、もしくは振動性

平均電流: 400 A 以上
電荷量: 45 ms ±20 % のあいだに 18 C ±20 %• コンポーネント A/5 — ゾーン 3 アーク侵入

波形: 単方向で、矩形、あるいは指数的か直線的に低下

電流
ピーク電流: 40 kA ±10 %• コンポーネント D — 後続雷撃電流アクション・インテグラル: 0.08 × 106 A2 s ± 20 %
ピークの 1 % までの総持続時間: 500 µs 以下

ピーク電流: 100 kA ±10 % †12

10 % → 90 % の立ち上がり時間: 50 µs 以下

アクション・インテグラル: 0.25 × 106 A2 s ± 20 %波形: 単方向、もしくは振動性

ピークの 1 % までの総持続時間: 500 µs 以下

10 % → 90 % の立ち上がり時間: 25 µs 以下• コンポーネント B — 中間領域電流波形: 単方向、もしくは振動性

平均電流: 2 kA ±20 %†11 コンポーネント C (持続電流) の 200 C の電荷量は表 4に示した LPL I の長時間雷撃の電荷量 QLONG と、0.25〜1.0 s の
持続時間は表 4の長時間雷撃の時間パラメータ TLONG の 0.5 sと整合している。
†12 コンポーネント D (後続雷撃電流) の 100 kA のピーク電流は表 4に示した LPL I の後続雷撃のピーク電流の 50 kA よりも高い。波形の時間パラメータは、表 4の 0.25 µs / 100 µs
に対して 25 µs / 500 µs 以下となっており、大きく異なっている。

電荷量: 5 ms ±10 % のあいだに 10 C ±10 %波形: 単方向で、矩形、あるいは指数的か直線的に低下• コンポーネント C — 持続電流
平均電流: 200〜800 A

7

RTCA DO-160G の概要 — Part 4: 雷の直接的な影響

2.3.3

200 kA ଇคฅ ؉І؉ആ

1. 供試品をテスト・フィクスチャに取り付ける。



150 kA

試験セットアップइࠈ؉ആ





テスト・フィクスチャは実際の設置を代表する

༅ഇ؉І؉ആ ༄ą؉ആものとし、試験計画書で規定する。

100 kA

40 kAคԉࠉ‫܅‬؉ആ
ฅ‫܅‬A

2. 発生器のリターン側を試験計画書に従ってテス

̆ഇ؉ആ

ฅ‫܅‬

B



ト・フィクスチャに接続する。

D

C

5 ms

3. 電極の露出した導電性の部分が供試品の評価す

0.251.0 s

45 ms



べき領域の 50 mm 以上上となるように、また̆ഇ‫̆܇‬ഇ؉ആ

電極の非導電性の部分が供試品から 25 mm 以

図 7: 雷撃電流のモデル

上離れるように、試験電極を配置する (図 8)。
高電流物理損傷試験で雷撃電流のどのコンポーネ

通常用いられる試験電極は先端に絶縁材を取りントを適用するかは、表 3と図 6に示すように、カ付けた “jet diverting” 電極で、このタイプのテゴリ (§2.1) によって異なる。

電極では先端が露出したロッド電極と比較して放電に伴う衝撃波の影響が軽減される。

試験に際して、これらのコンポーネントは個別に、あるいは組み合わせて印加される。†13
カテゴリ

ばすように直径 0.1 mm 以下の細い金属線 (役

高電流波形

A
1A

✓

1B

✓

Ah

A/5

B

C*

✓

✓

✓
✓

✓

2A

✓

✓

2B

✓
✓

3N

✓

C

割を果たした後、蒸発する) を用いても良い。

D

5. 検出や記録のための機材をセットアップする。
✓

✓

1C

4. 必要な場合、供試品の特定の場所にアークを飛✓2.3.3.1

✓†
✓

✓†

試験手順


✓Jet Diverting Electrode
Rod Electrode† コンポーネント D を最初に印加

表 3: 雷の直接的な影響 — 高電流物理損傷試験 — 高電流コンポーネントਉ؉ആ؇ԇ؅

2.3.2

؉आ

アーク侵入試験ഇงЇ

≥ 50 mm≥ 25 mm༄ਈЅ

アーク侵入試験は直撃雷に曝されるかも知れないԆ؉ਈఅԇഇഇ

機器の雷撃電流の注入に伴う損傷の評価に用いら(༅ईࠅЅ)れる。

図 8: 雷の直接的な影響 — 高電流物理損傷試験 (アーク侵入試験) — 試験セットアップの例

燃料関係のコンポーネントについては、発火源の検出のための追加の試験 (§2.3.4) も適用される。
また、直撃雷を受けた時に回路上に生じるかも知

1. 環境条件を記録する。

れない過渡電圧が懸念される場合、回路上の電圧を監視しながらの試験を追加で行なう。

2. 安全上の手続きをレビューし、実施する。
3. 高電流発生器†14 、放電回路、及び検出/記録機†13 図 6のように組み合わせて印加した方が実際の雷撃の影響器を確認する:を良く模擬できるであろうが、この規格ではコンポーネントを個別に印加することが許容されている。これらのコンポーネントを組み合わせての印加に対応した試験システムについては、例
えば [11] で述べられている。

†14 高電流発生器の写真は、例えば [12] の Fig. 2 を参照。

8

RTCA DO-160G の概要 — Part 4: 雷の直接的な影響(a) 確認時の放電が供試品に損傷を与えない• 引火性混合物 (可燃ガス) 試験法 — 着火エネ

ように、電極の下のテスト・フィクスチャ

ルギーが 200 µJ となるように調整した水素/にダミーの供試品を取り付けるか実際の酸素/アルゴン混合ガス中で高電流試験を行な

供試品の上に導電性のバーを置く。

い、着火の有無によって判別する(b) テスト・フィクスチャかバーを発生器のリの 2 つが定められている。

ターン側に接続する。

(c) 電流波形を測定しながらダミーの供試品
やバーへの放電を発生させる。

(d) 電流のレベルか波形が正しくないならば、

3

補足

3.1

参考: 雷電流のパラメータ

発生器のパラメータを調整する。

IEC 62305-1[7] で示されている LPL (雷保護レベル) I の雷電流のパラメータを表 4に示す。

(e) 必要な電流のレベルと波形を得られるまでこの作業を繰り返す。
(f) ダミーの供試品かバーを取り除き、供試品をテスト・フィクスチャに取り付ける。

3.2

参考: 雷雲から大地への雷放電の発生

雷雲から大地に向けての雷放電は、典型的には次4. 供試品への放電を行なう。

のように発生する (図 9):[6]5. 供試品を確認して結果を文書化する。
1. 雷雲からの先駆放電 (リーダー) が大地に向け
6. 必要な場合、電極の位置を変え、上記の作業を

て伸びる。

繰り返す。

この先駆放電 (ステップド・リーダー) は折れ
曲がったり分岐したりしながら段階的に進み、

2.3.3.2

その速度はかなり遅い。

結果の解釈

また、先駆放電の電流は小さく、発光は弱い。

供試品は試験後も意図したように機能しなければならない。

2. 先駆放電が大地に接近して大地付近の電界が高表面のある程度の溶融などは想定範囲内であってまると大地から捕捉放電 (ストリーマ) が発生許容できると判断されるかも知れないが、想定外の、し、先駆放電に向かう。

あるいは想定の範囲を超える損傷を生じた場合は別

3. 先駆放電と捕捉放電が結合して放電路が形成さ途検討が必要となりそうである。

れると、大地から雷雲に向けて帰還雷撃が発生

2.3.4

する。

追加の試験要求

帰還雷撃は 10 万 km/s 程度の非常に早い速度

給油口キャップや磁気燃料レベル計などの燃料関で進み、また短時間で大きな電荷を運び、激し

連の機器は、200 µJ 以上のエネルギーの着火源 (例い雷鳴や雷光を伴う。

えば金属のキャップと機体のあいだでの火花放電の第一帰還雷撃は、高電流物理損傷試験 (§2.3.1)

ような) を生じないことの確認も求められる。†15

ではコンポーネント A で代表される。

この確認の方法としては、

4. 最初の帰還雷撃の後、10〜100 ms 程度の休止• 写真法 — 暗室中での高電流試験中に所定の感の後、再び雷雲からの先駆放電が発生する。

度の機材で撮影を行ない、スパークの発生の有

この先駆放電 (ダート・リーダー) は先の放電無を判別するで大気中に形成されたイオン化された経路を辿り、最初の先駆放電 (ステップド・リーダー) よ†15 航空機で用いられる燃料と空気の混合物の最小着火エネル

りも高速に、連続的に進む。

ギーは 2 mJ 程度と考えられる。勿論、雷撃そのものは遥かに大きなエネルギーを持つが、通常は雷撃の経路には燃料蒸気などの発火のリスクの高い物質は存在しないと考えられる。

9

RTCA DO-160G の概要 — Part 4: 雷の直接的な影響

電流パラメータ
第一正極性雷撃

記号

単位

値

I

kA

200

QSHORTC

100

比エネルギー

W/R

MJ/Ω

10

時間パラメータ

T1 /T2µs/µs

10/350

電流波高値
短時間雷撃の電荷量

第一負極性雷撃

後続雷撃

長時間雷撃
雷放電

電流波高値

I

kA

100

平均波頭峻度

di/dt

kA/µs

100

時間パラメータ

T1 /T2

µs/µs

1/200

電流波高値

I

kA

50

平均波頭峻度

di/dt

kA/µs

200

時間パラメータ

T1 /T2µs/µs

0.25/100

長時間雷撃の電荷量

QLONG

C

200

時間パラメータ

TLONG

s

0.5

電荷量

QFLASHC300

表 4: 雷電流パラメータの最大値 (IEC 62305-1:2010

ąउԆ؉

[7]

LPL I)

ąउԆ؉((

)

)

ଇ1ฅ ؉І

̆̆Ԇ؉

༅ഇฅ

؉І

図 9: 対地放電 (雲–大地) の発生

5. 先駆放電が大地に達すると、再び大地から雷雲1ฅ ؉І

に向けて帰還雷撃が発生する。

༅ഇฅ

後続帰還雷撃は、高電流物理損傷試験 (§2.3.1)

؉І (230؅)ではコンポーネント D で代表される。

6. 後続帰還雷撃は、しばしば 2〜30 回程度繰り返؉ആされる。†16

10 100 ms

7. 帰還雷撃の後、数百 A の電流が 2〜300 ms 程



2 300 ms

図 10: 多重雷のイメージ

度持続するテール電流が発生することもある。
テール電流は、高電流物理損傷試験 (§2.3.1) で航空機の機体は大気よりも電流を流しやすく、雷はコンポーネント C で代表される。

が活動している領域を航空機が飛行する時、しばし放電は、大地から雲に向けて、また雲と雲のあいば機体を通過するような形での放電 (例えば雲と機だで発生することもある。

体前部、そして機体後部と大地のあいだでの放電)が生じる。また、雷雲の近くやその中を飛行する航空機自身がしばしば雷放電の引き金となる。

†16 負極性雷の多くは後続放電を伴い、正極性雷の多くは後続放電を伴わない。[10]10RTCA DO-160G の概要 — Part 4: 雷の直接的な影響

4

参考資料

[13] 航空用機器の EMC — DO-160G の概要, 株式会社 e・オータマ 佐藤, 2020,
https://www.emc-ohtama.jp/emc/reference.html[1] RTCA DO-160G, Environmental Conditions
and Test Procedures for Airborne Equipment,
RTCA, Inc., 2010

• Part 1: 無線周波サセプティビリティ、及び
エミッション[2] MIL-STD-461G, Requirements for the Control
of Electromagnetic Interference Characteristics
of Subsystems and Equipment, Department of
Defense, 2015

• Part 2: 電圧スパイク、音声周波伝導サセプ
ティビリティ、及び誘導信号サセプティビリ
ティ• Part 3: 雷誘導トランジェント・サセプティ
ビリティ、及び静電気放電[3] FAA Advisory Circulars AC 21-16G, RTCA
Document DO-160 versions D, E and F, “Environmental Conditions and Test Procedures for
Airborne Equipment”,
https://www.faa.gov/documentLibrary/media/Advisory Circular/AC 21-16G.pdf[4] 装備品等型式及び仕様承認に係る一般方針, 平成 17 年 4 月 26 日制定, 平成 23 年 6 月 30 日一部
改正 (国空機第 282 号), 国土交通省航空局安全部
航空機安全課長http://www.mlit.go.jp/notice/noticedata/pdf/201107/00005485.pdf[5] Avionics Indirect Lightning, Jay Patel (HV
TECHNOLOGIES, Inc.), 2016,
http://site.ieee.org/rockrivervalley/files/2016/03/DO160-S22-Presentation.pdf[6] 雷保護と接地マニュアル — IT 社会のアキレス
腱, ピーター・ハッセ 他 著, 加藤幸次郎 他 訳,
2003, ISBN: 978-4501110901[7] IEC 62305-1:2010, Protection against lightning— Part 1: General principles(JIS Z 9290-1:2014, 雷保護 — 第 1 部: 一般原則)[8] Polymer composite for antistatic applicationin aerospace, Ramdayal Yadav et al., Defence
Technology Volume 16, Issue 1, February 2020,
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214914719300108[9] The Lightning Discharge (International Geophysics Series Volume 39), Martin A. Uman,
1987, ISBN: 0-12-708350-2[10] The Lightning Flash, Vernon Cooray, 2014,
ISBN: 978-1-84919-691-8[11] Development of a High-Current Generator
to Comply with Aircraft Lightning Environments and Related Test Waveforms, Nobuyuki
Kamihara at al., Mitsubishi Heavy Industries
Technical Review Vol. 48 No. 4 (December2011),
https://www.mhi.co.jp/technology/review/pdf/e484/e484051.pdf[12] Eﬀect of hygrothermal aging on the damage characteristics of carbon woven fabric/epoxy
laminates subjected to simulated lightning strike,
Yichao Li et al., 2016,
DOI: 10.1016/j.matdes.2016.03.030

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