民用飛機(jī)鳥撞系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)方法

于德淼

摘要：在民用飛機(jī)研制過(guò)程中，如何有效防治鳥撞危害歷來(lái)是一項(xiàng)充滿挑戰(zhàn)的難題。鳥撞一直是對(duì)民用飛機(jī)造成較大威脅的事故之一，民用飛機(jī)鳥撞研究歷來(lái)是各國(guó)飛機(jī)研發(fā)人員研究的焦點(diǎn)。除了結(jié)構(gòu)抗鳥撞設(shè)計(jì)外，從系統(tǒng)安全性角度進(jìn)行鳥撞研究也是非常重要的。本文介紹了中國(guó)民用飛機(jī)系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)中烏撞特定風(fēng)險(xiǎn)的研究現(xiàn)狀?？偨Y(jié)了現(xiàn)有民用飛機(jī)抗鳥撞設(shè)計(jì)的基本方法，并提出了民用飛機(jī)的“容”鳥撞系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：鳥撞；民用飛機(jī)；系統(tǒng)安全性；特定風(fēng)險(xiǎn)分析；安全性設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)V2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)2095-6363（2016）06-0026-02

1.鳥撞事件現(xiàn)狀

2016年3月，一架埃及航空的客機(jī)從開羅起飛，在抵達(dá)目的地倫敦準(zhǔn)備降落時(shí)，遭遇一只鳥的猛烈撞擊，機(jī)頭雷達(dá)罩被擊穿，造成了一個(gè)直徑30cm的破洞，機(jī)組操作得當(dāng)，飛機(jī)順利降落，并沒有造成人員傷亡。2015年12月，中國(guó)空軍一架戰(zhàn)斗機(jī)在執(zhí)行飛行任務(wù)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)遭到鳥撞，飛機(jī)墜毀，飛行員跳傘成功，所幸沒有造成機(jī)組與地面人員的傷亡。在歷史上，僅1960年以來(lái)，世界范圍內(nèi)由于鳥撞事故至少造成78架民用飛機(jī)損失、201人喪生、250架軍機(jī)損失、120名飛行員喪生。鳥撞已被國(guó)際航空聯(lián)合會(huì)定位為A類空難。近年來(lái)，隨著航空事業(yè)的飛速發(fā)展，鳥撞事故對(duì)于飛行安全的威脅也與日俱增，因此航空領(lǐng)域?qū)γ裼蔑w機(jī)的安全性提出了越來(lái)越高的要求。

2.鳥撞分析依據(jù)

在飛機(jī)研制過(guò)程中，安全性分析與評(píng)估是不可或缺的一部分。我國(guó)民機(jī)研制必須要滿足適航條款CCAR25《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》的要求。而為了驗(yàn)證飛機(jī)是否符合CCAR25的要求，需要采用一系列分析方法來(lái)驗(yàn)證飛機(jī)對(duì)適航條款的符合性。方法之一就是系統(tǒng)安全性分析，其中就包括鳥撞特定風(fēng)險(xiǎn)分析。特定風(fēng)險(xiǎn)指破壞系統(tǒng)獨(dú)立性并且影響多個(gè)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)組件以及飛機(jī)乘坐人員（包括乘客和機(jī)組人員）安全的事件，一般會(huì)影響飛機(jī)運(yùn)營(yíng)安全造成飛機(jī)受損及人員傷亡等事件。特定風(fēng)險(xiǎn)一般來(lái)源于兩個(gè)方面，一個(gè)來(lái)源于飛機(jī)本身（如火災(zāi)），另一方面來(lái)源于飛機(jī)運(yùn)行的環(huán)境（如鳥撞）。

3.民機(jī)鳥撞分析的3個(gè)層面

目前，在飛機(jī)鳥撞領(lǐng)域大部分研究?jī)?nèi)容屬于飛機(jī)結(jié)構(gòu)形式、強(qiáng)度、抗鳥撞材料的研發(fā)，成功在很多機(jī)型上進(jìn)行了應(yīng)用，通俗一些可以概括為“防”和“抗”兩層面。而另外一個(gè)層面是“容”鳥撞設(shè)計(jì)。

3.1“防”鳥撞

“防”鳥撞，顧名思義，采取一系列措施避免飛機(jī)與鳥類相碰撞，各航空企業(yè)和學(xué)者在“防”這一方面采用了很多較有成效的措施，例如以下幾點(diǎn)。

1）機(jī)載驅(qū)鳥：采用各類機(jī)載驅(qū)鳥設(shè)備，包括音頻，頻閃燈等應(yīng)用，還包括飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中心的螺旋條紋，這些都能在飛機(jī)飛行中對(duì)鳥類產(chǎn)生震懾、驚嚇的作用，使之主動(dòng)避讓飛機(jī)。

2）機(jī)場(chǎng)鳥類監(jiān)控預(yù)警。機(jī)場(chǎng)鳥撞監(jiān)控可以實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)場(chǎng)及周圍鳥情，并通過(guò)聯(lián)網(wǎng)，與多個(gè)機(jī)場(chǎng)的鳥類預(yù)警單位進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)綜合評(píng)估，可以有效的預(yù)測(cè)鳥類遷徙路線，遷徙時(shí)間等等，給各個(gè)機(jī)場(chǎng)飛機(jī)制定飛行計(jì)劃提供有效依據(jù)。

3）生態(tài)學(xué)防治機(jī)場(chǎng)周圍往往地形較開闊，人類活動(dòng)密集程度低，低矮灌木、草地較多，很容易吸引鳥類進(jìn)行棲息和覓食。所以從生態(tài)學(xué)角度可以采用單一草種，驅(qū)蟲，減少水源，及時(shí)清理過(guò)高的灌木等方式，減少生態(tài)多樣性，剪斷鳥類食物鏈，故而可以減少機(jī)場(chǎng)環(huán)境對(duì)鳥類的吸引，減少機(jī)場(chǎng)周圍鳥類數(shù)量。

3.2“抗”鳥撞

“抗”鳥撞，即采用結(jié)構(gòu)防護(hù)的方式，對(duì)鳥撞進(jìn)行防護(hù)，從結(jié)構(gòu)形狀、材料、填充物等等方面，減少鳥撞對(duì)飛機(jī)的損害，力求以結(jié)構(gòu)的變形或損壞保護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)關(guān)鍵系統(tǒng)部件的完好性。例如飛機(jī)風(fēng)擋玻璃的制造就必須滿足抗鳥撞的設(shè)計(jì)，從風(fēng)擋的強(qiáng)度，碎裂特性等方面，在撞擊后不能被穿透，不能產(chǎn)生碎片，滿足抗鳥撞的要求。飛機(jī)也可以采用各種吸能結(jié)構(gòu)，增加蜂窩擋板和復(fù)合材料來(lái)減少損害。

3.3“容”鳥撞

“容”鳥撞，指一旦結(jié)構(gòu)沒有“擋”住鳥撞，鳥體猶如一顆流體炮彈一般打入飛機(jī)內(nèi)部時(shí)，不會(huì)對(duì)飛機(jī)的安全性造成大的影響。這是飛機(jī)鳥撞研究中非常重要的一步，即針對(duì)鳥撞的系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)。

從飛機(jī)研發(fā)人員角度來(lái)看，在做飛機(jī)安全性設(shè)計(jì)和分析時(shí)，不能單從結(jié)構(gòu)或者個(gè)別系統(tǒng)發(fā)生鳥撞來(lái)分析，而應(yīng)從整機(jī)的角度，對(duì)鳥撞這一特定風(fēng)險(xiǎn)做安全性評(píng)估。

4.民用飛機(jī)系統(tǒng)安全性“容”鳥撞設(shè)計(jì)方法

系統(tǒng)安全性分析中，增加抗鳥撞的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并不是首要目的，重要的是從全機(jī)角度衡量鳥撞事件的安全性影響。如果某一區(qū)域沒有重要的系統(tǒng)設(shè)備，發(fā)生鳥撞并打入機(jī)體也不會(huì)對(duì)機(jī)組或乘客的安全造成影響，則這里的鳥撞風(fēng)險(xiǎn)就可以接受。對(duì)于有關(guān)鍵系統(tǒng)設(shè)備的區(qū)域（由本節(jié)中方法來(lái)確定）就需要采用多種方式減少鳥撞帶來(lái)的安全性影響。

從系統(tǒng)安全性角度分析鳥撞的影響是一個(gè)伴隨著飛機(jī)型號(hào)研發(fā)進(jìn)度不斷循環(huán)迭代逐漸細(xì)化的過(guò)程。

1）在初步分析階段，只能給出大概的鳥撞范圍例如機(jī)頭、機(jī)翼、短艙等等，基于上述區(qū)域分析所有機(jī)載系統(tǒng)的初步鳥撞安全性影響并匯總。

2）在后續(xù)幾輪分析中，可以利用試驗(yàn)等手段獲取的一些鳥撞數(shù)據(jù)，例如結(jié)構(gòu)是否擊穿，變形量的大小等等作為分析的輸入，細(xì)化鳥撞對(duì)系統(tǒng)和整機(jī)的影響。

3）隨著分析程度的深入，需要交叉檢查各個(gè)系統(tǒng)之間的級(jí)聯(lián)效應(yīng)。比如，機(jī)翼遭到鳥撞并打壞某一液壓閥，會(huì)導(dǎo)致喪失一套液壓設(shè)備，這對(duì)飛機(jī)的安全性是沒有較大影響的，但是如果考慮其他系統(tǒng)的級(jí)聯(lián)效應(yīng)，就需要考慮液壓閥壞損壞后液壓油泄漏對(duì)其中電纜，防火探測(cè)等設(shè)備的影響。

4）在數(shù)輪的分析之后，需要擴(kuò)大系統(tǒng)安全性分析的輸入，除了試驗(yàn)等輸入，還需要將公共系統(tǒng)例如電源，電氣等專業(yè)的鳥撞影響作為其他系統(tǒng)上游輸入條件。使整機(jī)的鳥撞分析更加具有系統(tǒng)性和完整性。

目前，對(duì)于鳥撞特定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要采用試驗(yàn)與和分析相結(jié)合的方式。在此之前首先要對(duì)影響飛機(jī)安全運(yùn)行的潛在鳥撞破壞路徑充分試驗(yàn)，采用物理隔離系統(tǒng)通道來(lái)防止單個(gè)鳥撞危險(xiǎn)源造成冗余系統(tǒng)同時(shí)失效，確定脆弱的系統(tǒng)關(guān)鍵部件，采用保護(hù)措施或者改變鳥撞路徑來(lái)將鳥撞的危險(xiǎn)減少至最小。值得注意的是，由于物理隔離或者保護(hù)等措施可能造成關(guān)鍵位置或結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更改，因此應(yīng)在設(shè)計(jì)階段盡早開展鳥撞失效評(píng)估，以避免后期昂貴的設(shè)計(jì)費(fèi)用。然后通過(guò)分析和試驗(yàn)的方式來(lái)評(píng)估鳥撞對(duì)飛機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)，并作為符合性驗(yàn)證的一部分。

5.結(jié)論

國(guó)內(nèi)民用飛機(jī)的安全性設(shè)計(jì)水平不斷提高，分析方法也逐漸成熟，在鳥撞的分析中引入系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)的理念既是為了滿足適航規(guī)章的要求，也是為了適應(yīng)當(dāng)前對(duì)民機(jī)安全性越來(lái)越高的要求。在鳥撞分析中，防鳥撞，抗鳥撞，容鳥撞，三者相輔相成，缺一不可，在民機(jī)的研發(fā)周期內(nèi)不斷重復(fù)和循環(huán)，每一次循環(huán)都會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)帶來(lái)變更，并引入到下一輪次的分析中去。最終隨著飛機(jī)安全性指標(biāo)的不斷滿足，鳥撞設(shè)計(jì)也趨于定型，最終滿足適航規(guī)章中的安全性要求。