飛機(jī)與鳥的糾葛

陳光

鳥撞飛機(jī)。嚴(yán)重影響飛行安全。

2016年12月，許多電影院放映了一部名為《薩利機(jī)長(zhǎng)》的電影，重現(xiàn)了著名的“哈德遜河上的奇跡”——2009年1月15日，切斯利-薩倫伯格機(jī)長(zhǎng)（薩利）駕駛美國(guó)泛美航空公司A320客機(jī)在低空遭遇鳥群撞擊，雙發(fā)停車。薩倫伯格機(jī)長(zhǎng)臨危不亂，駕駛著這架無(wú)動(dòng)力的飛機(jī)安全迫降在哈德遜河上。一些觀眾看完電影后，感到不可思議。小小飛鳥怎么會(huì)有這么大的力量，險(xiǎn)些造成一場(chǎng)機(jī)毀人亡的空前災(zāi)難。

飛鳥懟飛機(jī)

鳥撞飛機(jī)導(dǎo)致的悲劇不勝枚舉。1908年萊特兄弟的飛機(jī)與鳥相撞，這是世界上有記載的第一次鳥撞飛機(jī)。1912年4月3日，第一個(gè)飛越美國(guó)大陸的凱爾布雷斯·羅杰斯（Calbraith Rogers）因鳥撞飛機(jī)而喪生。

1960年10月4日，美國(guó)東方航空公司一架洛克希德L-188A伊拉克特拉（Electra）四發(fā)客機(jī)滑跑起飛，三臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)遭鳥撞，致使飛機(jī)失控墜入波士頓海灣。機(jī)上59名乘客、3名機(jī)組人員全部遇難。

從上世60年代起到21世紀(jì)初，由于飛鳥撞擊飛機(jī)，世界范圍內(nèi)至少造成了78架民用飛機(jī)損失，219人喪生：250架軍用飛機(jī)損失，120名飛行員喪生。目前，全世界每年大約發(fā)生1萬(wàn)次鳥撞飛機(jī)事件。在美國(guó)，民用飛機(jī)遭鳥擊事件在1990年為1738次，到了2007年上升為7439次，即在17年中鳥撞飛機(jī)的事件增加了4倍。1991年到2005年間，中國(guó)民航其發(fā)生過826次鳥擊飛機(jī)事件（沒有發(fā)生機(jī)毀人亡事故），直接經(jīng)濟(jì)損失約6000萬(wàn)美元。

鳥撞飛機(jī)勢(shì)比炮彈

人們稱呼的“鳥撞飛機(jī)”，多數(shù)情況是飛行的飛機(jī)撞到了鳥類。一只體重900克的鳥，如果以相對(duì)時(shí)速185千米與飛機(jī)相撞，其撞擊力就有1190千克力；若相對(duì)速度為926千米/小時(shí)，其撞擊力可達(dá)到29750千克力。當(dāng)一只體重為7.25千克，當(dāng)量直徑為20厘米的大鳥，以相對(duì)速度963千米/小時(shí)與飛機(jī)相撞時(shí)，其撞擊力高達(dá)130000千克力，其破壞力是常人難以想象的。

另外，隨著飛機(jī)越來越大，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)吸入的空氣量也越來越大。一旦發(fā)動(dòng)機(jī)吸入飛鳥，也會(huì)產(chǎn)生巨大的破壞力。發(fā)動(dòng)機(jī)以最大狀態(tài)工作時(shí)，空氣以300～350千米的時(shí)速被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)，因此隨空氣一起吸入的飛鳥也將以這個(gè)速度撞到發(fā)動(dòng)機(jī)前端部件上，產(chǎn)生非常大的撞擊力。如果鳥撞到發(fā)動(dòng)機(jī)的靜止部件，如進(jìn)氣道與支板等，其危害程度還比較輕，但是如果撞到高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇葉片上，其相對(duì)速度更高、力量更大，不僅會(huì)造成葉片嚴(yán)重?fù)p傷，而且斷裂葉片的碎塊還會(huì)隨著氣流進(jìn)入高壓壓氣機(jī)甚至燃燒室中，打壞發(fā)動(dòng)機(jī)后面的部件，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)停車。碎片如夾在葉尖上或機(jī)匣間，被轉(zhuǎn)子帶著旋轉(zhuǎn)，還將因摩擦引起發(fā)動(dòng)機(jī)失火。折斷的葉片如打穿機(jī)匣，還會(huì)打壞飛機(jī)的結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)（如液壓導(dǎo)管、電纜束等），造成更嚴(yán)重的二次損傷。

防止鳥撞飛機(jī)的措施主要有兩方面。一方面，采取被動(dòng)的預(yù)防措施。另一方面，提高飛機(jī)本身的防鳥撞能力，如采取耐撞設(shè)計(jì)等等。

預(yù)先給鳥提個(gè)醒

驅(qū)鳥的方法比較多，一般采用針對(duì)鳥類的視覺、聽覺、食性而研發(fā)的各種設(shè)備，例如“煤氣炮”、用高音喇叭播放鳥類天敵嗚叫聲的“驅(qū)鳥王”、采用“稻草人”原理制作的“恐怖眼”等等。利用訓(xùn)練有素的猛禽也可實(shí)現(xiàn)“以鳥驅(qū)鳥”。此外，還有生態(tài)綜合治理的方法，讓鳥兒無(wú)法在機(jī)場(chǎng)周圍棲息、覓食。上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)工作人員鏟除了機(jī)場(chǎng)周邊易生蟲的雜草，種上不易生蟲的馬尼拉草和狗牙根草；深挖機(jī)場(chǎng)周圍小塘或改為旱田，與當(dāng)?shù)胤N田農(nóng)戶協(xié)調(diào)，改種玉米、水稻。在浦東機(jī)場(chǎng)東南方11千米處，他們還為鳥建造了一個(gè)200公頃的“安居工程”——九段沙濕地自然保護(hù)區(qū)。曾經(jīng)出沒在機(jī)場(chǎng)上空的150多種鳥群，據(jù)稱后來有70%在九段沙出現(xiàn)。

在與發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子一起高速旋轉(zhuǎn)的進(jìn)氣錐上，還可畫上白色的條帶。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，這些條帶形成閃動(dòng)的白色光圈，使前方的飛鳥視而生畏，遠(yuǎn)離飛機(jī)。此外，還可研制機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)，自動(dòng)預(yù)報(bào)鳥撞的危險(xiǎn)，使飛機(jī)主動(dòng)回避鳥群。

1960年10月，美國(guó)東方航空公司一架L-188A客機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)撞鳥，導(dǎo)致機(jī)上人員全部遙難。

鳥至少能把這臺(tái)JT3D發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇葉片撞成這樣。

發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片的耐撞設(shè)計(jì)

飛機(jī)本身那些容易受到鳥撞擊的部位，例如風(fēng)擋玻璃、雷達(dá)罩、機(jī)翼前緣等，設(shè)計(jì)上應(yīng)予以加強(qiáng)，以能承受大鳥的撞擊。美國(guó)空軍通過試驗(yàn)曾提出要求，當(dāng)飛機(jī)的飛行速度為每小時(shí)950千米時(shí)，座艙結(jié)構(gòu)和風(fēng)擋玻璃應(yīng)能承受1.6千克重的鳥的撞擊。不過上述部位在飛機(jī)上都是固定不動(dòng)的，設(shè)計(jì)上較容易解決。

難的是發(fā)動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)代客機(jī)采用大推力的大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其風(fēng)扇葉片越來越長(zhǎng)。用于波音757的發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片長(zhǎng)0.522米，用于波音747的約為018～0.9米，而用于波音777的長(zhǎng)度超過1米。風(fēng)扇葉片一旦因鳥撞產(chǎn)生碎片，破壞力將非?？謍布。

上世紀(jì)70年代前后研制的所有大涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其風(fēng)扇葉片無(wú)一例外的是將葉身上距葉尖1/3～2/3處做出向兩側(cè)伸出的凸肩。各葉片的凸肩相互抵緊，形成一道加強(qiáng)葉片的環(huán)箍。這樣，不僅增加了葉片的剛性，提高了抵抗外物（包括鳥）撞擊的能力，而且凸肩形成的抵緊面還可吸收部分振動(dòng)能量。不過這種設(shè)計(jì)也帶來許多問題：不易加工制造；葉片根部所受的離心負(fù)荷加大；凸肩與葉身交界處產(chǎn)生附加的彎曲應(yīng)力；氣流流過凸肩時(shí)產(chǎn)生分離，進(jìn)氣效率降低。為此從上世紀(jì)80年代起，國(guó)外幾家大發(fā)動(dòng)機(jī)公司開始采用寬弦葉片。寬弦葉片寬度加大，強(qiáng)度加大，抗外物打擊能力自然大大提高，也不易引起振動(dòng)。但是葉片厚度變大，重量增加了許多，葉片根部以及安裝葉片的盤也必須做得厚重才行。

為防止鳥撞飛機(jī)，人類絞盡腦汁，包括利用噪音驅(qū)鳥。

因此，在大涵道比風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)誕生以后近15年后，人們才研制出適用的寬弦風(fēng)扇葉片。上世紀(jì)80年代中期，英國(guó)羅.羅公司設(shè)計(jì)發(fā)展了“三明治式”的寬弦夾層風(fēng)扇葉片。這種葉片的葉盆（凹面）與葉背（凸面）分別由兩塊鈦合金做成，合金中心部分挖掉形成空腔，在空腔中嵌入鈦合金蜂窩結(jié)構(gòu)的芯板，通過活性擴(kuò)散連接的方法將三者連接在一起。羅.羅公司后來又在“三明治”式葉片的基礎(chǔ)上作了近一步的改進(jìn)，在芯部采用了三角形桁架結(jié)構(gòu)，不僅重量更輕，而且桁架還能參與承力。每片葉片的重量比采用蜂窩芯的低15%。從上世紀(jì)90年代起，該公司新發(fā)展的發(fā)動(dòng)機(jī)都采用了桁架結(jié)構(gòu)的葉片。

美國(guó)GE公司在上世紀(jì)90年代初期采用了前緣包有鈦合金蒙皮的復(fù)合材料風(fēng)扇葉片，用于波音777、787與777X的發(fā)動(dòng)機(jī)上。與此同時(shí)，美國(guó)普惠公司設(shè)計(jì)了空心結(jié)構(gòu)的風(fēng)扇葉片，這種葉片中間帶有6條槽帶，形成空心，減輕了重量，而未被銑削處又相互焊接在一起，增加了葉片抗外物打擊的能力。第4代戰(zhàn)斗機(jī)F-22的發(fā)動(dòng)機(jī)，用的就是這種空心結(jié)構(gòu)的風(fēng)扇葉片。

想要了解鳥撞對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的損害，需要事先了解一下現(xiàn)代漏扇發(fā)動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。

采用新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝造出的風(fēng)扇葉片，不僅減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)重量，而且大大提高了抗鳥撞的能力。

上面帶凸扁的風(fēng)扇葉片，來自CF6發(fā)動(dòng)機(jī)。下面的寬弦空心葉片。來自V2500發(fā)動(dòng)機(jī)。

多個(gè)葉片的凸房相互抵緊，組成環(huán)箍，增強(qiáng)度，減振動(dòng)。

經(jīng)不經(jīng)撞試試看

為確保飛機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)所設(shè)計(jì)的抗鳥撞擊結(jié)構(gòu)能達(dá)到抗鳥擊的能力，各國(guó)適航管理部門都有嚴(yán)格規(guī)定，在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)投入使用前，要進(jìn)行投鳥測(cè)試。

投鳥的重量及個(gè)數(shù)與風(fēng)扇迎風(fēng)面積有關(guān)，例如，用于波音737、A320的發(fā)動(dòng)機(jī)，投中鳥試驗(yàn)時(shí)，需投1只1.15千克加上5只0.75千克的鳥；投大鳥試驗(yàn)時(shí)，需投1只2.75千克的鳥。用于波音747的發(fā)動(dòng)機(jī)，投中鳥試驗(yàn)時(shí)，需投3只1.15千克的鳥；投大鳥試驗(yàn)時(shí)，需投1只3.65干克的鳥。用于波音777的發(fā)動(dòng)機(jī)，投中鳥試驗(yàn)時(shí)，需投4只1.15千克的鳥；投大鳥試驗(yàn)時(shí)，需投1只3.65千克的鳥。投鳥的專用工具很有意思，是一種高壓“氣炮”，“炮彈”現(xiàn)在一般是凍雞，或同等重量的模擬“鳥彈”。

審定條件非?？量獭１热?，投中鳥時(shí)，不得引起：推力損失超過25%、著火、碎片非包容、過大載荷以及失去停車能力等。投大鳥時(shí)，要求鳥吸入速度為每小時(shí)320千米，發(fā)動(dòng)機(jī)吸鳥后15秒不能移動(dòng)油門桿，不得引起：著火、碎片非包容、過大載荷與失去停車能力等。碎片非包容，是個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)，指碎片擊穿發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇機(jī)匣。風(fēng)扇機(jī)匣又稱包容環(huán)，因此在設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)風(fēng)扇機(jī)匣，把碎片包容在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部。

為了考核發(fā)動(dòng)機(jī)的包容環(huán)能否將風(fēng)扇葉片從根部斷裂的斷片包容住，各國(guó)適航條例中，均有一條發(fā)動(dòng)機(jī)包容環(huán)的考核試驗(yàn)。此項(xiàng)試驗(yàn)費(fèi)用特高且危險(xiǎn)。試驗(yàn)時(shí)，在1片葉片根部安裝1個(gè)雷管，在風(fēng)扇轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到100%時(shí)，將雷管引爆，從葉片的根部炸斷葉片，以檢驗(yàn)葉片斷片是否能被包容環(huán)包住。如果葉片斷片包容在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，發(fā)動(dòng)機(jī)還能繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)15秒且未引發(fā)著火，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝節(jié)沒有損壞，那么就算通過了考核。當(dāng)然，這臺(tái)試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)因嚴(yán)重?fù)p壞而報(bào)廢，損失上幾百萬(wàn)美元。如果試驗(yàn)不成功，葉片斷片擊穿包容環(huán)，甩離發(fā)動(dòng)機(jī)，可能會(huì)打壞試車臺(tái)架的設(shè)備，甚至打斷燃油導(dǎo)管或液壓系統(tǒng)的導(dǎo)管，引發(fā)臺(tái)架失火，損失會(huì)更大。因此，在進(jìn)行適航審定試驗(yàn)中，考核包容性的試驗(yàn)都安排在最后，且有適航部門的代表參與。

由于采取了以上各種措施，鳥撞飛機(jī)帶來的危害后果己有所降低，但是并未完全消除。今后適航管理部門可能修改發(fā)動(dòng)機(jī)抗鳥撞的試驗(yàn)要求，增加投鳥試驗(yàn)中鳥的重量與數(shù)量；在駕駛員培訓(xùn)方面，可能會(huì)增加飛機(jī)遇鳥撞后的應(yīng)急訓(xùn)練等。

責(zé)任編輯：吳佩新