一种仿生机械鹰技术用于机场驱鸟工作的研究

雷方涛　官卫波

【摘 要】本文通过研究、试验，设计制作了一种仿生机械鹰，通过机械传动形式模拟鹰类飞行姿态，并配备音频鹰鸣声和鸟类哀鸣声，设置于飞行区鸟类活动频繁的区域，用于机场鸟类恐吓和驱赶，效果良好，为机场改善鸟击防范措施，降低机场鸟击次数，起到了一定的作用。

【关键词】仿生机械鹰；机场驱鸟

0 引言

随着航空业的不断发展，各大机场航班量井喷式上升，航空运输安全风险也因基数的增大而凸显了出来。其中，航空器鸟击风险就是其中一个棘手的问题，成为了一个世界级难题。大家都知道，一个飞行的小鸟和高速的航空器和空中相撞，巨大的动能对于航空器来说是致命的损害，轻则损坏航空器零部件，重则可能引起机毁人忙。

通过分析鸟类活动规律，机场鸟类主要分为候鸟和留鸟。鸟种也因机场地理位置、所属区域的不同，分布不一。以咸阳国际机场为例，飞行区主要鸟种为家燕、雉鸡、灰喜鹊、灰椋鸟、白头鹎 、红隼等。鸟击防范措施也是多管齐下，各显其手，有煤气炮、风动驱鸟仪的恐吓，有猎枪的猎杀，农药、驱鸟剂的驱逐，还有鸟类食源、栖息场所破坏等的生态驱鸟，激光驱鸟等。

通过分析机场鸟类种群，发现鹰类为大多数鸟类的天敌。但作为机场飞行区，引入鹰类种群是不可取的，因为鹰类属于个体比较大的鸟群，本身就是一个很大的鸟击防范源。所以，人为的制作仿生机械鹰也就应运而生。

1 仿生机械鹰

1.1 模型建立

1.2 原理设计

模型主要技术在于机械传动机构的设计，通过机械传动动机构将电机的运动转化为仿生鹰双翼的上下运动。

机械原理分析，能够实现这一运动模式的机构，均简单，便捷，一般常用的为曲柄摇杆机构和凸轮—顶杆机构。机场工作人员可以就地取材进行设计、制作。

如下机械原理示意图。

1.3 设计分析

因图3方案凸轮加工相对困难。本文就图2曲柄连杆机构做以下设计分析。

实际测量鹰类种群个体大小，飞行体态。要求鹰翼活动范围为-20°—20°，鹰翼震动频率选择30—40次/min为最终设计结果。

计算图二平面机构的自由度为F=3n-2p1=9-8=1，机构运动确定。

选择驱动杆即曲柄长为R=6cm，减速电机输出转速为30r/min。

按照四连杆机构有曲柄的条件，以及仿生鹰模型大小，曲柄和机架固定点位置即为电机输出点，摇杆和机架固定点即为鹰翼端。经过图解计算，选取连杆a=10cm，6=12cm，可以满足设计要求。（本文已完成了三维建模和运动仿真分析，因篇幅原因，不做展示。）

设计计算过程不做详细写明，读者可以直接引用数据和零部件结构即可。

2 机场飞行区应用

结合鸟类活动空域，统计分析机场航空器鸟击案例。我们会发现：航空器在进近着落阶段和起飞离场阶段，发生鸟击不安全时间的概率比较大。

图4 机场仿生机械鹰安装实例

目前仿生机械鹰因设计局限性，还是主要用于固定区域的鸟类驱赶。设置固定桩，外接电源，实现功能。按照《民用机场飞行区技术标准》MH5001-2013、《中国民用航空总局191号令》规定和要求，推荐机械鹰一般安装于敏感区外围、跑道端头且跑道运行安全距离外的位置（E类为跑道中线75米以外，F类为跑道中线105米以外），也方便仿生鹰的后期维护工作。各机场也可根据运行实际情况合理安置，但机械鹰的安装和布局不能影响机场正常的飞行活动和引发其他不安全隐患。

目前，咸阳机场、昆明机场等多个机场不同成度的使用了仿生机械鹰用来进行驱鸟工作，利用鸟类天敌鹰的飞行姿态，配合机场音频驱鸟设备的恐吓声和鸟类哀鸣声，对驱鸟工作起到了一定的作用。

3 结论与提升改进

此类仿生机械鹰结构简单，制作方便，价格低廉，实用可靠，是机场一种新颖的驱鸟措施。但是对于机场鸟类而言，长期在机场区域的栖息和生存，很快就会习以为然，产生一定会的免疫力，仿生机械鹰也就形同虚设。

鹰本身就是鸟类的天敌，只因为是人造机械的仿生模式，就降低了很大的效果。所以，仿生机械鹰应该向着更形象、更先进的方面发展。如继续改进结构、降低质量，并添加遥控装置进行航模设计，让它有控制的飞以来，直接飞进鸟群用恐吓声进行驱鸟。既不影响机场正常运行，也能達到驱鸟效果，确实是一种很好的办法。

【参考文献】

[1]孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理第七版.北京：高等教育出版社，2006.5.

[2]朱龙根主编.机械系统设计.北京：高等教育出版社，2001.5.

[3]杜白石主编.pro/Engineer三维机械设计基础教程.西北农林科技大学，2009.endprint