飞机与鸟的纠葛

陈光

鸟撞飞机。严重影响飞行安全。

2016年12月，许多电影院放映了一部名为《萨利机长》的电影，重现了著名的“哈德逊河上的奇迹”——2009年1月15日，切斯利-萨伦伯格机长（萨利）驾驶美国泛美航空公司A320客机在低空遭遇鸟群撞击，双发停车。萨伦伯格机长临危不乱，驾驶着这架无动力的飞机安全迫降在哈德逊河上。一些观众看完电影后，感到不可思议。小小飞鸟怎么会有这么大的力量，险些造成一场机毁人亡的空前灾难。

飞鸟怼飞机

鸟撞飞机导致的悲剧不胜枚举。1908年莱特兄弟的飞机与鸟相撞，这是世界上有记载的第一次鸟撞飞机。1912年4月3日，第一个飞越美国大陆的凯尔布雷斯·罗杰斯（Calbraith Rogers）因鸟撞飞机而丧生。

1960年10月4日，美国东方航空公司一架洛克希德L-188A伊拉克特拉（Electra）四发客机滑跑起飞，三台发动机遭鸟撞，致使飞机失控坠入波士顿海湾。机上59名乘客、3名机组人员全部遇难。

从上世60年代起到21世纪初，由于飞鸟撞击飞机，世界范围内至少造成了78架民用飞机损失，219人丧生：250架军用飞机损失，120名飞行员丧生。目前，全世界每年大约发生1万次鸟撞飞机事件。在美国，民用飞机遭鸟击事件在1990年为1738次，到了2007年上升为7439次，即在17年中鸟撞飞机的事件增加了4倍。1991年到2005年间，中国民航其发生过826次鸟击飞机事件（没有发生机毁人亡事故），直接经济损失约6000万美元。

鸟撞飞机势比炮弹

人们称呼的“鸟撞飞机”，多数情况是飞行的飞机撞到了鸟类。一只体重900克的鸟，如果以相对时速185千米与飞机相撞，其撞击力就有1190千克力；若相对速度为926千米/小时，其撞击力可达到29750千克力。当一只体重为7.25千克，当量直径为20厘米的大鸟，以相对速度963千米/小时与飞机相撞时，其撞击力高达130000千克力，其破坏力是常人难以想象的。

另外，随着飞机越来越大，发动机工作时吸入的空气量也越来越大。一旦发动机吸入飞鸟，也会产生巨大的破坏力。发动机以最大状态工作时，空气以300～350千米的时速被吸入发动机，因此随空气一起吸入的飞鸟也将以这个速度撞到发动机前端部件上，产生非常大的撞击力。如果鸟撞到发动机的静止部件，如进气道与支板等，其危害程度还比较轻，但是如果撞到高速旋转的风扇叶片上，其相对速度更高、力量更大，不仅会造成叶片严重损伤，而且断裂叶片的碎块还会随着气流进入高压压气机甚至燃烧室中，打坏发动机后面的部件，严重时会造成发动机停车。碎片如夹在叶尖上或机匣间，被转子带着旋转，还将因摩擦引起发动机失火。折断的叶片如打穿机匣，还会打坏飞机的结构与系统（如液压导管、电缆束等），造成更严重的二次损伤。

防止鸟撞飞机的措施主要有两方面。一方面，采取被动的预防措施。另一方面，提高飞机本身的防鸟撞能力，如采取耐撞设计等等。

预先给鸟提个醒

驱鸟的方法比较多，一般采用针对鸟类的视觉、听觉、食性而研发的各种设备，例如“煤气炮”、用高音喇叭播放鸟类天敌呜叫声的“驱鸟王”、采用“稻草人”原理制作的“恐怖眼”等等。利用训练有素的猛禽也可实现“以鸟驱鸟”。此外，还有生态综合治理的方法，让鸟儿无法在机场周围栖息、觅食。上海浦东国际机场工作人员铲除了机场周边易生虫的杂草，种上不易生虫的马尼拉草和狗牙根草；深挖机场周围小塘或改为旱田，与当地种田农户协调，改种玉米、水稻。在浦东机场东南方11千米处，他们还为鸟建造了一个200公顷的“安居工程”——九段沙湿地自然保护区。曾经出没在机场上空的150多种鸟群，据称后来有70%在九段沙出现。

在与发动机风扇转子一起高速旋转的进气锥上，还可画上白色的条带。发动机工作时，这些条带形成闪动的白色光圈，使前方的飞鸟视而生畏，远离飞机。此外，还可研制机载雷达系统，自动预报鸟撞的危险，使飞机主动回避鸟群。

1960年10月，美国东方航空公司一架L-188A客机的发动机撞鸟，导致机上人员全部遥难。

鸟至少能把这台JT3D发动机的风扇叶片撞成这样。

发动机风扇叶片的耐撞设计

飞机本身那些容易受到鸟撞击的部位，例如风挡玻璃、雷达罩、机翼前缘等，设计上应予以加强，以能承受大鸟的撞击。美国空军通过试验曾提出要求，当飞机的飞行速度为每小时950千米时，座舱结构和风挡玻璃应能承受1.6千克重的鸟的撞击。不过上述部位在飞机上都是固定不动的，设计上较容易解决。

难的是发动机。现代客机采用大推力的大涵道比涡扇发动机，其风扇叶片越来越长。用于波音757的发动机风扇叶片长0.522米，用于波音747的约为018～0.9米，而用于波音777的长度超过1米。风扇叶片一旦因鸟撞产生碎片，破坏力将非常恐h布。

上世纪70年代前后研制的所有大涵道比涡轮风扇发动机，其风扇叶片无一例外的是将叶身上距叶尖1/3～2/3处做出向两侧伸出的凸肩。各叶片的凸肩相互抵紧，形成一道加强叶片的环箍。这样，不仅增加了葉片的刚性，提高了抵抗外物（包括鸟）撞击的能力，而且凸肩形成的抵紧面还可吸收部分振动能量。不过这种设计也带来许多问题：不易加工制造；叶片根部所受的离心负荷加大；凸肩与叶身交界处产生附加的弯曲应力；气流流过凸肩时产生分离，进气效率降低。为此从上世纪80年代起，国外几家大发动机公司开始采用宽弦叶片。宽弦叶片宽度加大，强度加大，抗外物打击能力自然大大提高，也不易引起振动。但是叶片厚度变大，重量增加了许多，叶片根部以及安装叶片的盘也必须做得厚重才行。

为防止鸟撞飞机，人类绞尽脑汁，包括利用噪音驱鸟。

因此，在大涵道比风扇发动机诞生以后近15年后，人们才研制出适用的宽弦风扇叶片。上世纪80年代中期，英国罗.罗公司设计发展了“三明治式”的宽弦夹层风扇叶片。这种叶片的叶盆（凹面）与叶背（凸面）分别由两块钛合金做成，合金中心部分挖掉形成空腔，在空腔中嵌入钛合金蜂窝结构的芯板，通过活性扩散连接的方法将三者连接在一起。罗.罗公司后来又在“三明治”式叶片的基础上作了近一步的改进，在芯部采用了三角形桁架结构，不仅重量更轻，而且桁架还能参与承力。每片叶片的重量比采用蜂窝芯的低15%。从上世纪90年代起，该公司新发展的发动机都采用了桁架结构的叶片。

美国GE公司在上世纪90年代初期采用了前缘包有钛合金蒙皮的复合材料风扇叶片，用于波音777、787与777X的发动机上。与此同时，美国普惠公司设计了空心结构的风扇叶片，这种叶片中间带有6条槽带，形成空心，减轻了重量，而未被铣削处又相互焊接在一起，增加了叶片抗外物打击的能力。第4代战斗机F-22的发动机，用的就是这种空心结构的风扇葉片。

想要了解鸟撞对发动机的损害，需要事先了解一下现代漏扇发动机的基本结构。

采用新材料、新结构、新工艺造出的风扇叶片，不仅减轻了发动机重量，而且大大提高了抗鸟撞的能力。

上面带凸扁的风扇叶片，来自CF6发动机。下面的宽弦空心叶片。来自V2500发动机。

多个叶片的凸房相互抵紧，组成环箍，增强度，减振动。

经不经撞试试看

为确保飞机与发动机所设计的抗鸟撞击结构能达到抗鸟击的能力，各国适航管理部门都有严格规定，在飞机发动机投入使用前，要进行投鸟测试。

投鸟的重量及个数与风扇迎风面积有关，例如，用于波音737、A320的发动机，投中鸟试验时，需投1只1.15千克加上5只0.75千克的鸟；投大鸟试验时，需投1只2.75千克的鸟。用于波音747的发动机，投中鸟试验时，需投3只1.15千克的鸟；投大鸟试验时，需投1只3.65干克的鸟。用于波音777的发动机，投中鸟试验时，需投4只1.15千克的鸟；投大鸟试验时，需投1只3.65千克的鸟。投鸟的专用工具很有意思，是一种高压“气炮”，“炮弹”现在一般是冻鸡，或同等重量的模拟“鸟弹”。

审定条件非常苛刻。比如，投中鸟时，不得引起：推力损失超过25%、着火、碎片非包容、过大载荷以及失去停车能力等。投大鸟时，要求鸟吸入速度为每小时320千米，发动机吸鸟后15秒不能移动油门杆，不得引起：着火、碎片非包容、过大载荷与失去停车能力等。碎片非包容，是个专业术语，指碎片击穿发动机风扇机匣。风扇机匣又称包容环，因此在设计发动机时，应加强风扇机匣，把碎片包容在发动机内部。

为了考核发动机的包容环能否将风扇叶片从根部断裂的断片包容住，各国适航条例中，均有一条发动机包容环的考核试验。此项试验费用特高且危险。试验时，在1片叶片根部安装1个雷管，在风扇转子转速达到100%时，将雷管引爆，从叶片的根部炸断叶片，以检验叶片断片是否能被包容环包住。如果叶片断片包容在发动机内部，发动机还能继续运转15秒且未引发着火，发动机安装节没有损坏，那么就算通过了考核。当然，这台试验的发动机会因严重损坏而报废，损失上几百万美元。如果试验不成功，叶片断片击穿包容环，甩离发动机，可能会打坏试车台架的设备，甚至打断燃油导管或液压系统的导管，引发台架失火，损失会更大。因此，在进行适航审定试验中，考核包容性的试验都安排在最后，且有适航部门的代表参与。

由于采取了以上各种措施，鸟撞飞机带来的危害后果己有所降低，但是并未完全消除。今后适航管理部门可能修改发动机抗鸟撞的试验要求，增加投鸟试验中鸟的重量与数量；在驾驶员培训方面，可能会增加飞机遇鸟撞后的应急训练等。

责任编辑：吴佩新