飛機與鳥的百年糾葛

邢強

人類與鳥類恩怨的起源

雄鷹翱翔于天際，野鴨展翅于湖邊。人類從仰望天空的那一刻開始，目光就始終沒有從鳥類身上移開過，而心中那種想要飛翔的夢想，更是伴隨著鳥兒的每一次振翅高飛而蠢蠢欲動。

1903年12月17日，萊特兄弟駕駛自行研制的固定翼飛機“飛行者1號”，實現了人類史上首次重于空氣的航空器持續而且受控的動力飛行。萊特兄弟對飛機的設計也得益于他們對鳥類飛行運動的觀察。

然而，飛機與鳥類的第一場交鋒，就發生在萊特兄弟的飛行中。萊特兄弟當中的弟弟——奧維爾·萊特，在1905年的飛行中與一群鳥相遇了。從奧維爾·萊特后來的日記中，我們可以發現，這應該是人類首次用一架重于空氣的飛行器殺死了一只鳥：

“這一天，我駕駛飛機在4分45秒的時間內飛了4751米。飛機在一塊玉米地上空飛了4圈。我遇到一群鳥。其中有一只撞在了飛機的上層機翼上。那只鳥被殺死了，在空中畫出一道形狀尖銳的折線。”

梁子就此結下了。從此，人類與鳥類在空中的百年恩怨開始了。

加布雷恩·羅杰斯是美國航空業的先驅。他師從萊特兄弟，并購買了萊特兄弟設計的飛機。在創造了多項飛行紀錄后，1911年9月17日，他駕駛飛機進行了漫長的飛行，經多次起降后，于當年11月5日，完成了飛越北美洲的壯舉，這使他名聲大振。

1912年4月3日，一只海鷗代表全體鳥類向當時被譽為最優秀的飛行家的羅杰斯下手了。當羅杰斯在這一天駕駛飛機飛行在加利福尼亞上空時，一只海鷗猛然撞向飛機。羅杰斯躲閃不及，海鷗直接沖破了機翼，并卡在飛機的操縱線纜上。羅杰斯瞬間就失去了對飛機的控制。飛機墜入加州長灘的一片淺水中。脖子摔斷的羅杰斯沒能從飛機殘骸中逃脫出來，被淹死了。就這樣，羅杰斯成了第一位死于空中鳥撞飛機事故的飛行員。

鳥類撞擊對飛機影響有多大

迄今為止，最慘烈的一次與鳥類直接相關的飛機墜毀事故，發生在1960年。當時，一架美國東方航空公司的洛克希德L-188客機從波士頓起飛。然而，剛好在機場跑道上空，有一群紫翅椋鳥也在成群起飛。這些體長20厘米、體重不到100克的小鳥，讓客機迫降在波士頓港灣。機上有5名機組人員和67名乘客，僅有10人幸存。

這場空難，讓工程師們開始非常認真嚴肅地看待鳥類與人類飛行器之間的關系。大部分鳥類的特征是體型小、重量輕，因此，鳥撞擊所造成的破壞主要來自飛機的速度而非鳥類的重量。隨著航空技術的發展，飛機的速度不斷提高，一些戰斗機的速度可以達到數倍聲速。

根據動量定理，一只0.45千克重的鳥與時速80千米的飛機相撞，會產生1500牛頓的力；與時速960千米的飛機相撞，則會產生21.6萬牛頓的力——飛機的高速使鳥撞擊的破壞力達到驚人的程度。鳥撞擊對飛機的破壞與撞擊的位置有密切的關系，導致嚴重破壞的撞擊主要集中在導航系統和動力系統。

從1960年到2011年，在全世界范圍內，由于鳥撞擊事故，至少造成了78架民航客機墜毀或迫降，有201名乘客及機組人員因此喪生。另有250架軍用飛機因鳥類撞擊而墜毀，其中有120名飛行員因未能及時跳傘而喪生。

而自2011年以來，已經有超過65139次登記在案的鳥類撞擊飛行器的事件。統計數據顯示，與飛行器在空中相撞的鳥類中，有44.1%撞到（或被吸入）發動機中，有30.9%撞到了機翼上。

飛行器如何應對鳥類撞擊

既然鳥類撞擊對飛行器有如此大的影響，那么，現代飛行器采取了哪些措施來應對呢？

首先，提高飛行器本身的強度，以便能夠應對鳥類撞擊的沖擊力。在現代民航客機的適航標準中，有這么兩項：飛機的機身在受到1.8千克重的鳥類撞擊后，應仍然具備能夠完成本次飛行任務的能力；飛機的尾翼在受到3.6千克重的鳥類撞擊后，仍能穩定飛機，讓飛機安全著陸。

為什么對尾翼的要求格外高呢？因為出過這樣一起事故。1962年，一架美聯航的“子爵”號客機在1828.7米的高度飛行時，撞上了一群天鵝。飛機的左側尾翼損壞，升降舵失效，導致飛機失控墜毀，機上乘員全部遇難。這場事故使得工程師對飛機尾翼的結構強度變得尤為重視。

其次，一些關鍵的傳感器要做好備份，并相隔一定的距離，以免被一只鳥一下子全部撞壞。

最后，現代航空發動機采用了一系列防鳥撞技術。不過，在說到這些技術之前，最好先看一下飛鳥、硬幣、螺絲釘或者小石子能夠對現代噴氣式航空發動機帶來怎樣的傷害吧！

當異物撞擊到高速轉動的葉片時，會使葉片發生部分彎曲、折斷、穿孔等傷害，尤其是像硬幣、螺絲釘這樣的堅硬物品，在吸入發動機后，這些硬物會與壓氣機葉片發生碰撞。而在大多數情況下，硬物會立刻反彈出來。

反彈出來的硬物，會被再次吸入發動機壓氣機，與葉片發生二次碰撞。隨著葉片的轉動，硬物會繼續加速。被甩出或彈出后，硬物會再次被吸入……如此周而復始，直到硬物碎裂成小塊，吸入發動機燃燒室或者隨斷裂的葉片穿透發動機的殼體飛出。即使少量異物進入發動機，如果其足夠堅硬，毀傷效果也會類似于用一把自動步槍對著發動機掃射。

另外，如果鳥類被吸入發動機，還會造成發動機喘振甚至是停車。2006年11月，一架殲-7戰斗機在返航過程中遭遇鴿群。發動機在194米的高空吸入了鴿子，狀態突變。在127米的高空，發動機停車。飛行員為了避免戰斗機墜向村莊和化工廠，放棄了寶貴的跳傘機會，將戰斗機迫降在無人區域，但自己因戰斗機下墜速度過快而犧牲。

按目前的統計數據，在所有的鳥類撞擊事件中，有44.1%是飛鳥撞入或者被吸入發動機。為了解決這個問題，工程師首先想到的是讓飛鳥遠離噴氣式發動機的進氣口。

工程師在發動機進氣口的中間部分畫上了條紋：這樣的話，機務人員就能夠在噪聲環境中分辨哪臺發動機正在轉動，而飛鳥也或許能夠遠遠地看到發動機忽閃忽閃的樣子而提前躲避。并且，在應對硬幣、鳥類、小石子等異物的第一道防線，低壓壓氣機的葉片形狀得到進一步優化。最新研發的無凸臺寬弦空心葉片，能盡量把較小較硬的異物甩到進氣口外周，努力減少異物在“反彈—吸入—再次反彈出來—再次吸入”的過程中造成的多次傷害。目前，麥道-90、空客A320的部分型號使用的發動機就采用了這樣的葉片。

（永 康摘自微信公眾號“小火箭”，小黑孩圖）