鹿鳴

現(xiàn)代航空噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)吸入異物會(huì)怎樣？發(fā)動(dòng)機(jī)乃至整架飛行器有沒(méi)有專門針對(duì)異物撞擊或異物侵入的設(shè)計(jì)？圍繞著撞擊與防撞，人類飛行器與鳥類之間又經(jīng)歷了怎樣的百年恩怨呢？

恩怨，起自百年前

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(méi)有從鳥類身上移開過(guò)，而心中那種想要飛翔的夢(mèng)想更是伴隨著鳥兒的每一次振翅而蠢蠢欲動(dòng)，按捺不住。

于是，人類開始效仿鳥類，開始構(gòu)想各種各樣長(zhǎng)得像鳥或力圖超越鳥類的飛行器，達(dá)·芬奇、李林塔爾是其中的佼佼者。李林塔爾對(duì)鸛科鳥類的細(xì)致研究促使他的滑翔機(jī)得到了成功，讓人類終于開始能夠駕馭重于空氣的航空器。

1903年12月17日，萊特兄弟駕駛自行研制的固定翼飛機(jī)飛行者1號(hào)實(shí)現(xiàn)了人類史上首次重于空氣的航空器持續(xù)而且受控的動(dòng)力飛行。萊特兄弟對(duì)飛機(jī)的設(shè)計(jì)和操縱也得益于他們對(duì)鳥類飛行運(yùn)動(dòng)的觀察。

然而，人類飛行器與鳥類的第一場(chǎng)交鋒，也就發(fā)生在萊特兄弟的飛行中。萊特兄弟當(dāng)中的那個(gè)弟弟，奧威爾·萊特在1905年的飛行中，與一群鳥遭遇了。從萊特后來(lái)的日記中，我們可以發(fā)現(xiàn)，這應(yīng)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(jī)在4分45秒的時(shí)間內(nèi)飛了4 751米。飛機(jī)在一塊玉米地上空飛了4圈。我遇到了一群鳥。其中有一只撞在了飛機(jī)的上層機(jī)翼上。那只鳥被殺死了，在空中劃出一道形狀尖銳的折線。”

梁子就此結(jié)下了。從此，人類與鳥類在空中的百年恩怨開始了。

1911年，人類第一次主動(dòng)在空中向鳥類發(fā)起攻擊。這一年，尤金·吉爾伯特駕駛一架布萊里奧XI型飛機(jī)從巴黎飛往馬德里。在飛越比利牛斯山的時(shí)候，吉爾伯特不知怎么地惹怒了一只鷹。這只鷹開始頻頻地向飛機(jī)發(fā)起攻擊動(dòng)作。出于安全方面的考慮，吉爾伯特掏出手槍，在敞篷的駕駛艙內(nèi)向那只老鷹連開了好幾槍，趕走了老鷹。

這樣看來(lái)，人類與鳥類的兩次交鋒，人類均占了上風(fēng)。但鳥類的反擊很快就來(lái)了，而且非常有力。加布雷恩·羅杰斯是一位美國(guó)航空先驅(qū)。他師從萊特兄弟，并購(gòu)買了萊特兄弟設(shè)計(jì)的飛行器。在創(chuàng)造了多項(xiàng)飛行紀(jì)錄后，1911年9月17日，他駕駛飛機(jī)進(jìn)行了漫長(zhǎng)的飛行，經(jīng)多次起降后，當(dāng)年11月5日，羅杰斯完成了飛越北美洲的壯舉，這使其名聲大振。

1912年4月3日，一只海鷗代表全體鳥類向當(dāng)時(shí)被譽(yù)為最優(yōu)秀的飛行家的羅杰斯下手了。當(dāng)羅杰斯在這一天駕駛飛機(jī)飛行在加利福尼亞上空時(shí)，一只海鷗猛然撞向飛機(jī)。羅杰斯躲閃不及，海鷗直接沖破了機(jī)翼并卡在了飛機(jī)的操縱線纜上。羅杰斯瞬間就失去了對(duì)飛機(jī)的控制。飛機(jī)墜入加州長(zhǎng)灘的一片淺水中。脖子摔斷的羅杰斯沒(méi)能從飛機(jī)殘骸中逃脫出來(lái)，淹死了。

就這樣，羅杰斯成了第一位死于空中鳥撞事故的人類飛行員。

恩仇，須傾英雄淚

迄今為止，最慘烈的一次與鳥類直接相關(guān)的飛機(jī)墜毀事故發(fā)生在1960年。當(dāng)時(shí)，一架美國(guó)東方航空公司的洛克希德L-188客機(jī)從波士頓起飛。然而，剛好在機(jī)場(chǎng)跑道上空有一群紫翅椋鳥也在成群起飛。這些體長(zhǎng)20厘米，體重不到100克的小鳥讓L-188迫降在波士頓港灣。機(jī)上有5名機(jī)組人員和67名乘客（共72人），僅10人幸存。

這場(chǎng)空難讓工程師們開始非常認(rèn)真嚴(yán)肅地看待鳥類與人類飛行器之間的關(guān)系。大部分鳥類的特征都是體形小、重量輕，因此鳥擊所造成的破壞主要來(lái)自飛機(jī)的速度而非鳥類本身的重量。隨著航空技術(shù)的發(fā)展，飛機(jī)的速度不斷提高，一些戰(zhàn)斗機(jī)的速度可以達(dá)到數(shù)倍聲速。

根據(jù)動(dòng)量定理，一只0.45千克重的鳥與時(shí)速80千米的飛機(jī)相撞，會(huì)產(chǎn)生1 500牛頓的力，與時(shí)速960千米的飛機(jī)相撞，則會(huì)產(chǎn)生21.6萬(wàn)牛頓的力，飛機(jī)的高速使鳥擊的破壞力達(dá)到驚人的程度。鳥擊對(duì)飛機(jī)的破壞與撞擊的位置有密切的關(guān)系，導(dǎo)致嚴(yán)重破壞的撞擊主要集中在導(dǎo)航系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)。

從1960年到2011年，全世界范圍內(nèi)由于鳥撞事故至少造成了78架民航客機(jī)墜毀或迫降，有201名乘客或機(jī)組人員因此而喪生。另有250架軍用飛機(jī)因鳥類撞擊而墜毀，其中有120名飛行員因沒(méi)能及時(shí)跳傘而喪生。而自2011年以來(lái)，已經(jīng)有超過(guò)65 139次登記在案的鳥類撞擊飛行器的事件。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)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(fā)動(dòng)機(jī)中，有30.9%撞到了機(jī)翼上。

既然鳥類撞擊對(duì)飛行器有如此大的影響，那么現(xiàn)代飛行器采用了哪些措施來(lái)應(yīng)對(duì)呢？

首先，提高飛行器本身的強(qiáng)度，以便能夠應(yīng)對(duì)鳥類撞擊的沖擊力。現(xiàn)代民航客機(jī)的適航標(biāo)準(zhǔn)中，有這么兩項(xiàng)：飛機(jī)的機(jī)身在受到1.8千克重的鳥類撞擊后，應(yīng)具備仍然能夠完成本次飛行任務(wù)的能力；飛機(jī)的尾翼在受到3.6千克重的鳥類撞擊后，仍能穩(wěn)定飛機(jī)，讓飛機(jī)安全著陸。為什么對(duì)尾翼的要求格外高呢？因?yàn)槌鲞^(guò)這樣一起事故：1962年，一架美聯(lián)航的“子爵”號(hào)客機(jī)在1 828.7米高度飛行時(shí)，撞上了一群天鵝。飛機(jī)的左側(cè)尾翼?yè)p壞，升降舵失效。導(dǎo)致飛機(jī)失控墜毀，機(jī)上乘客全部遇難。這場(chǎng)事故使得工程師對(duì)飛機(jī)尾翼的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變得尤為重視。

其次，一些關(guān)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撞壞）。比如現(xiàn)代民航客機(jī)上的空速管和攻角傳感器，會(huì)有備份，而且是有一定間距的。

第三，現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)采用了一系列防鳥撞技術(shù)。不過(guò)，在說(shuō)到這些技術(shù)之前，最好先一起看一下飛鳥、硬幣、螺絲釘或者小石子能夠?qū)ΜF(xiàn)代噴氣式航空發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)怎樣的傷害吧！

破曉處，且聽風(fēng)吟

當(dāng)異物撞擊到高速轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片時(shí)，會(huì)使葉片發(fā)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(jiān)硬物品。吸入發(fā)動(dòng)機(jī)后，這些硬物會(huì)與壓氣機(jī)葉片發(fā)生碰撞。而大多數(shù)情況下，硬物都會(huì)立刻反彈出來(lái)。但是，這種反彈并不會(huì)讓硬物與葉片的糾葛就此終結(jié)。

啟動(dòng)狀態(tài)下的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口會(huì)吸入大量空氣，比吸塵器的吸力強(qiáng)很多。F-22戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)，在正常工作狀態(tài)下，每秒需要吸入142千克的空氣；波音737、空客A320的發(fā)動(dòng)機(jī)，正常工作狀態(tài)下，每秒需要吸入321千克的空氣；更大的發(fā)動(dòng)機(jī)，每秒需要的進(jìn)氣量會(huì)超過(guò)1噸。標(biāo)準(zhǔn)的一間中學(xué)教室，長(zhǎng)10米，寬6米，高3米，那么其容積為180立方米。按標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣每立方米1.295千克來(lái)計(jì)算的話，空蕩蕩的教室內(nèi)，有233.1千克空氣。那么，整間教室的空氣還不夠一架個(gè)頭不大的窄體客機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)吸1秒的。endprint

反彈出來(lái)的硬物，會(huì)被再次吸入發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)，與葉片發(fā)生二次碰撞。隨著葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)，硬物會(huì)繼續(xù)加速。被甩出或彈出后，硬物會(huì)再次被吸入。如此周而復(fù)始，直到硬物碎裂成小塊吸入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室或者隨斷裂的葉片穿透發(fā)動(dòng)機(jī)殼體飛出。即使是少量異物進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，如果其足夠堅(jiān)硬的話，毀傷效果也會(huì)類似于用一把自動(dòng)步槍對(duì)著發(fā)動(dòng)機(jī)掃射。

另外，如果是鳥類被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)的話，還會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)喘振甚至是停車。2006年11月，一架殲7戰(zhàn)斗機(jī)在返航過(guò)程中，遭遇鴿群。發(fā)動(dòng)機(jī)在194米高度吸入了鴿子，狀態(tài)突變。在127米高度，發(fā)動(dòng)機(jī)停車。飛行員為了避免戰(zhàn)斗機(jī)墜向村莊和化工廠，放棄了寶貴的跳傘機(jī)會(huì)，將戰(zhàn)斗機(jī)迫降在無(wú)人區(qū)域。但終因戰(zhàn)斗機(jī)下墜速度過(guò)快而犧牲。

按目前的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在所有的鳥類撞擊事件中，有44.1%是飛鳥撞入或者被吸入了發(fā)動(dòng)機(jī)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，工程師首先想到的是讓飛鳥遠(yuǎn)離噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口。工程師在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口的中間部分畫上了條紋。這樣的話，機(jī)務(wù)人員就能夠在噪聲環(huán)境中分辨哪臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)是正在轉(zhuǎn)動(dòng)著的了，而飛鳥也或許能夠遠(yuǎn)遠(yuǎn)地看到忽閃忽閃的樣子而提前躲避。不過(guò)，至于鳥能不能看到轉(zhuǎn)動(dòng)的條紋以及能否讀懂人類工程師的苦心，這個(gè)尚無(wú)定論。不過(guò)，這種條紋目前確定的功能有兩點(diǎn)：一個(gè)是幫助人類判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)，二是幫助人們一眼識(shí)別出發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)廠家：通用的GE發(fā)動(dòng)機(jī)上的條紋較短，而且整體呈一個(gè)G的形狀。而羅羅的發(fā)動(dòng)機(jī)的條紋則更修長(zhǎng)更飄逸一些。

在應(yīng)對(duì)硬幣、鳥類、小石子等異物的第一線，低壓壓氣機(jī)的葉片在保證空氣動(dòng)力學(xué)特性的前提下，其形狀得到了進(jìn)一步地優(yōu)化。羅羅公司研發(fā)了無(wú)凸臺(tái)寬弦空心葉片。這種葉片能夠盡量把較小較硬的異物甩到進(jìn)氣口外周，努力減少異物在反彈+吸入+再次反彈出來(lái)+再次吸入的過(guò)程中造成的多次傷害。

麥道-90、空客A320的部分型號(hào)用的發(fā)動(dòng)機(jī)采用了這樣的葉片，不知投入硬幣后的效果會(huì)是怎樣的。當(dāng)然，為了避免好奇的人們嘗試，并且要讓人們了解發(fā)動(dòng)機(jī)面對(duì)異物撞擊時(shí)能否經(jīng)得住考驗(yàn)，相應(yīng)的試驗(yàn)是不可或缺的。除了壓氣機(jī)葉片的改進(jìn)，現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒穩(wěn)定性和應(yīng)對(duì)喘振等方面也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

像椋鳥科的鳥類，往往是成群結(jié)隊(duì)地活動(dòng)?？蜋C(jī)如果遇到這樣的鳥群會(huì)怎樣呢？2008年11月10日，瑞安航空的一架從法蘭克福-哈恩機(jī)場(chǎng)起飛的波音737就遇到了類似的情況。該機(jī)遭遇了一群椋鳥，2臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)停車。不過(guò)，這架波音737最終還是艱難地抵達(dá)了目的地羅馬錢皮諾機(jī)場(chǎng)。失去動(dòng)力的客機(jī)迫降在錢皮諾機(jī)場(chǎng)的跑道上，左側(cè)起落架折斷。不過(guò)，全機(jī)172人中，除10人在迫降過(guò)程中受輕傷之外，全部安然無(wú)恙。事后，調(diào)查組在拆解和清理了該機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)之后，給出了這樣的數(shù)字：90。這架波音737的2臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)至少吸入了90只鳥。

2009年1月15日，在紐約拉瓜迪亞機(jī)場(chǎng)起飛的一架空客A320與一群加拿大黑雁遭遇，2臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)停車。機(jī)長(zhǎng)臨危不亂，成功將客機(jī)迫降在哈德遜河上。機(jī)上150名乘客和5名機(jī)組人員全部生還。事后該事件被拍攝為電影，名為《薩利機(jī)長(zhǎng)》。

雖然百年以來(lái)，人類飛行器與鳥類的恩恩怨怨帶來(lái)了很多事故和故事，但是說(shuō)起來(lái)，本質(zhì)上還是人類建設(shè)的機(jī)場(chǎng)侵占了鳥類的棲息地。機(jī)場(chǎng)通常在郊區(qū)，并且有大片的草地。這里的野生動(dòng)植物構(gòu)成了較為良好的生態(tài)環(huán)境，同時(shí)也就為鳥類的生長(zhǎng)繁殖創(chuàng)造了好條件。如今，在機(jī)場(chǎng)內(nèi)和機(jī)場(chǎng)周邊，隨處可見各式驅(qū)鳥車輛。

不光飛機(jī)會(huì)與鳥類有交鋒，同樣作為飛行器，航天飛機(jī)也會(huì)與鳥類有親密接觸的機(jī)會(huì)。2005年7月26日，“發(fā)現(xiàn)者”號(hào)航天飛機(jī)在升空2.5秒后，撞上了一只大鳥。但是，好在當(dāng)時(shí)航天飛機(jī)的飛行速度不算太快，NASA的工程師在討論之后，決定讓“發(fā)現(xiàn)者”號(hào)繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。同年8月9日，“發(fā)現(xiàn)者”號(hào)航天飛機(jī)平安返回，大家心里的一塊石頭才算落了地。

人類在仰望太空的過(guò)程中，受飛鳥的啟發(fā)而創(chuàng)造了飛機(jī)。一百多年來(lái)，人類與鳥類在空中不斷有著各種各樣的接觸。期待鳥類能夠有更多的生存空間，從而能夠擺脫依賴機(jī)場(chǎng)周邊環(huán)境的現(xiàn)狀，同時(shí)也祝福民航客機(jī)在技術(shù)進(jìn)步中獲得越來(lái)越高的安全性。

責(zé)任編輯：邢強(qiáng)endprint