“古人灵感：“飞机撞鸟”世界性难题新突破”

【科技在线】

与飞机碰撞的世界性难题对比，西北工业大学教授李玉龙经过几年的钻研，最近提出了新的设计理念，取得了鸟碰撞研究行业创新的重大突破。

年12月17日，中国海军东海舰队的飞机在训练中发生飞行事故，飞机坠毁，船员立即跳伞，事故中没有人员伤亡。 消息公布后，受到了社会各方面的关注。

调查结果表明，事故真相是战斗机坠毁是因为空在事故中受到了鸟的撞击。 在此次事件中，事故发动机进气道内壁存在长约80厘米、宽约10厘米的喷射状血迹，在内部叶片上发现多处软组织残留痕迹。

据鉴定，判断发动机叶片损伤是由鸟的碰撞引起的，碰撞的是体重1~1.3公斤左右的成年鸭子。

鸟的碰撞是世界性的难题

为什么重量最多只有几公斤，飞行速度比较慢的小鸟，会对那架巨大得多的飞机造成这么大的伤害？

我们说的鸟撞飞机，实际上是飞机撞鸟，问题的根源是飞机运行中的高速，而不是鸟自身的质量。

根据动量定理，0.45公里的鸟撞上时速800公里的飞机时，7公里的大鸟会撞上时速960公里的153公里的飞机，冲击力达到144吨。

高速运动使鸟的破坏力惊人，足以用一只麻雀摧毁着陆时飞机的引擎。 鸟类的生物学特征决定了不作为速度而是作为是否能飞离距离的评价基准，但由于飞机的高速化，反应来不及，成为了犯人和牺牲者。

鸟的碰撞是目前世界性的难题。 据国际航空空协会统计，1912年以来，鸟撞至少造成63架民航空机事故的军用飞机速度较快，鸟撞危害更为严重，1950年以来文献记载的重大事故超过353起，为数不多。 从1992年到2008年，我国军用飞机因鸟撞造成20起严重飞行事故、58起飞行事故征象和210起飞行问题，18架飞机坠毁，12名飞行员遇难。

多次以飞机致人死亡空惨烈血淋淋的事实警告我们，防止飞机鸟撞必须列入人类科学研究的重大课题。

面对频发的鸟撞事故，目前常用的处理方法是灭鼠，常用的有空气炮、录音灭鼠、捕猎猛禽、仿生机器人等。 通过积极驱除鸟类，飞机相撞事故的发生大幅减少，但百密一疏，根本无法处理问题。

除了驱除鸟，第二个方法是给飞机本身设计抗鸟撞击的设计。

抗鸟撞飞机的设计在国际上一般使用两种理念。 一个是坚硬的碰撞，通过改善飞机的材料，提高强度来应对鸟碰撞带来的巨大冲击力。 但是，该方法对材料要求高，必须重量轻，强度高，受材料技术和价格的限制。

二是使用吸能材料。 就像海绵吸水一样，机体的材料吸附冲击力，防止飞机的结构受到损失。 该方法目前在汽车上的应用非常普遍，但对飞机上应用的研发和推广程度也很困难。

鸟撞的原理来源于大禹比堵车生疏

与这个世界性难题对比，西北工业大学的李玉龙教授团队创新地提出了新的设计理念。 其理念的核心是疏导能源而不是对抗能源。 正如大禹治水一样，堵车是下策，疏导是好方法。 李玉龙教授形象地说。

事实上，从禹疏优于堵车的理念中得到了启发，球队不仅仅是改变强度和材料，而是考虑通过改善机体结构来应对鸟撞。

李教授做了如下说明。 鸟做了软件，在高速撞击的过程中，表现出液态，就像水碰到木板一样。 既然是这样的流体，我们就可以更合理地引导它。

李玉龙教授

以尾翼为例，这里需要保护的是主梁，因为它的背后附有重要的设备、设备。 李教授和团队在尾翼上内置了三角形蒙皮，用与活鸟同等质量的硅模块以644km/h的速度进行了冲击试验。 尾翼受到冲击后，表皮变形为叶片一样的利器，通过使冲击物飞溅，分散冲击产生的动能，确保机体的健全性。

困难的是，现有的研究很少考虑这一立场。 李教授说，另一个难点是，在增加结构的基础上，机翼原有的重量是无法改变的。 否则，机体整体的气体动力学结构将发生变化。 需要减轻机翼其他部分的重量，且提高强度。

从理论到应用的实现，需要进行一系列的实验验证。 实验不仅可以验证理论，很多实验数据也可以进一步修改和丰富理论。 李教授说，很多时候，实验的结果和理论预想有很大的偏差，乍一看很简单的原理背后，是整个团队夜晚的延续、持续多年的摸索速度、结构上的某处微妙变化，结果大不相同。 小组陆续提出了一些安排，但都存在一定的问题。

为了进一步加快研究开发效率和实验成功率，小组使用了模拟实验和现实实验相结合的方法。 经过多年反复验证，小组模拟的结果终于与实际实验基本一致！ 进一步验证了李教授提出的理念的可行性和比较有效性。

年夏天，李教授团队开发的强化结构已经通过了美国专利认证，今年将取得法国专利。 而且该技术已经应用于许多军用、民用飞机，取得了非常好的效果，其中包括我国的大型飞机c919。

据李教授介绍，事实上，鸟撞的研究行业不仅限于飞机，在高铁和汽车高速运行的环境下，如何防止鸟和高处落石等日常交通手段也是该行业的研究拷贝。

鸟撞实验系统已经应用

除了机翼，飞机上另一个易受鸟撞的灾区是飞机引擎，鸟撞事故的30%~40%由引擎发生。

对比发动机结构，十几年来，李教授团队投入大量能量在实验和实践中，开发了鸟撞发动机的实验设备，目前已经得到了很好的应用。

在与国内航空空相关公司的合作中，团队研制的鸟撞地面实验设备鸟撞防止空空气炮，适航精度达到1.5%~2% (常规水平为3% )，保证了子弹发射精度准确。 目前，空空气炮已经在国内许多航空空实验室使用。

无论是抗鸟撞击的结构，还是炮弹，都需要依靠严密的测试方法和设备，以及大量的实验数据。 静态实验比较容易，但在冲击状态下，屈服应力、流动应力、破坏应力等材料的结构特性发生较大变化。 如何进行材料的动态力学性能测试是处理鸟撞问题的重要因素。 这正是李玉龙队的另一张照片。 是高变形速度、高温环境下的力学性能测试。 目前相关设备出口到美国、澳大利亚等国家。

据悉，加固结构已经在arj21-700飞机上得到验证，目前处于适航要求的模拟阶段。 如果成功，将从主机中减去10.5kg公斤的重量。

采访结束时得知，球队的下一个目标是将机翼的耐冲击力提高到1.8公斤，尾翼则提高到3.6公斤。 也就是说，对抗鸟撞的条件要求更高，更苛刻。