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為什麽飛機怕鳥撞

號外號外!業內人士爆料了!飛機設計、生產黑幕大起底,機翼機身采用中空材料,薄的像壹樣!連鳥都撞不過,壹撞就廢了!發動機更是黑,連絞肉機都比不過!每分鐘三萬轉的發動機,被鳥撞進去直接爆炸!看看被小鳥撞爛的機頭,是不是只有薄薄壹層殼,裏面都是空的

以上是我們本科時經常開玩笑的梗,尤其是學飛行器的同學和學發動機的同學對黑的時候。其實還真是這麽個道理,幾十噸甚至上百噸的飛機,被壹斤來重的小家雀壹撞,或許就同歸於盡了。說到底,還是因為相對速度

相對速度這個概念很好理解,比如壹輛車以80km/h的速度親上了靜止的高速的護欄,那麽護欄相對車的速度和車相對護欄的速度都是80km/h。換句話說,鳥飛的速度很慢,可能只有每小時三五十公裏,但架不住飛機飛得快呀!如果按照上文的說法,飛機撞鳥可以理解成,靜止不動的飛機被九百公裏每小時的鳥(形導彈)擊中。即便是血肉之軀,在撞擊的瞬間的沖量也是很大的。而根據沖量定理,

F=mΔv/Δt

其中F就是鳥對飛機的沖擊力,m是鳥的質量,Δv是鳥的速度改變量,即從壹開始的高速撞向飛機到撞擊完成後相對速度為零的速度變化值,大概是八九百公裏每小時;Δt是撞擊(鳥從三維變成二維)的持續時間,也可以理解為飛機飛行鳥的身體長度所需的時間,大概在毫秒的量級。粗略估算壹下,壹只0.45公斤的小鳥如果以時速800公裏的飛機相撞,可對飛機造成153公斤的沖擊力。7公斤的大鳥與時速960公裏的飛機相撞,產生的沖擊力高達144噸。如此驚人的數據表明,鳥擊對高速飛行的飛機破壞力之大,壹只小家雀就可以撞毀飛機的發動機。

至於飛機為什麽用這麽薄的殼,說白了還是為了省錢。飛機每增加壹克,飛壹次長途的燃油消耗都要成比例增加,所以我們只好盡可能地在滿足壹切強度和剛度約束的條件下減輕飛機的重量。飛機的外殼主要是為了維持飛機的氣動外形,起到增升減阻的效果,即增加飛機的升力降低飛機的阻力。因此,在我們設計外殼時,只要保證氣動載荷作用下滿足要求即可。而如上文所說,如果每個部位的外殼的厚度都要按照鳥撞的最大沖擊力去設計,而這個沖擊力又是當地氣動載荷的數百倍之多,那設計難度不亞於讓壹輛坦克飛起來

除了撞擊造成的氣動力變化(由於出現凹坑,不再是光滑的流線,局部的氣動幹擾和分離會增大,阻力大大提高而升力大大降低),壹些關鍵的部位更是視鳥撞如天敵:

比如風擋,也就是駕駛室的擋風玻璃,如果被鳥撞壞,可能會危及駕駛員的操作。

比如發動機,為了最大的氣動效率,其葉片設計十分精妙,而且每個葉片本身的機械強度再高也擋不住每秒五百轉的高速旋轉速度呀,壹只鳥壹個硬幣壹顆石子扔進去都能直接導致葉片斷裂、爆炸起火。

比如機翼內的燃油管路液壓油管路電傳操縱系統,飛機是極為精密的集成系統,每壹部分的失靈都有可能會導致機毀人亡。

當然,大家也不用過多擔心,每壹架飛機在設計時都充分考慮了最嚴苛(倒黴)的鳥撞情況,並且關鍵部位都經過了鳥撞實驗,在最大程度上確保每壹位旅客的人身安全。

在西工大沖擊動力學試驗室,陳列著大小不同的機翼鳥撞後試驗件,試驗室最大的高速氣炮管長10米,內徑150毫米,還有試驗臺和靶架、數據采集器、超動態應變放大器、高速攝像機等設備。做鳥撞試驗時,用氣炮發射明膠彈體(模擬鳥體)沖擊試驗件。將試驗件安裝在靶架上,用氣壓控制速度,模擬飛行被鳥撞上時的狀況。試驗時需要測試彈體速度,記錄撞擊時的應變、位移等數據,並對試驗過程進行高速攝像,“試驗時彈體速度精確度要求在正負3%,而我們實際控制在1%左右。”試驗室湯忠斌博士說。這樣的試驗室全國高校僅此壹家。

在C919部件鳥撞試驗中,采用現殺活雞代替真鳥進行試驗,考慮生物汙染大,不宜在校園進行,部分試驗會放在西工大鐵錨實驗室進行。試驗也不是壹帆風順的,2014年7月,在西工大鐵錨實驗室做實驗時,鳥彈都上膛了,正給空氣炮充氣時,遭遇雷擊,造成數據采集器板卡燒毀,試驗被迫延遲壹個月。

雖然用活雞做實驗有些殘忍,但為了保障乘客的安全……讓我們坐飛機前為它們默哀壹分鐘……

就算是發動機被鳥撞著火,飛行員還可以完全切斷這臺發動機的燃油供應,采用壹臺發動機順利著陸。兩臺發動機的設計本身就是帶有冗余備份的。當然,要是兩臺發動機都被撞了……這個概率比外星人入侵地球或者猴子敲出壹部莎士比亞全集的概率還低。

鳥來找我們的飛機相會咱們控制不了,但是大家還是能做好壹件事來減少此類事故的發生:不在機場附近使用固定翼、四旋翼等小型飛行器。壹旦這些小東西跟準備起降的飛機撞了,後果也是不堪設想,而操作者還可能會背負數十條人命的血債。