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众所周知,各种出行工具中,安全系数最高的是飞机,虽然常听到飞机失事的消息,但其实飞机出故障的概率是最低的,有时甚至能达到百万分之一。
这么低的事故概率主要是因为飞机出故障的后果是灾难性的,因此,飞机的研制对性能的稳定性和可靠性要求是非常高的。
飞机的设计是一个庞大的系统工程,需要成千上万的设计人员协同配合,通常耗时可长达上十年。
飞机从论证到总体设计,到制造装配,到试飞,到量产,再到交付使用,每一个环节都需要进行各种各样的试验,来确保设计的飞机在不同的环境和载荷下,拥有良好的足够稳定性能与飞行品质。
而在诸多的飞机结构性能试验中,“鸟撞试验”就是飞机试验必须进行的一项。
这又是为何呢?
一方面,飞机在空中飞行,如遭遇鸟撞事故,通常形势都会比较严峻,轻则被迫返航,重则机毁人亡。
另一方面,飞鸟撞机的情况出现的频次是非常多的,是非常常见的,据民航组织不完全统计,全球每年发生的飞鸟撞击事件高达两万多起。
1960年,美国波士顿上空发生的彗星客机鸟撞事故,大量欧椋鸟被吸入了引擎,造成其中3个引擎失去动力,最终导致飞机坠毁,62人遇难。
鸟撞飞机产生的危害是很大的,别看飞机是个庞然大物,但在飞行过程中遇上对向飞行的鸟,飞机就会变得极为脆弱。
一只小小鸟,为何会有如此大的威力飞机一般都是薄蒙皮结构,大部分的机身、机翼、蒙皮厚度大约在3毫米左右,并不厚。
虽然飞机整体承载能力很强,但鸟撞是局部冲击某个点,其破坏力很大,特别是在飞机高速飞行时。
通常而言,一只1公斤的鸟与时速500公里的飞机相撞,将产生20吨左右的冲击力。
而一个鸟群,即便单体只有麻雀大小,都可以撞毁飞机的发动机,尤其是速度更快的战斗机,在遭遇鸟类撞击时,面临的风险更大。
也正因为“鸟撞”是飞机的主要事故之一,且其产生的危害也是越来越大,因此“鸟撞实验”是飞机型号中必须要进行的一个重点工作。
鸟撞试验是如何进行的鸟撞危害如此之大,那么,鸟撞实验在地面上又该如何进行呢?
在航空工业强度研究所里,工程师们将模拟飞机结构与飞鸟的撞击过程,进而根据测试数据,对飞机结构抗鸟撞能力进行分析评估。
他们通常的做法是用鸡替代鸟来做测试,这种方式也是世界通用的规则,当然,这种潜规则并不是随意设定的。
那么,为什么是用鸡代替鸟来做试验呢?
用鸡代替鸟主要是因为鸡与鸟有比较等效的力学特性,在飞机的结构强度试验中,不同的撞击部位,对鸟的要求也不一样。
以大型客机为例:
机头、机翼和风挡玻璃等结构,要求具备抗1.8公斤的鸟的撞击能力。
而平尾和垂尾尾翼的结构,则要求具备抗3.6公斤鸟撞的能力。
因此,在鸟撞试验过程中,并不是简单地用鸡来替代鸟就行了,而是对鸡的重量有严格的要求。
为了试验达到最佳效果,鸡的重量必须在1.8千克正负20克范围内,在检查称重完成之后,“试验鸡”就会被装入特制的蛋托,戏称为“鸟蛋”。
按照要求,工作人员必须在半小时内完成测试,否则鸡的身体就会变得僵硬,影响试验结果。
“鸟蛋”制作完成后,通过一套“空气炮”装置来进行实验,通过气体的推进,把“鸟蛋”给发射出去,撞击到飞机的目标结构上。
“空气炮”是一套用压缩空气做动力的发射装置,利用压缩空气驱动发射,做成近似圆柱体的“鸟蛋”,沿着炮管加速至要求的速度后,撞击飞机结构进行试验。
装载“鸟蛋”的同时,会安装一台高速摄像机,用于记录鸟撞击飞机的瞬间所产生的破坏效果。
例如,如果“鸟蛋”撞击到飞机的挡风玻璃时,没有击穿击裂挡风玻璃的,则会被认为飞机的这部分设计是合格的。
鸟撞击飞机,一般也就是在飞机的正前方、雷达罩、风挡玻璃、机翼前缘、尾翼前缘以及发动机等处。
飞机在空中一旦遭到鸟撞击受损,飞机将返航,严重时还会导致应急迫降。
飞机在空中飞行,除了会遭受到飞鸟的撞击之外,同时还会遭受到轮胎碎片、冰雹、碎石以及消费级无人机等外来物的一些碰撞。
这些外来物的碰撞,都会对飞机的飞行安全造成比较大的威胁,这些都是设计者们进行研制过程中,必须要高度关注的。
在研制试验中,通过开展结构的“鸟撞试验”可以验证结构选型,材料的选型方法,结构的设计方法,以及工艺的设计方法。
在结构定型之后,要通过验证试验证明飞机结构的抗鸟撞设计,是否符合相关的设计要求,通过大量的试验,可以告诉飞机设计师飞机设计的薄弱部位,并进行针对性改善提升。
“鸟撞飞机”是一个世界难题,也是一种突发性和多发性的飞行事故,反复的“鸟撞试验”虽然不能完全避免事故的发生,但数据和经验,让飞行员可以更好的应对,保障飞行的安全。
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