小小飞鸟可能造成机毁人亡?怎么避免飞鸟撞机呢?

B站影视 2025-01-13 15:05 2

摘要:2024年12月29日上午,韩国济州航空的一架客机在着陆时失事,撞上跑道尽头的混凝土墩台,2人生还,179人遇难。韩方于2025年1月7日确认客机失事前曾遭遇鸟击,但具体失事原因仍需时间调查。

2024年12月29日上午,韩国济州航空的一架客机在着陆时失事,撞上跑道尽头的混凝土墩台,2人生还,179人遇难。韩方于2025年1月7日确认客机失事前曾遭遇鸟击,但具体失事原因仍需时间调查。

首先向这起事故的遇难者们表示哀悼,我们这次不聊具体事故原因,我们来聊聊鸟撞这件事儿。小小的飞鸟撞机会导致如此可怕的灾难么?飞机这么不禁撞吗?

飞鸟撞机并不罕见?

飞鸟撞机,是指飞机在飞行过程中受到飞鸟撞击,造成飞机损坏或鸟类伤亡的事件。

机场附近密布的鸟群

图源:文献1

据美国联邦航空局(FAA)统计,1988 年至 2023 年期间,包括鸟类在内的野生动物撞击民用和军用飞机的事故,共造成全球范围内超过 491 人死亡,350 多架飞机损毁。

而据国际民航组织(ICAO)统计,全球平均每年发生飞鸟撞机事件两万多起(绝大部分不会引起人员伤亡),全球飞鸟撞机造成的损失高达100多亿美元。飞鸟撞机造成的人员死亡、急性严重伤害或飞机完全损坏的事故也被ICAO列为A级航空事故。

鸟类会主动避让,但是有时来不及

图源:USDA

第一次飞鸟撞机发生在1905年,发明飞机的莱特兄弟中的弟弟奥维尔·莱特在一次飞行中记录道:“飞行器在4分45秒内飞了4751米,绕行四个整圈,两次飞越篱笆进入玉米地,有两轮撵到了鸟群,并撞死了其中一只,撞死的鸟落在了飞机表面顶部,并随着飞行器快速转弯掉了下来”。人们根据事发时间和地点,推测那是一只北美常见的红翅黑鹂。

奥维尔·莱特和双翼飞机

后来飞鸟撞机的事件远没有这样轻描淡写。第一起引发人员伤亡的鸟撞事件发生在1912年,飞行员卡尔·罗杰斯驾驶飞机从北美洲飞向南美洲,与一只海鸥相撞,最终飞机操纵失灵坠入大海,卡尔也不幸遇难。

2009年1月15日,全美航空1549号航班从位于纽约的机场起飞后,在处于爬升阶段时遭遇了体型较大的加拿大黑雁的撞击,两台引擎同时熄火,飞机完全失去动力,瞬间成为一架岌岌可危的滑翔机。

萨伦伯格机长在和塔台沟通后,确认无法到达附近的两个机场,决定在曼哈顿中城西侧的哈德逊河上进行无动力迫降,最终飞机有惊无险地成功迫降,机上155人全部生还。“哈德逊”奇迹后来被拍成了电影《萨利机长》,当事飞机现存卡罗来纳航空博物馆供人参观。

哈德逊河迫降

飞机为啥这么不禁撞?

为何相较下“弱不禁风”的鸟类会对“坚不可摧”的飞机造成如此严重的影响呢?

我们来复习一下中学物理,根据物理学的动量定理,物体动量(质量m*速度v)的改变=作用力F*作用时间t,即FΔt=mΔv,Δv是鸟和飞机的相对速度,而不是鸟类本身的速度。可见虽然鸟类质量小,但极高的相对速度加上极短的撞击时间,产生的破坏力可能是惊人的。

有人做过实验,将3克的乒乓球通过加压达到730千米/小时的时速从塑料管中击出,这时乒乓球可以向子弹一样轻易击穿1.5mm厚的薄木板。

乒乓球击穿薄木板

飞机在飞行过程中与鸟的相对速度是相当快的,若一只重0.5kg的鸟撞上一架时速400千米/小时的飞机(假设撞击时间为5毫秒),会产生上万牛顿的冲击力,堪比一颗炮弹。这样大的冲击力撞在飞机的任何部位上都是难以承受的。

F=M*Δv/Δt

=0.5kg* 400km/h / 0.005s

≈0.5kg*111.11m/s /0.005s≈11111kg·m·s−2≈11111N

PS: 用400km/h的速度举例是因为飞机在起飞和降落过程中更易受到鸟撞,所以此时时速并没有在高空平稳飞行时高。鸟的速度相对飞机很慢,鸟撞发生时的速度约等于飞机的时速。

即使是麻雀大小的鸟类,因撞击速度、撞击角度、撞击位置和鸟群密度等原因,也会对飞机造成不同程度的影响。另外,喷气式飞机进气口强大的气流也可能会将飞过的鸟类吸入发动机。一般来说,撞上飞机的导航系统和动力系统,如驾驶舱窗口、传感器、发动机叶片会对飞机造成更严重的影响。

飞机究竟扛不扛撞?

据美国联邦航空局统计,在1990年到2023年间,在291547次野生动物撞机事件中,飞鸟撞机占比96%。在21949起鸟击对飞机造成损坏的事件中,飞机发动机遭受了实际损伤的有5534起,占比超过四分之一

1990年-2023年美国民用飞机部件遭到野生动物撞击和损坏的事件

飞鸟撞机占比96%

图源:美国联邦航空局

那既然飞鸟卷入发动机这么危险,为啥不给发动机加装一个保护罩呢?

除了成本之外,安装在发动机进气口的防撞装置也可能损坏和脱落,被卷入发动机后造成的后果比鸟撞更可怕。其次它还会减少和扰乱发动机进气口的气流,影响引擎工作。

其实飞鸟撞机的情况相当复杂,两侧发动机同时失效的概率比买彩票中500万的概率还低。而如果在高空飞行的过程中鸟击破坏了一个引擎,飞机也能安全飞行和着陆,因为飞机设计时就要求单引擎也能正常飞行。

除此之外,也不是撞到发动机,飞机就会发生严重事故。

其实每个国家的民航客机都会对引擎做吞鸟试验,将鸟类按照重量分为大鸟(2千克以上)、中鸟(1千克左右)、小鸟(50-100克),向全速开启的涡扇发动机中抛入鸟尸,观察发动机情况。

飞机吞鸟试验

试验要求遭受中、小鸟群撞入的情况下,可接受引起短暂(1-2秒)推力下降或压气机不稳定,但不应破坏发动机的结构完整性,引擎不停止工作。大鸟撞入时,发动机可以安全制动且不发生危及飞机安全的发动机故障。

驱鸟有“十八般武艺”?

上面讲了飞机如何扛撞,其实机场还有一个很重要的工作,那便是为了避免飞鸟撞机所进行的机场驱鸟。

机场通常建在城郊,又平坦开阔,机场及周边往往适宜鸟类栖息繁殖或迁徙落脚,鸟群又喜欢低空活动,所以飞机起飞和降落过程是最容易发生鸟撞的阶段。在所有鸟击事件中,鸟类在飞机降落阶段遭受撞击的概率为 61%,高于在起飞阶段遭受撞击的概率(34%)。

除了鸟类,其它动物也可能与飞机相撞,据统计,1990年-2023年间野生动物造成的撞击飞机的物种共计790种,除了651种鸟类外,还包括56 种陆地哺乳动物、48 种蝙蝠和 35 种爬行动物。鸟类中水鸟、猛禽和鸥类是遭受飞机撞击最严重的类群。

超过90%的鸟撞发生在机场及其附近空域,50%的鸟撞发生在30米以下的低空,仅有1%发生在760米以上的高空,所以在机场及周边的低空区域进行驱鸟就变得非常重要。

鸟类迁徙时的飞行高度一般不超过1000米。小型鸣禽的飞行高度一般不超过300米,大型鸟类有些可达3000~6300米,有些大型种类如斑头雁能飞越珠穆郎玛峰。图源:中国湿地保护协会

机场驱鸟人会利用鸟类害怕的声音、光线、气味等多种手段,将飞鸟驱离机场。传统的驱鸟方式包括扎稻草人放鞭炮架设鸟网等。其次还有放煤气炮放风车录音驱鸟恐怖眼等。

多种传统驱鸟技术

图源:文献6

录音驱鸟是指用高音喇叭播放猛禽的鸣叫或鸟类受到虐待时凄厉叫声的录音,小鸟们听到后会飞快溜走。而恐怖眼是指绘制有巨大眼睛图案的气球,神似猫头鹰或老鹰,还是不分昼夜瞪大眼睛并随风舞动的那种。不过这些驱鸟方式大多存在适应性问题,鸟类逐渐适应后会影响驱赶效果。

如今,现代科技在避免飞鸟撞机事件方面扮演着越来越重要的角色,很多机场综合运用各种驱鸟技术,智能监测系统、预警系统、生态防治等手段齐上阵,而传统的驱鸟方法渐渐被取代。

我们来简单介绍几种现代化的驱鸟手段:

专业探鸟雷达

雷达不受能见度等因素的影响,检测到的鸟类数量比试听监控增加约50%。现在不断成熟的专业探鸟雷达可实现对较小区域内单只小鸟目标的探测与跟踪,这样就可以给机场提供最实时的精准数据了。

不同类型雷达获取的鸟类信息

图源:文献6

无人机驱鸟

无人机可搭载摄像头,并可结合高音喇叭、超声波设备、闪光灯、激光器等设备,对鸟群进行可视化定位并驱离。仿真无人机还可以cos猛禽,来模拟天敌驱鸟。

生物驱鸟

除了派出假天敌,还有真天敌出动。北京首都国际机场和大兴国际机场都用上了本地的“原住民”驱鸟,他们是经过长期训练的雀鹰和猎隼等猛禽。

猛禽在冬季要对成群越冬的云雀、和鹀类进行驱赶,而春、秋迁徙季针对的是过境阶段的多种候鸟。猛禽驱鸟可不是什么花架子,加拿大空军机场就有驯养鹰隼驱鸟成功的案例,成功率高达96%。

首都国际机场的猛禽驱鸟

虽然驱鸟的各项技术已经突飞猛进,但驱鸟措施的效果可能受多种因素的影响,例如气候、季节、鸟类迁徙路线、鸟类数量、飞机人为操作等,目前还没有哪种驱鸟手段可以做到万无一失,通常是多种手段并行。不过随着目前人工智能对鸟类的识别和监测在驱鸟领域的应用,我们未来航程的安全性也在增强。

在飞机出现以前,天空是鸟儿自由翱翔的乐园,鸟类在空中的飞行与人类的活动互相没有重叠,也无所谓撞击。是我们“安上了翅膀”,把领地拓展到了它们的地盘,所以小鸟不该成为鸟击事件的背锅侠。

我们需要思考的,是如何提升飞机的防撞能力,如何加强对鸟群的监测与预警,如何用更加生态的方法驱鸟,如何安全高效地避免此类事件的再次发生。保证人类的安全,也保证小鸟的安全。

参考文献:

[1] Khan A , Kapania R , Johnson E .A Review of Soft Body Impact on Composite Structure[C]//Aiaa/asme/asce/ahs/asc Structures, Structural Dynamics, & Materials Conference Aiaa/asme/ahs Adaptive Structures Conference.2013.DOI:10.2514/6.2010-2865.

[2]https://www.faa.gov/airports/airport_safety/wildlife/wildlife-strike-report-1990-2023-USDA-FAA

[3] 飞机引擎能通过吞鸟试验,为何萨利机长的空客A320飞机撞鸟后双发失效迫降河面.网易号2020.03.17。

[4] 史 诗,飞机撞鸟,并不罕见,科普时报2024.11.22

[5] 陈唯实,黄毅峰,陈小龙等.机场探鸟雷达技术发展与应用综述[J].航空学报, 2022, 43(1):24758-024758.DOI:10.7527/S1000-6893.2020.24758.

[6] 王明君.多无人机协同机场驱鸟系统的任务分配与路径规划[D].南京航空航天大学[2025-01-07].

[7] 陈奎孚.小小飞鸟撞毁大大飞机,也不是一起两起了.腾讯网2020.10.06

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来源:博物

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