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人类从仰望星空的那一刻开始，目光就始终没有从鸟类身上移开过，而心中那种想要飞翔的梦想更是伴随着鸟儿的每一次振翅而蠢蠢欲动，按捺不住。于是，人类开始效仿鸟类，开始构想各种各样长得像鸟或力图超越鸟类的飞行器。 鸟类与人类航空启蒙 东方，从嫦娥奔月的古代神话，到明代万虎尝试以火箭为动力飞行的传说，翱翔太空一直是中国人的梦想。但王虎（Wan Hoo 或Wan Hu）只是一个传说中的人物。第一位写到他的是美国人Herbert S. Zim在1945年所著“Rockets and Jets”中。因为是在英文中首次出现这个名字，我们到现在也没有弄清楚到底是万虎还是万户还是其他什么名字。没有任何中国的古代文献中提到过他。这大概也能说明科技在中国历史上的地位吧。 西方，在工程落地方面的确比东方先行了不少。达·芬奇和奥托·李林塔尔是其中的佼佼者。达芬奇早在500年前就设计出了“直升机”，他的工程设计有很多已经超过了当时的工艺制造水平，但是有很多通过现代工艺复原，被证实确实可行。字体很难看清，除了因为时代久远外，我们知道达芬奇是左撇子，他的字是从右向左写的，再加上年轻时笔记潦草，使得辨认有些困难。  五百年前的“直升机”，通过压缩空气实现飞行。如果当时有强有力的马达，这个“直升机”就可以飞了。  达芬奇研究最多的还是“翼翅系列”飞行机械。飞行船就是其中一种。像是飞鸟，实际更像是蝙蝠，是达芬奇通过解剖蝙蝠激发的设计灵感。 除了蒙娜丽莎，达芬奇密码，关于达芬奇还有很多传奇事迹，这的确是跨越时代的设计师！ 富有想象力的德国人在历史的潮流中是绝不会落下他们身影的。奥托·李林塔尔通过长时间观察鹳科鸟类的飞行姿态产生了一个大胆的想法，人类是不是可以给自己插上一个翅膀，像鸟儿一样借助风力和空气的浮力来进行翱翔。于是他开始各种手工打造滑翔机，经历了无数次的试验失败和侥幸生还后，时间来到了1891年，李林塔尔驾驶了一个蝙蝠状、弓形翼的滑翔机成功的进行了滑翔飞行，从此人类开始能够驾驭重于空气的航空器。不过令人伤感的是，李林塔尔还是没能逃过空难这一劫。1896年8月的一天，在试验新的滑翔机飞行的时候，忽然来了一阵莫名其妙的风，滑翔机重心不稳直接坠落，李林塔尔朝着远离他向往的天空方向黯然魂归，弥留之际留下了一句话，简短而有力度：“少许的牺牲是必要的！”  他的牺牲很有价值，除了留下宝贵的经验以外，他的消息传到大洋彼岸的美国，被粉丝莱特兄弟知道了，两个人在那个时候就决定要研究如何上天完成对于偶像李林塔尔的致敬。 下面来到了众所周知的莱特兄弟时代。1903年12月17日，莱特兄弟驾驶自行研制的固定翼飞机飞行者1号实现了人类史上首次重于空气的航空器持续而且受控的动力飞行。莱特兄弟对飞机的设计和操纵也得益于他们对鸟类飞行运动的观察。 人类飞行器与鸟类的第一场交锋，也就发生在莱特兄弟的飞行中。莱特兄弟当中的弟弟，奥威尔·莱特在1905年的一次飞行中，与一群鸟遭遇了。从莱特后来的日记中，我们可以发现，这应该是人类首次用一架重于空气的飞行器杀死了一只鸟： “这一天，我驾驶飞机在4分45秒的时间内飞了4 751米。飞机在一块玉米地上空飞了4圈。我遇到了一群鸟。其中有一只撞在了飞机的上层机翼上。那只鸟被杀死了，在空中划出一道形状尖锐的折线。” 梁子就此结下，鸟机恩仇录正式开演。 鸟机恩仇录 1911年，人类第一次主动在空中向鸟类发起攻击。这一年，尤金·吉尔伯特驾驶一架布莱里奥XI型飞机从巴黎飞往马德里。在飞越比利牛斯山的时候，吉尔伯特不知怎么地惹怒了一只鹰。这只鹰开始频频地向飞机发起攻击动作。出于安全方面的考虑，吉尔伯特掏出手枪，在敞篷的驾驶舱内向那只老鹰连开了好几枪，赶走了老鹰。 第一位鸟机恩仇的人类殉难者 这样看来，人类与鸟类的两次交锋，人类均占了上风。但鸟类的反击很快就来了，而且非常有力。加布雷恩·罗杰斯是一位美国航空先驱。他师从莱特兄弟，并购买了莱特兄弟设计的飞行器。在创造了多项飞行纪录后，1911年9月17日，他驾驶飞机进行了漫长的飞行，经多次起降后，当年11月5日，罗杰斯完成了飞越北美洲的壮举，这使其名声大振。 1912年4月3日，一只海鸥代表全体鸟类向当时被誉为最优秀的飞行家的罗杰斯下手了。当罗杰斯在这一天驾驶飞机飞行在加利福尼亚上空时，一只海鸥猛然撞向飞机。罗杰斯躲闪不及，海鸥直接冲破了机翼并卡在了飞机的操纵线缆上。罗杰斯瞬间就失去了对飞机的控制。飞机坠入加州长滩的一片浅水中。脖子摔断的罗杰斯没能从飞机残骸中逃脱出来，淹死了。就这样，罗杰斯成了第一位死于空中鸟撞事故的人类飞行员。 最惨烈的一次飞鸟撞机事故  1960年10月，一架洛克希德 L-188飞机在飞行途中遭受鸟撞坠毁 迄今为止，最惨烈的一次与鸟类直接相关的飞机坠毁事故发生在1960年。当时，一架美国东方航空公司的洛克希德L-188客机从波士顿起飞。然而，刚好在机场跑道上空有一群紫翅椋鸟也在成群起飞。这些体长20厘米，体重不到100克的小鸟让L-188迫降在波士顿港湾。机上有5名機组人员和67名乘客（共72人），仅10人幸存。 一次干掉13名将军的神鸟 而最令人震惊的一次飞鸟撞机事故直接干掉了13名将军。1981年3月2日，在埃及的某军用机场，一架米-8型直升机徐徐升上天空。埃及国防部长巴达维中将及其随行人员一行正准备由埃及的苏尤赫去埃及与利比亚边境视察。起飞仅15秒，一只鸟被吸入直升机的发动机进气道，起飞25秒钟后，发动机停止了转动，直升机开始下坠，离地面6、7米的高度时，直升机失去平衡，撞上了地面的电线杆。一瞬间，这架失去升力的重约10吨的庞然大物，像—块石头一样砸到地面上，剧烈的撞击使油箱爆炸，飞机立即起火燃烧。所有的这一切发生在不到1分钟的时间里，为国防部长送行的人还没有离去，他们眼巴巴地看着这架飞机变成了火海，却来不及抢救。遇难的人中，除国防部长巴达维外，还有埃及西部军区司令、西部军区参谋长、埃及的工程兵司令、通讯兵司令、后勤部司令、军事工程部司令、训练部司令、行政管理部副司令、水域管理部部长、作战部一名准将等13人，全是埃及军界的重要人物。  这么多高级将领同时遇难，无疑是埃及武装部队的惨重损失，埃及总统倍感震掠，他立即下了一道严厉的命令，规定今后一架飞机载运指挥官的人数不得超过4名。如果同时出发较多的高级军官，必须分乘数架飞机。 飞机撞到鸟群会怎么样 像椋鸟科的鸟类，往往是成群结队地活动。客机如果遇到这样的鸟群会怎样呢？2008年11月10日，瑞安航空的一架从法兰克福-哈恩机场起飞的波音737就遇到了类似的情况。该机遭遇了一群椋鸟，2台发动机停车。不过，这架波音737最终还是艰难地抵达了目的地罗马钱皮诺机场。失去动力的客机迫降在钱皮诺机场的跑道上，左侧起落架折断。不过，全机172人中，除10人在迫降过程中受轻伤之外，全部安然无恙。事后，调查组在拆解和清理了该机发动机之后，给出了这样的数字：90。这架波音737的2台发动机至少吸入了90只鸟。  创造“哈德逊河奇迹”的A320 2009年1月15日，在纽约拉瓜迪亚机场起飞的一架空客A320与一群加拿大黑雁遭遇，2台发动机同时停车。机长临危不乱，成功将客机迫降在哈德逊河上。机上150名乘客和5名机组人员全部生还。事后该事件被拍摄为电影，名为《萨利机长》。 不光飞机会与鸟类有交锋，同样作为飞行器，航天飞机也会与鸟类有亲密接触的机会。2005年7月26日，“发现者”号航天飞机在升空2.5秒后，撞上了一只大鸟。但是，好在当时航天飞机的飞行速度不算太快，NASA的工程师在讨论之后，决定让“发现者”号继续执行任务。同年8月9日，“发现者”号航天飞机平安返回，大家心里的一块石头才算落了地。 飞鸟撞机的原因 在飞机出现以前，没有高速人造飞行器，鸟类在空中的飞行与人类的活动互相没有重叠，不会造成危害。飞机诞生后，得给它安个家，机场就出现了，这就给鸟类生态环境和生活习惯带来很大的影响。首先机场的选址一般都是远离城市中心的城郊，周围人类建设和活动较少，常常存在鸟类栖息繁殖的场所；其次机场内建筑多开阔平坦，由于人类活动的影响气温、地温较高，许多机场还建有草坪，造成机场区域内昆虫、鼠类、野兔、植物生长旺盛，生物量较高，为不同生态位的鸟类提供充足的食物；第三，随着机场的建设和运营，临近机场的区域常常形成新的社区，人类活动增加，将这一区域的鸟类驱赶到相对平静的机场区域；最后，空旷开阔的机场常常成为一些候鸟迁徙之前的聚集地或者迁徙途中的落脚点。这些因素综合起来造成在机场附近的近地空域，鸟类的活动与飞机的起降形成交叉，从而导致飞鸟撞机事件的发生。  另外，飞行器的高速飞行是导致飞鸟撞机的重要原因，高速度使得绝大多数鸟类无法躲避飞行中的飞机；还有喷气式飞机进气口强大的气流常会将飞过的鸟类吸入发动机，造成飞鸟撞机事件。 诸多空难让工程师们开始非常认真严肃地看待鸟类与人类飞行器之间的关系。大部分鸟类的特征都是体形小、重量轻，因此飞鸟撞机所造成的破坏主要来自飞机的速度而非鸟类本身的重量。随着航空技术的发展，飞机的速度不断提高，一些战斗机的速度可以达到数倍声速。 根据动量定理，一只0.45千克重的鸟与时速80千米的飞机相撞，会产生1500牛顿的力，与时速960千米的飞机相撞，则会产生21.6万牛顿的力，飞机的高速使飞鸟撞机的破坏力达到惊人的程度。飞鸟撞机对飞机的破坏与撞击的位置有密切的关系，导致严重破坏的撞击主要集中在导航系统和动力系统。 飞鸟撞机事故发生的规律 飞鸟撞机发生的季节主要集中在春、秋两季，约占80%，前者主要时雏鸟学飞阶段，避让能力弱，感官不完备，后者主要是候鸟类迁徙、换毛；而冬季鸟类更喜欢到居住区觅食。每天发生飞鸟撞机的时段不尽相同，但统计规律显示68%的飞鸟撞机出现白天，夜晚占23.8%，清晨和傍晚仅占8%。其实，在黄昏前后光线暗淡，鸟类辨别能力减弱，精力疲惫，一旦遭遇飞机这个庞然大物更容易发生撞击。飞鸟撞机事件在黄昏发生概率不高只是因为鸟类在这一时段活动减少而致。  飞鸟撞机多发生在机场附近的低空区域。据鸟类学家统计，目前世界上的鸟共有8000余种。一般鸟类的飞行高度大多在400米以下；飞得较高的鹫则达到3000米左右；生活在欧洲阿尔卑斯山的燕峰鸟的飞行高度可达3500-4000米；而飞得最高的鸟则当属能飞越喜马拉雅山的天鹅，它们能在9000米左右的高空中自由自在地飞翔。鸟儿们低空飞行的高度范围，一般是在距离地面60米到100米的区域内，而这正是飞机起降的高度，而这也是飞机最不稳定的时候。在飞机飞行的起飞、爬升、下降、进近和着陆阶段为飞鸟撞机多发阶段，根据统计，超过90%的飞鸟撞机发生在机场和机场附近空域，50%发生在低于30米的空域，仅有1%发生在超过760米的高空。 飞鸟撞机事件的统计与分析 自1990年以来，中国民航鸟撞事件与鸟撞事故征候总体上均呈上升趋势。2013年，中国民航共统计到鸟撞3124起，较上年增长20.02%，构成事故160起，占所有飞机事故总数的57.97%。从FAA（美国联邦航空管理局）每年发布的鸟撞报告来看，鸟撞事件从1990年的1851起到2014年的13668起增长了7.4倍。其中2014年撞击事故的总数是13668起，比2013年的 11401起增加了2267起。 据统计，从1960年到2011年，全世界范围内由于鸟撞事故至少造成了78架民航客机坠毁或迫降，有201名乘客或机组人员因此而丧生。另有250架军用飞机因鸟类撞击而坠毁，其中有120名飞行员因没能及时跳伞而丧生。而自2011年以来，已经有超过65139次登记在案的鸟类撞击飞行器的事件。国际航空联合会把鸟害升级为A类航空灾难。  飞鸟撞机事件主要撞击部位通常集中在发动机、起落架、风挡、雷达罩、机翼/旋翼、着陆灯等部位，而发动机是鸟击发生率最高的部位。对飞机发动机的破坏常常是致命的，会直接导致飞机失速坠毁。统计数据显示，与飞行器在空中相撞的鸟类中，有44.1%撞到（或被吸入）发动机中，有30.9%撞到了机翼上。 鸟类撞击对飞行器有如此大的影响，那么现代飞行器采用了哪些措施来应对呢？ 首先，提高飞行器本身的强度，以便能够应对鸟类撞击的冲击力。现代民航客机的适航标准中，有这么两项：一是飞机的机身在受到1.8千克重的鸟类撞击后，应具备仍然能够完成本次飞行任务的能力；二是飞机的尾翼在受到3.6千克重的鸟类撞击后，仍能稳定飞机，让飞机安全着陆。为什么对尾翼的要求格外高呢？因为出过这样一起事故：1962年，一架美联航的“子爵”号客机在1828.7米高度飞行时，撞上了一群天鹅。飞机的左侧尾翼损坏，升降舵失效。导致飞机失控坠毁，机上乘客全部遇难。这场事故使得工程师对飞机尾翼的结构强度变得尤为重视。 其次，一些关键的传感器要做好备份，并相隔一定的距离。（以免被一只鸟一下子全撞坏）。比如飞机上的空速管和攻角传感器，会有备份，而且是有一定间距的。  第三，航空发动机代表了现代工业制造的最高水平，被誉为“工业上的皇冠”，发动机叶片被称为“皇冠上的明珠”。同时也是它也是最脆弱和撞鸟概率最高的部位。现代航空发动机采用了一系列防鸟撞技术。 在说到这些技术之前，我们先一起看一下飞鸟、硬币、螺丝钉或者小石子能够对现代喷气式航空发动机带来怎样的伤害吧！ 当异物撞击到高速转动的叶片时，会使叶片发生部分弯曲、折断、穿孔等伤害。尤其是像硬币、螺丝钉这样的坚硬物品。吸入发动机后，这些硬物会与压气机叶片发生碰撞。而大多数情况下，硬物都会立刻反弹出来。但是，这种反弹并不会让硬物与叶片的纠葛就此终结。 启动状态下的喷气式发动机的进气口会吸入大量空气，比吸尘器的吸力强很多。F-22战斗机的发动机，在正常工作状态下，每秒需要吸入142千克的空气；波音737、空客A320的发动机，正常工作状态下，每秒需要吸入321千克的空气；更大的发动机，每秒需要的进气量会超过1吨。标准的一间中学教室，长10米，宽6米，高3米，那么其容积为180立方米。按标准状态下的空气每立方米1.295千克来计算的话，空荡荡的教室内，有233.1千克空气。那么，整间教室的空气还不够一架个头不大的窄体客机的发动机吸1秒的。  集装箱被吸入发动机进气道 反弹出来的硬物，会被再次吸入发动机压气机，与叶片发生二次碰撞。随着叶片的转动，硬物会继续加速。被甩出或弹出后，硬物会再次被吸入。如此周而复始，直到硬物碎裂成小块吸入发动机燃烧室或者随断裂的叶片穿透发动机壳体飞出。即使是少量异物进入发动机，如果其足够坚硬的话，毁伤效果也会类似于用一把自动步枪对着发动机扫射。 另外，如果是鸟类被吸入发动机的话，不仅会造成叶片严重损伤，而且被撞坏叶片的碎块，还会随着进入发动机的空气流流到高压压气机甚至燃烧室中，打坏发动机后面的部件，严重时会造成发动机喘振甚至是停车。 按目前的统计数据，在所有的鸟类撞击事件中，有44.1%是飞鸟撞入或者被吸入了发动机。为了解决这个问题，工程师首先想到的是让飞鸟远离喷气式发动机的进气口。工程师在发动机进气口的中间部分画上了条纹。这样的话，机务人员就能够在噪声环境中分辨哪台发动机是正在转动着的了，而飞鸟也或许能够远远地看到忽闪忽闪的样子而提前躲避。不过，至于鸟能不能看到转动的条纹以及能否读懂人类工程师的苦心，这个尚无定论。不过，这种条纹目前确定的功能有两点：一个是帮助人类判断发动机的状态，二是帮助人们一眼识别出发动机的生产厂家：通用的GE发动机上的条纹较短，而且整体呈一个G的形状。而罗罗的发动机的条纹则更修长更飘逸一些。 GE发动机 罗罗发动机 在应对硬币、鸟类、小石子等异物的第一线，低压压气机的叶片在保证空气动力学特性的前提下，其形状得到了进一步地优化。罗罗公司研发了无凸台宽弦空心叶片。这种叶片能够尽量把较小较硬的异物甩到进气口外周，努力减少异物在反弹+吸入+再次反弹出来+再次吸入的过程中造成的多次伤害。 一台发动机在投入使用前到底经历了多少折磨… 航空发动机除了经常遇到鸟击之外，还会遇到恶劣天气下的雨水、冰晶等考验，为了确保安全性，要能耐受各种极端条件下的测试。 撞鸟试验中，被发动机吸入的鸟必须是真实的禽类，有些残忍，但又不得不行此事。试验的鸟由压缩空气炮按一定速度、一定的位置射向工作中的发动机。由于现代喷气客机的巡航高度一般在8000米以上，很少有鸟类能飞到如此高的空中，因此发动机吞鸟事故一般发生在中低空，尤其在机场附近，即飞机的起飞和降落过程中。由于在起飞过程中飞机的迎角很大，速度不快，高度不高，需要发动机处于最大推力状态才能保持稳定飞行姿态，此时一旦因为鸟撞造成发动机的推力下降，哪怕只有十几秒，都会造成严重的后果。 用压缩空气炮向航空发动机射出一只鸟 鸟撞试验时发动机一般应处于最大推力状态，以模拟起飞的情况，并需要用不同大小的鸟类，在不同的径向位置射入，从接近发动机轴线的中心位置一直到接近发动机机匣的外部位置，以模拟实际鸟撞情况。试验时，除用高速摄影机记录下撞击过程外，还需记录整个试验过程中的发动机参数变化情况，并在试验后分解发动机，分析鸟撞的后果和各部件（尤其是风扇叶片）的结构变形情况，为评估发动机的结构完整性和改进设计提供依据。 通用动力的航空发动机喷水试验 和冰比起来，水都不是事儿 通用动力，结冰条件下的航空发动机测试 不过，航空发动机最极端的试验，莫过于“叶片甩出” （“blade-off”）试验了，在高达3000转每分钟的转速下，一片叶片被甩出来，叶片如同榴霰弹一横扫其它部分，看看影响。 为了进行这种试验，工程师们在叶片底部进行了一次小爆炸，让叶片飞离，看看发动机咋样。 “叶片甩出” （“blade-off” ）试验 人类航空器与鸟类的恩恩怨怨带来了很多事故和故事，航空的发展带来了鸟类生存的难题，用理论术语叫“技术的负效应”，从生态学角度看却是一个严重的生态问题。到底是鸟撞了飞机？还是飞机撞上了鸟？本质上还是因为人类建设的机场侵占了鸟类的栖息地，机场通常在郊区，并且有大片的草地。这里的野生动植物构成了较为良好的生态环境，同时也就为鸟类的生长繁殖创造了好条件。如今，在机场内和机场周边，随处可见各式驱鸟车辆。 人类仰望星空的过程，受飞鸟的启发而创造了飞机，天空原本属于飞鸟，她的平静被人类的航空器打破，这些“轰鸣的钢铁飞鸟”直冲云霄，给蓝天留下游走的烟雾痕迹、噪声和热的污染，给飞鸟带来了杀身之险。鸟撞事故成为鸟类生存的一大问题，防治鸟撞首先要掌握某种规律，从保护鸟类的角度出发，鸟撞是一个严重的生态学问题。人类在技术进步的同时应该考虑到鸟类能够有更多的生存空间，也是在给自己提供安全飞行的机会。 |
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