从大禹治水获得启发 西安科学家解决飞机撞鸟难题

■记者 张潇

电影《愤怒的小鸟》正在热播。看着小鸟像炮弹一样砸向对岸的绿猪，想必是件痛快的事。但如果将愤怒的小鸟砸向飞机，结果会怎样？一个是“大铁鸟”，一个是小飞鸟，后果似乎可想而知。然而在很多人看来无异于“以卵击石”的事，真实结果却并不像游戏那样好玩。

鸟“撞”飞机？实际上是飞机“撞”鸟

对飞机来说，“鸟撞”目前是世界性难题。据国际航空协会统计，1912年以来，“鸟撞”至少导致63架民用航空器失事；军用飞行器速度快，“鸟撞”危害更为严重。

为什么一只重量至多几公斤、飞行速度相对缓慢的小鸟，会对比它庞大得多的飞机造成如此大的伤害？我们所说的“鸟撞飞机”，实际上是“飞机撞鸟”，

一只0.45公斤的鸟，与时速800公里的飞机相撞，会产生153公斤的冲击力。鸟类的生物特性，决定了它以距离而非速度作为“是否飞走”的判断基准，但飞机的高速度让它还来不及反应，就变成了“凶手”和牺牲者。

面对频发的“鸟撞”飞机事故，目前普遍采用的解决办法是驱鸟；但百密一疏，仍不能从根本上解决问题。除了驱鸟，第二种方法就是对飞机本身进行“抗鸟撞”设计。针对这一世界性难题，国家重点学科“固体力学”学科带头人、西北工业大学航空学院“先进结构与材料研究所”所长——李玉龙教授团队，创新性地提出了一种新的设计理念。其理念的核心就是“以疏导能量代替对抗能量”。

从大禹“疏胜于堵”获得了启发

李玉龙教授表示：“这个新理念就像大禹治水，‘堵\’是下下策，‘疏导\’才是良方。”

事实上，正是从大禹“疏胜于堵”的理念获得启发，李玉龙团队想到通过改善机身结构的办法来应对鸟撞，而不是单纯改变强度和材料。李教授是这么解释的：“鸟作为一个软体，在高速撞击的过程中，表现出的是一个液态的状态，就像水打在一个板子上一样，既然是这样的流体，那么我们就可以把它疏导得更合理。”

据介绍，飞机尾翼最需要保护的是主梁，因其背后附有重要的器件设备。李教授和团队在尾翼内置了一块三角形的蒙皮，作用于活鸟同等质量的硅胶模块，以644km/h的速度进行冲击试验。当尾翼受到撞击，蒙皮变形成刀片一样的利器，将冲击物切开，从而分散冲击产生的动能，保证机身完好。

李教授三言两语，就让在场的非专业人士理解其原理。谁曾想这看似简单的原理背后，却是整个团队夜以继日、连续五六年的摸索。直到2000年左右，团队才终于提出“加强结构”（Optimize Structure）这个全新构型。接下来，又是一段漫长的验证过程。

“难就难在，一般情况下想不到这个角度。”李教授如是说。另一个难点在于，增加结构的同时，却不能改变机翼的原本重量，不然整个机身的气体动力学结构都会改变，这就需要在减少机翼其他部分重量的同时提升强度。

“加强结构”将应用于C919大飞机

“工欲善其事，必先利其器”。为了验证“加强结构”的合理性，十几年来，李教授团队在试验和实践中投入大量的精力。在与国内航空相关单位的合作中，团队研发出了抗鸟撞地面实验设备—抗鸟撞空气炮，适航精度能达到1.5%~2%（一般水平在3%），保证了炮弹发射精度准确。更重要的是，不论抗鸟撞结构也好、炮弹也罢，都需要依靠严密的测试方法和设备，以及大量的实验数据。静态实验或许容易，但在冲击状态下，材料的结构属性，如屈服应力、流动应力、破坏应力等因素均会发生极大的变化。如何做材料动态力学性能测试？才是解决抗鸟撞问题的关键因素。这也正是李玉龙团队的另一张王牌：高变形速率、高温环境下的力学性能测试。目前，相关设备已出口美国、澳大利亚等国家。

据悉，“加强结构”已经在ARJ21-700飞机上进行了验证，目前尚处于适航要求的仿真实验阶段。一旦成功，将会为机身减去10.5kg的重量！今后，该结构将应用于C919大飞机的平尾结构。

西工大的抗鸟撞研究，已成为全国航空界、力学界交口称赞的名牌研究领域。

新闻推荐

颂屈原 包粽忙 香包赠亲人 古城飘粽香

学生们学习制作香包（记者王旭东摄）本报讯（记者张端实习生王意瑶）昨日上午，市文明办、雁塔区委宣传部、雁塔区文明办等部门，在雁塔区西电附小举行“古城飘粽香——我们的节日‘端午\’”诵读展...

西安新闻，新鲜有料。可以走尽是天涯，难以品尽是故乡。距离西安再远也不是问题。世界很大，期待在此相遇。