飛機為何怕飛鳥

劉樹田

據媒體報道：2006年11月14日，空軍某部飛行員李劍英駕駛某型號殲擊機，在訓練結束返回途中，當飛機的高度下降至194米、距離機場約2900米時，不幸與鴿群發生碰撞，隨著“砰”的一聲巨響，發動機嚴重受損。是跳傘還是迫降？李劍英很清楚：跳傘，自己可以逃生！但李劍英更清楚：跳傘后的飛機將失去控制，如果飛機墜入村莊，飛機上的800多升航空油、120余發航空炮彈、1發火箭彈等危險品，必然會給人民生命帶來更大的災難。在這生死攸關的的時刻，李劍英決定改跳傘為迫降，最后壯烈殉難。飛機從撞擊鴿群到觸地爆炸，只有16秒鐘。永恒的16秒，他用軍人的生命譜寫了熱愛人民熾烈的壯歌。我們在為他的英勇壯舉而感動的同時，也會產生這樣的困惑：飛機這個鋼鐵巨無霸為什么害怕血肉之軀的飛鳥呢？飛鳥對飛機的撞擊（簡稱“鳥擊”）產生的力量到底有多大呢？下面我們來討論這個問題。

為了便于定量計算，我們把上面的實際情景轉化為一個物理問題，并假設一些必要的數據。

設某種飛機的質量為M=1.8×10⁴kg ，飛鳥的質量為m=0.5kg，飛鳥的身體長為l=0.1m。如果飛機與鳥發生撞擊時的航速為v=720 km/h，因為鳥的速度遠小于飛機速度，所以忽略不計。請你根據上述數據，估算一下飛機和鳥碰撞時受到的平均作用力有多大？

我們可以把飛機與飛鳥碰撞過程簡化為：飛機與鳥迎面相撞，從鳥頭撞到鳥尾，飛機飛了長為l的距離，此時鳥成為飛機的一部分，即速度相同（這種假設盡管很殘酷，但事實大概如此）。因為飛機質量比鳥大得多，所以在碰撞過程中飛機的速度幾乎不變，即撞擊后飛機和飛鳥的速度均為：

v' ≈v=720km/h=200m/s

飛機與飛鳥碰撞過程所持續的時間為：

t= l/v=5×10^-4s

飛鳥在此過程中的平均加速度大小為：

a =(v-0)/t=(200-0)/（5×10-4）=4×10⁵m/s²

以鳥為研究對象，飛機對它的平均作用力為F ，根據牛頓第二定律有：

F=ma=0.5×4×10⁵=2×10⁵N

牛頓第三定律告訴我們，兩個物體間的作用力和反作用力大小相等、方向相反，所以飛機受到鳥的作用力大小為2×10⁵N。這個數據很大，有點抽象，我們打個比方：一般人的體重大約600N，那么這個撞擊力大約等于333人的體重。更為糟糕的是，如此巨大的力的作用面積是很小的，約等于鳥身縱向的橫截面積，這樣會產生很大的壓強，所以破壞性很大！

鳥擊對飛機的破壞與撞擊的位置有著密切的關系，導致嚴重后果的撞擊多集中在導航系統和動力系統兩方面。飛行器的導航系統大多位于前部，包括機載雷達、電子導航設備、通信設備等，此外駕駛員面前的擋風玻璃對于引導飛機的起降也起到非常重要的作用。由于導航的需要，這些設備的防護罩機械強度大多較其他部位要低一些，在受到鳥擊后更容易損壞，導致飛機失去導航系統的指引，在起降過程中容易發生事故。如果說鳥擊對導航系統的破壞是間接的話，那么對飛機動力系統造成的破壞則是直接的，對于螺旋槳飛機，鳥擊會導致槳葉變形乃至折斷，使得飛機動力下降；對于噴氣式飛機，飛鳥常常會被吸入進氣口，使渦輪發動機的扇葉變形，或者卡住發動機，使發動機停機甚至起火。飛機失去動力，將直接導致失速墜毀。

一般來說，飛機在正常飛行時，不會與鳥發生碰撞，因為很難有鳥能飛到10000米以上的平流層，機鳥相撞的事故主要發生在飛機上升和下降的過程中，特別是在機場附近。在世界各地，屢屢發生因鳥撞上飛機而引發的事故，國際航空聯合會已把鳥害升級為“A”類航空災難。如何避免飛機與飛鳥相撞，盡管航空界人士絞盡腦汁，但始終是個“世界級難題”。目前，國內許多機場使用了“十八般武藝”驅逐機場附近的鳥，大體可分為：人工驅鳥法、化學驅鳥法和生態驅鳥法等。人工驅鳥法，就是機場成立驅鳥隊，隊員每天從天亮起就在跑道邊巡邏，用驅鳥炮等方法驅趕鳥類；化學驅鳥法，就是在機場四周的草地上噴藥滅蟲，鳥兒無蟲可吃，只好覓食他處了；生態驅鳥法，就是讓鳥兒“動遷新家”，遠離機場，如上海浦東機場位于候鳥春來秋去的遷徙帶上，以前這里常常是百鳥云集，但后來在建造浦東機場時，采用環境整治的辦法，將80％的飛鳥引到了九段沙，改變了鳥類的遷徙路線，使機場周邊的鳥大大減少。

天空是人類的，更是鳥類的，隨著人們對鳥習性認識的不斷深入和驅鳥技術的發展，定然會找到飛機與飛鳥各行其道、和諧相處的好辦法。