民用飛機鳥撞系統安全性設計方法

于德淼

摘要：在民用飛機研制過程中，如何有效防治鳥撞危害歷來是一項充滿挑戰的難題。鳥撞一直是對民用飛機造成較大威脅的事故之一，民用飛機鳥撞研究歷來是各國飛機研發人員研究的焦點。除了結構抗鳥撞設計外，從系統安全性角度進行鳥撞研究也是非常重要的。本文介紹了中國民用飛機系統安全性設計中烏撞特定風險的研究現狀。總結了現有民用飛機抗鳥撞設計的基本方法，并提出了民用飛機的“容”鳥撞系統安全性設計方法。

關鍵詞：鳥撞；民用飛機；系統安全性；特定風險分析；安全性設計

中圖分類號V2 文獻標識碼A 文章編號2095-6363（2016）06-0026-02

1.鳥撞事件現狀

2016年3月，一架埃及航空的客機從開羅起飛，在抵達目的地倫敦準備降落時，遭遇一只鳥的猛烈撞擊，機頭雷達罩被擊穿，造成了一個直徑30cm的破洞，機組操作得當，飛機順利降落，并沒有造成人員傷亡。2015年12月，中國空軍一架戰斗機在執行飛行任務時，發動機遭到鳥撞，飛機墜毀，飛行員跳傘成功，所幸沒有造成機組與地面人員的傷亡。在歷史上，僅1960年以來，世界范圍內由于鳥撞事故至少造成78架民用飛機損失、201人喪生、250架軍機損失、120名飛行員喪生。鳥撞已被國際航空聯合會定位為A類空難。近年來，隨著航空事業的飛速發展，鳥撞事故對于飛行安全的威脅也與日俱增，因此航空領域對民用飛機的安全性提出了越來越高的要求。

2.鳥撞分析依據

在飛機研制過程中，安全性分析與評估是不可或缺的一部分。我國民機研制必須要滿足適航條款CCAR25《運輸類飛機適航標準》的要求。而為了驗證飛機是否符合CCAR25的要求，需要采用一系列分析方法來驗證飛機對適航條款的符合性。方法之一就是系統安全性分析，其中就包括鳥撞特定風險分析。特定風險指破壞系統獨立性并且影響多個系統、結構組件以及飛機乘坐人員（包括乘客和機組人員）安全的事件，一般會影響飛機運營安全造成飛機受損及人員傷亡等事件。特定風險一般來源于兩個方面，一個來源于飛機本身（如火災），另一方面來源于飛機運行的環境（如鳥撞）。

3.民機鳥撞分析的3個層面

目前，在飛機鳥撞領域大部分研究內容屬于飛機結構形式、強度、抗鳥撞材料的研發，成功在很多機型上進行了應用，通俗一些可以概括為“防”和“抗”兩層面。而另外一個層面是“容”鳥撞設計。

3.1“防”鳥撞

“防”鳥撞，顧名思義，采取一系列措施避免飛機與鳥類相碰撞，各航空企業和學者在“防”這一方面采用了很多較有成效的措施，例如以下幾點。

1）機載驅鳥：采用各類機載驅鳥設備，包括音頻，頻閃燈等應用，還包括飛機發動機中心的螺旋條紋，這些都能在飛機飛行中對鳥類產生震懾、驚嚇的作用，使之主動避讓飛機。

2）機場鳥類監控預警。機場鳥撞監控可以實時監控機場及周圍鳥情，并通過聯網，與多個機場的鳥類預警單位進行聯網綜合評估，可以有效的預測鳥類遷徙路線，遷徙時間等等，給各個機場飛機制定飛行計劃提供有效依據。

3）生態學防治機場周圍往往地形較開闊，人類活動密集程度低，低矮灌木、草地較多，很容易吸引鳥類進行棲息和覓食。所以從生態學角度可以采用單一草種，驅蟲，減少水源，及時清理過高的灌木等方式，減少生態多樣性，剪斷鳥類食物鏈，故而可以減少機場環境對鳥類的吸引，減少機場周圍鳥類數量。

3.2“抗”鳥撞

“抗”鳥撞，即采用結構防護的方式，對鳥撞進行防護，從結構形狀、材料、填充物等等方面，減少鳥撞對飛機的損害，力求以結構的變形或損壞保護結構內關鍵系統部件的完好性。例如飛機風擋玻璃的制造就必須滿足抗鳥撞的設計，從風擋的強度，碎裂特性等方面，在撞擊后不能被穿透，不能產生碎片，滿足抗鳥撞的要求。飛機也可以采用各種吸能結構，增加蜂窩擋板和復合材料來減少損害。

3.3“容”鳥撞

“容”鳥撞，指一旦結構沒有“擋”住鳥撞，鳥體猶如一顆流體炮彈一般打入飛機內部時，不會對飛機的安全性造成大的影響。這是飛機鳥撞研究中非常重要的一步，即針對鳥撞的系統安全性設計。

從飛機研發人員角度來看，在做飛機安全性設計和分析時，不能單從結構或者個別系統發生鳥撞來分析，而應從整機的角度，對鳥撞這一特定風險做安全性評估。

4.民用飛機系統安全性“容”鳥撞設計方法

系統安全性分析中，增加抗鳥撞的結構強度并不是首要目的，重要的是從全機角度衡量鳥撞事件的安全性影響。如果某一區域沒有重要的系統設備，發生鳥撞并打入機體也不會對機組或乘客的安全造成影響，則這里的鳥撞風險就可以接受。對于有關鍵系統設備的區域（由本節中方法來確定）就需要采用多種方式減少鳥撞帶來的安全性影響。

從系統安全性角度分析鳥撞的影響是一個伴隨著飛機型號研發進度不斷循環迭代逐漸細化的過程。

1）在初步分析階段，只能給出大概的鳥撞范圍例如機頭、機翼、短艙等等，基于上述區域分析所有機載系統的初步鳥撞安全性影響并匯總。

2）在后續幾輪分析中，可以利用試驗等手段獲取的一些鳥撞數據，例如結構是否擊穿，變形量的大小等等作為分析的輸入，細化鳥撞對系統和整機的影響。

3）隨著分析程度的深入，需要交叉檢查各個系統之間的級聯效應。比如，機翼遭到鳥撞并打壞某一液壓閥，會導致喪失一套液壓設備，這對飛機的安全性是沒有較大影響的，但是如果考慮其他系統的級聯效應，就需要考慮液壓閥壞損壞后液壓油泄漏對其中電纜，防火探測等設備的影響。

4）在數輪的分析之后，需要擴大系統安全性分析的輸入，除了試驗等輸入，還需要將公共系統例如電源，電氣等專業的鳥撞影響作為其他系統上游輸入條件。使整機的鳥撞分析更加具有系統性和完整性。

目前，對于鳥撞特定風險評估主要采用試驗與和分析相結合的方式。在此之前首先要對影響飛機安全運行的潛在鳥撞破壞路徑充分試驗，采用物理隔離系統通道來防止單個鳥撞危險源造成冗余系統同時失效，確定脆弱的系統關鍵部件，采用保護措施或者改變鳥撞路徑來將鳥撞的危險減少至最小。值得注意的是，由于物理隔離或者保護等措施可能造成關鍵位置或結構的設計更改，因此應在設計階段盡早開展鳥撞失效評估，以避免后期昂貴的設計費用。然后通過分析和試驗的方式來評估鳥撞對飛機的風險，并作為符合性驗證的一部分。

5.結論

國內民用飛機的安全性設計水平不斷提高，分析方法也逐漸成熟，在鳥撞的分析中引入系統安全性設計的理念既是為了滿足適航規章的要求，也是為了適應當前對民機安全性越來越高的要求。在鳥撞分析中，防鳥撞，抗鳥撞，容鳥撞，三者相輔相成，缺一不可，在民機的研發周期內不斷重復和循環，每一次循環都會對設計帶來變更，并引入到下一輪次的分析中去。最終隨著飛機安全性指標的不斷滿足，鳥撞設計也趨于定型，最終滿足適航規章中的安全性要求。