飞机为何怕飞鸟

刘树田

据媒体报道：2006年11月14日，空军某部飞行员李剑英驾驶某型号歼击机，在训练结束返回途中，当飞机的高度下降至194米、距离机场约2900米时，不幸与鸽群发生碰撞，随着“砰”的一声巨响，发动机严重受损。是跳伞还是迫降？李剑英很清楚：跳伞，自己可以逃生！但李剑英更清楚：跳伞后的飞机将失去控制，如果飞机坠入村庄，飞机上的800多升航空油、120余发航空炮弹、1发火箭弹等危险品，必然会给人民生命带来更大的灾难。在这生死攸关的的时刻，李剑英决定改跳伞为迫降，最后壮烈殉难。飞机从撞击鸽群到触地爆炸，只有16秒钟。永恒的16秒，他用军人的生命谱写了热爱人民炽烈的壮歌。我们在为他的英勇壮举而感动的同时，也会产生这样的困惑：飞机这个钢铁巨无霸为什么害怕血肉之躯的飞鸟呢？飞鸟对飞机的撞击（简称“鸟击”）产生的力量到底有多大呢？下面我们来讨论这个问题。

为了便于定量计算，我们把上面的实际情景转化为一个物理问题，并假设一些必要的数据。

设某种飞机的质量为M=1.8×10⁴kg ，飞鸟的质量为m=0.5kg，飞鸟的身体长为l=0.1m。如果飞机与鸟发生撞击时的航速为v=720 km/h，因为鸟的速度远小于飞机速度，所以忽略不计。请你根据上述数据，估算一下飞机和鸟碰撞时受到的平均作用力有多大？

我们可以把飞机与飞鸟碰撞过程简化为：飞机与鸟迎面相撞，从鸟头撞到鸟尾，飞机飞了长为l的距离，此时鸟成为飞机的一部分，即速度相同（这种假设尽管很残酷，但事实大概如此）。因为飞机质量比鸟大得多，所以在碰撞过程中飞机的速度几乎不变，即撞击后飞机和飞鸟的速度均为：

v' ≈v=720km/h=200m/s

飞机与飞鸟碰撞过程所持续的时间为：

t= l/v=5×10^-4s

飞鸟在此过程中的平均加速度大小为：

a =(v-0)/t=(200-0)/（5×10-4）=4×10⁵m/s²

以鸟为研究对象，飞机对它的平均作用力为F ，根据牛顿第二定律有：

F=ma=0.5×4×10⁵=2×10⁵N

牛顿第三定律告诉我们，两个物体间的作用力和反作用力大小相等、方向相反，所以飞机受到鸟的作用力大小为2×10⁵N。这个数据很大，有点抽象，我们打个比方：一般人的体重大约600N，那么这个撞击力大约等于333人的体重。更为糟糕的是，如此巨大的力的作用面积是很小的，约等于鸟身纵向的横截面积，这样会产生很大的压强，所以破坏性很大！

鸟击对飞机的破坏与撞击的位置有着密切的关系，导致严重后果的撞击多集中在导航系统和动力系统两方面。飞行器的导航系统大多位于前部，包括机载雷达、电子导航设备、通信设备等，此外驾驶员面前的挡风玻璃对于引导飞机的起降也起到非常重要的作用。由于导航的需要，这些设备的防护罩机械强度大多较其他部位要低一些，在受到鸟击后更容易损坏，导致飞机失去导航系统的指引，在起降过程中容易发生事故。如果说鸟击对导航系统的破坏是间接的话，那么对飞机动力系统造成的破坏则是直接的，对于螺旋桨飞机，鸟击会导致桨叶变形乃至折断，使得飞机动力下降；对于喷气式飞机，飞鸟常常会被吸入进气口，使涡轮发动机的扇叶变形，或者卡住发动机，使发动机停机甚至起火。飞机失去动力，将直接导致失速坠毁。

一般来说，飞机在正常飞行时，不会与鸟发生碰撞，因为很难有鸟能飞到10000米以上的平流层，机鸟相撞的事故主要发生在飞机上升和下降的过程中，特别是在机场附近。在世界各地，屡屡发生因鸟撞上飞机而引发的事故，国际航空联合会已把鸟害升级为“A”类航空灾难。如何避免飞机与飞鸟相撞，尽管航空界人士绞尽脑汁，但始终是个“世界级难题”。目前，国内许多机场使用了“十八般武艺”驱逐机场附近的鸟，大体可分为：人工驱鸟法、化学驱鸟法和生态驱鸟法等。人工驱鸟法，就是机场成立驱鸟队，队员每天从天亮起就在跑道边巡逻，用驱鸟炮等方法驱赶鸟类；化学驱鸟法，就是在机场四周的草地上喷药灭虫，鸟儿无虫可吃，只好觅食他处了；生态驱鸟法，就是让鸟儿“动迁新家”，远离机场，如上海浦东机场位于候鸟春来秋去的迁徙带上，以前这里常常是百鸟云集，但后来在建造浦东机场时，采用环境整治的办法，将80％的飞鸟引到了九段沙，改变了鸟类的迁徙路线，使机场周边的鸟大大减少。

天空是人类的，更是鸟类的，随着人们对鸟习性认识的不断深入和驱鸟技术的发展，定然会找到飞机与飞鸟各行其道、和谐相处的好办法。