金 鐳 劉友丹

（中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所， 北京 100028）

自從發(fā)明飛機(jī)以來(lái)，人類實(shí)現(xiàn)了幾千年的飛行夢(mèng)想，但在享受這一榮耀的同時(shí)，人類也不得不承受飛機(jī)事故給人類帶來(lái)的災(zāi)難性后果。鳥(niǎo)撞就是一種極為常見(jiàn)、破壞性極大的飛機(jī)事故。據(jù)文獻(xiàn)資料記載，從1961年到1967年，美國(guó)空軍破壞性鳥(niǎo)撞次數(shù)從每年幾次迅速上升到每年360多次，1982年更是達(dá)到了1 894次；從1990年到2007年，美國(guó)民用飛機(jī)遭受鳥(niǎo)撞次數(shù)從每年1 759次到每年7 666次。從上述數(shù)據(jù)可以看出，隨著時(shí)間的推移，鳥(niǎo)撞問(wèn)題已經(jīng)變得越來(lái)越嚴(yán)峻，鳥(niǎo)撞事故成為人類航空安全的重大威脅，因此鳥(niǎo)撞問(wèn)題已經(jīng)成為飛機(jī)設(shè)計(jì)必須考慮的重要內(nèi)容。

1 鳥(niǎo)撞部位

理論上飛機(jī)正前方能看見(jiàn)的部位都有可能被鳥(niǎo)撞，迎風(fēng)面積越大，遭鳥(niǎo)撞的可能性也越大，工程上一般針對(duì)經(jīng)常發(fā)生鳥(niǎo)撞危險(xiǎn)的部位進(jìn)行重點(diǎn)分析與評(píng)估工作。

據(jù)1999～2008年世界范圍內(nèi)飛機(jī)發(fā)生鳥(niǎo)撞事故各部位統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，發(fā)生鳥(niǎo)撞事故部位中發(fā)動(dòng)機(jī)約占44%、機(jī)翼約占31%、風(fēng)擋約占13%、機(jī)頭約占8%、機(jī)身約占4%。

歐美先進(jìn)航空制造企業(yè)開(kāi)展鳥(niǎo)撞適航性設(shè)計(jì)與驗(yàn)證工作同樣參考事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及易發(fā)生鳥(niǎo)撞部位，如某型機(jī)在進(jìn)行鳥(niǎo)撞影響分析，如圖1所示。

參考國(guó)外型號(hào)工程資料，根據(jù)國(guó)內(nèi)在研型號(hào)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)輸類飛機(jī)鳥(niǎo)撞危險(xiǎn)部位一般包括：

機(jī)頭區(qū)（駕駛艙地板以上區(qū)域，含雷達(dá)罩、風(fēng)擋、通風(fēng)窗、天窗骨架、天窗骨架上頂板、天窗骨架下頂板、左右側(cè)壁板）；

圖1 某型機(jī)鳥(niǎo)撞影響區(qū)域分析

機(jī)翼前緣區(qū)（含縫翼打開(kāi)、合上兩種狀態(tài)及固定前緣）；

襟翼（僅包括襟翼打開(kāi)狀態(tài)）；

垂尾前緣（若垂尾前梁上開(kāi)有減輕孔，還應(yīng)考慮鳥(niǎo)將前緣蒙皮擊穿后，穿過(guò)減輕孔對(duì)垂尾盒段內(nèi)系統(tǒng)的影響）；

平尾前緣；

發(fā)動(dòng)機(jī)唇口；

吊掛前緣。

2 適航規(guī)章要求

適航規(guī)章作為案例法，其條款的產(chǎn)生均源于事故，鳥(niǎo)撞適航規(guī)章要求同樣是在大量事故統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，針對(duì)飛機(jī)上受影響的部位制定。

2.1 鳥(niǎo)撞適航規(guī)章要求

鑒于我國(guó)現(xiàn)階段適航標(biāo)準(zhǔn)基本上是參照美國(guó)適航標(biāo)準(zhǔn)制定的，本文鳥(niǎo)撞適航規(guī)章要求的分析研究工作主要針對(duì)歐美的FAR25、CS25部適航規(guī)章進(jìn)行。通過(guò)分析研究，F(xiàn)AR25/CS25部中鳥(niǎo)撞主要條款包括§25.571（e）（1）、§25.631、§25.775（條款具體內(nèi)容詳見(jiàn)《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》，本文不再贅述）。

2.2 歐美鳥(niǎo)撞適航規(guī)章要求差異性

鳥(niǎo)撞問(wèn)題的核心是撞擊區(qū)域、撞擊鳥(niǎo)的重量和撞擊速度。歐、美適航規(guī)章均從安全的角度出發(fā)而頒布，又由于環(huán)境、鳥(niǎo)類分布等因素有所差別。差別直接體現(xiàn)在條款之中。

試驗(yàn)鳥(niǎo)重量、沖擊位置

FAR 25.631條要求是尾翼8磅鳥(niǎo)沖擊；CS 25.631條要求是飛機(jī)承受4磅鳥(niǎo)沖擊。

試驗(yàn)沖擊速度不同

FAR 25.631要求相撞時(shí)飛機(jī)的速度（沿飛機(jī)飛行航跡相對(duì)于鳥(niǎo)）等于按第25.335（a）條選定的海平面VC。

CS 25.631要求相撞時(shí)飛機(jī)的速度（沿飛機(jī)飛行航跡相對(duì)于鳥(niǎo)）等于海平面VC或8 000英尺時(shí)的0.85VC，兩者較嚴(yán)重的值。

3 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求和理解

3.1 GJB 67A–2008《軍用飛機(jī)強(qiáng)度與剛度規(guī)范》

該標(biāo)準(zhǔn)第3.8.2節(jié)，對(duì)風(fēng)擋的鳥(niǎo)撞要求如下：觀察區(qū)域的所有透明區(qū)和支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠強(qiáng)度，能承受飛機(jī)以一定速度飛行時(shí)，1.8 kg飛鳥(niǎo)的撞擊而不被穿透，飛機(jī)的飛行速度應(yīng)根據(jù)飛機(jī)的預(yù)期使用確定。另外，應(yīng)盡量防止鳥(niǎo)撞擊產(chǎn)生的碎片傷害駕駛員。

該標(biāo)準(zhǔn)第3.2.7節(jié)及4.1.2.3節(jié)分別給出鳥(niǎo)撞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求及撞擊響應(yīng)分析要求，在附錄A.10.2.2節(jié)中，對(duì)鳥(niǎo)撞結(jié)構(gòu)的變形提出了詳細(xì)的要求。

該標(biāo)準(zhǔn)第3.7.5.5節(jié)對(duì)鳥(niǎo)撞試驗(yàn)提出了具體要求，規(guī)定撞擊點(diǎn)、鳥(niǎo)體質(zhì)量及撞擊速度的選擇原則。

3.2 HB 7084–1994《民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)抗鳥(niǎo)撞設(shè)計(jì)與試驗(yàn)要求》

該標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)定了鳥(niǎo)撞的適航符合性驗(yàn)證程序，同時(shí)還給出了飛機(jī)結(jié)構(gòu)的鳥(niǎo)撞設(shè)計(jì)目標(biāo)及設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)主要基于民機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)制定，對(duì)運(yùn)輸類飛機(jī)結(jié)構(gòu)抗鳥(niǎo)撞設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的指導(dǎo)性。

3.3 GJB 67A–2008、HB 7084–1994、FAR25部要求對(duì)比

關(guān)于鳥(niǎo)撞的要求，總體上3個(gè)規(guī)范要求是一致的，即要求飛機(jī)在某給定速度下各種姿態(tài)飛行時(shí)，風(fēng)擋部位及機(jī)翼與1.8千克鳥(niǎo)相撞、尾翼與3.6千克鳥(niǎo)相撞，飛機(jī)均能安全返航與著陸，除結(jié)構(gòu)損傷分析外，鳥(niǎo)撞損傷分析與評(píng)估還應(yīng)考慮受影響系統(tǒng)的安全性分析。相對(duì)而言，F(xiàn)AR25適航要求更加完整明確，但國(guó)軍標(biāo)、航標(biāo)對(duì)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)性更強(qiáng)。

4 鳥(niǎo)撞適航條款技術(shù)分析

本節(jié)將對(duì)FAR25部中25.571（e）、25.631及25.775（b）(c)3個(gè)鳥(niǎo)撞重點(diǎn)條款進(jìn)行技術(shù)分析。

4.1 §25.571(e)(1) 結(jié)構(gòu)的損傷容限和疲勞評(píng)定

該款的目的是在最高到2 450米的各種高度上，在各種可能的飛行速度下，受到4磅的鳥(niǎo)撞時(shí)，通過(guò)評(píng)定保證飛機(jī)結(jié)構(gòu)在離散源造成損傷的情況下，能夠成功地完成飛行任務(wù)。

損傷容限（離散源）評(píng)定應(yīng)考慮在出現(xiàn)飛鳥(niǎo)引起的撞擊后，要求飛行員能夠安全地完成該次飛行，其損傷容限評(píng)估只要求評(píng)定剩余強(qiáng)度，不必進(jìn)行裂紋擴(kuò)展評(píng)估。因此，損傷容限評(píng)估主要考慮兩個(gè)問(wèn)題，一是損傷部位和范圍的確定，二是合理制定結(jié)構(gòu)的剩余強(qiáng)度載荷要求。

該條款通常采用符合性說(shuō)明和安全性分析的方法進(jìn)行符合性驗(yàn)證工作。

4.2 §25.631鳥(niǎo)撞損傷

與§25.571（e）條款4磅鳥(niǎo)撞擊要求不同的是，25.631條款規(guī)定了尾翼結(jié)構(gòu)受到3.6 kg（8磅）鳥(niǎo)撞擊的的情況。鳥(niǎo)與飛機(jī)的相對(duì)速度為海平面Vc。尾翼前緣遭受鳥(niǎo)撞后，要滿足下列兩個(gè)條件：

結(jié)構(gòu)安全：若垂尾前梁被擊穿，垂尾應(yīng)能承受安全返航中合理預(yù)期的靜載荷（通常采用限制載荷）；

系統(tǒng)安全：關(guān)鍵的操縱系統(tǒng)元件須置于受保護(hù)的部位；或采用保護(hù)裝置（如隔板或吸能材料）來(lái)保證系統(tǒng)元件不會(huì)受到損傷；或在總體布置時(shí)避免將這些關(guān)鍵設(shè)備布置在直接鳥(niǎo)撞區(qū)域。

4.2.1 條文解釋和設(shè)計(jì)要求

4.2.1.1 鳥(niǎo)撞損傷與抗鳥(niǎo)撞設(shè)計(jì)指標(biāo)

前進(jìn)中的飛機(jī)與飛鳥(niǎo)相撞在尾翼結(jié)構(gòu)上可能產(chǎn)生危及飛行安全的損傷。飛機(jī)的前進(jìn)姿態(tài)包括滑行、起飛、低空飛行、巡航、下降、進(jìn)場(chǎng)、著陸。尾翼結(jié)構(gòu)系指水平安定面和升降舵，垂直安定面和方向舵，但最可能受鳥(niǎo)撞的部位是水平安定面前緣和垂直安定面前緣。尾翼結(jié)構(gòu)可以是金屬結(jié)構(gòu)，也可能為纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。

鳥(niǎo)撞可能造成的尾翼機(jī)構(gòu)損傷包括：前緣蒙皮壓坑、凹陷，蒙皮撕裂，連接破壞，蒙皮及大梁腹板擊穿，復(fù)合材料分層、脫膠，甚至可能發(fā)生骨架斷裂，安定面破壞。為確保飛行安全，25.631規(guī)定了尾翼結(jié)構(gòu)抗鳥(niǎo)撞的設(shè)計(jì)要求，包括了結(jié)構(gòu)損傷和系統(tǒng)保護(hù)兩種情況。設(shè)計(jì)時(shí)可參考下列準(zhǔn)則。

一是當(dāng)尾翼前緣內(nèi)裝有液壓、操縱系統(tǒng)的管理和設(shè)備時(shí)，如飛鳥(niǎo)擊穿前緣（或變形過(guò)大），有可能使操縱、液壓系統(tǒng)失靈而導(dǎo)致飛行事故。對(duì)于這樣結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)目標(biāo)為：前緣的設(shè)計(jì)應(yīng)保證飛機(jī)以25.335（a）選定海平面巡航速度VC飛行時(shí)，尾翼結(jié)構(gòu)應(yīng)能經(jīng)受8磅飛鳥(niǎo)撞擊，前緣和前梁不被擊穿。

二是當(dāng)尾翼前緣內(nèi)不含液壓操縱系統(tǒng)管路和設(shè)備時(shí)，如被飛鳥(niǎo)撞擊，前緣可以凹陷，甚至出現(xiàn)穿孔，但是不能擊毀大梁緣條。所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)為：前緣設(shè)計(jì)應(yīng)保證飛機(jī)以25.335（a）選定海平面巡航速度VC飛行時(shí)，允許前緣，甚至大梁腹板出現(xiàn)穿孔等損傷，但這些損傷應(yīng)不會(huì)導(dǎo)致飛行性能?chē)?yán)重變壞和結(jié)構(gòu)總體強(qiáng)度降低到不安全水平。

4.2.1.2 穿透速度

前進(jìn)中的飛機(jī)與飛鳥(niǎo)相撞，造成結(jié)構(gòu)被擊穿，或使鳥(niǎo)的尸體或部分尸體及結(jié)構(gòu)碎片進(jìn)入尾翼前緣內(nèi)部時(shí)，飛機(jī)所具有的最低速度。

結(jié)構(gòu)的穿透速度是衡量結(jié)構(gòu)抗鳥(niǎo)撞能力的一個(gè)指標(biāo)。它與飛鳥(niǎo)的質(zhì)量、前緣蒙皮厚度、入射角和前緣半徑等有關(guān)。可以通過(guò)工程計(jì)算或試驗(yàn)確定此速度。衡量尾翼結(jié)構(gòu)是否滿足25.631的要求，實(shí)際上就是比較結(jié)構(gòu)穿透速度與飛機(jī)海平面巡航速度VC的關(guān)系。

4.2.1.3 結(jié)構(gòu)的鳥(niǎo)撞防護(hù)

結(jié)構(gòu)的鳥(niǎo)撞防護(hù)應(yīng)貫穿于飛機(jī)設(shè)計(jì)的全過(guò)程，在總體設(shè)計(jì)階段進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置和系統(tǒng)設(shè)備安排時(shí)，對(duì)尾翼的易受鳥(niǎo)撞部位，不布置液壓、操縱管路。由于某些因素限制而不得不在前緣布置時(shí)，應(yīng)在該處采用一些保護(hù)裝置（如隔板和吸能材料），當(dāng)前緣部位萬(wàn)一遭受飛鳥(niǎo)撞擊時(shí)，應(yīng)使保護(hù)裝置吸收鳥(niǎo)撞動(dòng)能而使被保護(hù)對(duì)象安全。

在可能遭受飛鳥(niǎo)撞擊部位，按其內(nèi)部是否裝有操縱、液壓管路等，設(shè)計(jì)前緣結(jié)構(gòu)等情況，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，用靜不定結(jié)構(gòu)，增加抗鳥(niǎo)撞的生命力。

4.2.2 驗(yàn)證方法

尾翼結(jié)構(gòu)抗鳥(niǎo)撞的符合性驗(yàn)證通常采用分析計(jì)算方法和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法。

4.2.3 試驗(yàn)鳥(niǎo)重量的確定

關(guān)于飛鳥(niǎo)的重量，英國(guó)人統(tǒng)計(jì)了時(shí)間范圍的鳥(niǎo)撞事故，鳥(niǎo)的重量在（0.25～1.5）磅之間， 4磅以上大鳥(niǎo)的撞擊事故不到1%。這就是說(shuō)尾翼受到4磅飛鳥(niǎo)的撞擊是很少發(fā)生的。因此，JAR 25.631規(guī)定，尾翼結(jié)構(gòu)要能經(jīng)受4磅鳥(niǎo)撞而保證飛行安全。歐洲4國(guó)共同研制的A310垂尾前緣原來(lái)按JAR 25.631用4磅鳥(niǎo)試驗(yàn)，后來(lái)為了促進(jìn)飛機(jī)出口，A310垂尾前緣又按FAR25.631要求，用8磅鳥(niǎo)重新試驗(yàn)?？梢?jiàn)歐洲與美國(guó)對(duì)尾翼結(jié)構(gòu)的鳥(niǎo)撞要求趨于一致。

4.3 §25.775 (b) (c)風(fēng)擋和窗戶

本條針對(duì)飛機(jī)風(fēng)擋玻璃、支承結(jié)構(gòu)及周?chē)赡艿镍B(niǎo)撞部位。鳥(niǎo)撞后結(jié)構(gòu)必須滿足下列3個(gè)條件：

風(fēng)擋玻璃經(jīng)飛鳥(niǎo)撞擊后不能被擊穿（若為雙層玻璃，內(nèi)層玻璃也不允許擊裂）；

鳥(niǎo)擊中風(fēng)擋后，支承結(jié)構(gòu)（即天窗骨架）不能被擊穿破壞。如果出現(xiàn)裂紋或損傷，則須滿足剩余強(qiáng)度要求，支承結(jié)構(gòu)（即天窗骨架框）同時(shí)還需滿足25.571 (e) (1)要求。

風(fēng)擋、天窗骨架周?chē)Y(jié)構(gòu)鳥(niǎo)撞后應(yīng)滿足系統(tǒng)安全要求。

4.3.1 條文解釋

25.775 （b）專門(mén)就鳥(niǎo)撞問(wèn)題對(duì)風(fēng)擋玻璃及其支承結(jié)構(gòu)提出要求。風(fēng)擋和座艙蓋，是抗鳥(niǎo)撞的薄弱部位。因此，安裝在駕駛員前面用來(lái)保護(hù)駕駛員的風(fēng)擋玻璃及其支承結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受飛機(jī)速度等于按25.335（a）選定的海平面VC值時(shí)與4磅重的鳥(niǎo)的撞擊。撞擊后，不允許有影響飛行操縱的結(jié)構(gòu)破壞。

25.775 （c）指出某些要害部位的玻璃在不能保證風(fēng)擋及其支承結(jié)構(gòu)受到鳥(niǎo)撞還能保持完整性的情況下，必須有措施將風(fēng)擋玻璃飛散碎片傷害駕駛員的危險(xiǎn)減至最小。必須通過(guò)分析或鳥(niǎo)撞試驗(yàn)證明風(fēng)擋玻璃受到鳥(niǎo)撞時(shí)破碎是極不可能的，否則必須有措施保護(hù)駕駛員不受玻璃碎片的傷害。本款列出了3種玻璃安裝情況的。這3種情況在發(fā)生鳥(niǎo)撞時(shí)，玻璃碎片都有可能傷害駕駛員。

4.3.2 驗(yàn)證方法

25.775 （b）通常采用計(jì)算分析和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)進(jìn)行符合性驗(yàn)證；25.775（c）通常采用計(jì)算分析、安全性分析、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)進(jìn)行符合性驗(yàn)證。

5 鳥(niǎo)撞適航性設(shè)計(jì)與驗(yàn)證方法

鳥(niǎo)撞適航性要求的核心就是保證飛機(jī)遭受鳥(niǎo)撞后能安全返回，即在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上要滿足剩余強(qiáng)度要求，在系統(tǒng)安全性分析方面要滿足規(guī)定的要求（初步確定為系統(tǒng)失效影響等級(jí)不高于Ⅱ類）。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外典型工程案例梳理鳥(niǎo)撞分析與驗(yàn)證的總體思路是采用數(shù)值仿真分析與鳥(niǎo)撞試驗(yàn)相結(jié)合的方法，分析與驗(yàn)證思路及驗(yàn)證流程如下。

5.1 鳥(niǎo)撞動(dòng)響應(yīng)分析

分析方法包括傳統(tǒng)的半經(jīng)驗(yàn)工程方法（能量法）和有限元分析方法。能量法在早期型號(hào)上應(yīng)用較多，缺點(diǎn)是沒(méi)有考慮鳥(niǎo)體與飛機(jī)結(jié)構(gòu)之間的耦合效應(yīng)，分析結(jié)果一般偏保守、精度不高；有限元法的優(yōu)點(diǎn)在于考慮了撞擊物與飛機(jī)結(jié)構(gòu)的耦合效應(yīng)，并隨著在新型號(hào)如A380、B787上的成功應(yīng)用，分析方法逐漸趨于成熟。有限元法分析精度相對(duì)能量法大大提高，明顯減少鳥(niǎo)撞試驗(yàn)次數(shù)，故鳥(niǎo)撞動(dòng)響應(yīng)分析建議采用顯式有限元方法。

鳥(niǎo)撞動(dòng)響應(yīng)分析主要包括建模、確定各部件鳥(niǎo)體質(zhì)量與鳥(niǎo)撞速度、模型驗(yàn)證、選擇撞擊點(diǎn)并進(jìn)行動(dòng)響應(yīng)分析、篩選鳥(niǎo)撞薄弱部位等內(nèi)容。

5.2 結(jié)構(gòu)安全分析

依據(jù)鳥(niǎo)撞動(dòng)響應(yīng)分析結(jié)果，采用損傷容限（離散源）評(píng)定方式對(duì)鳥(niǎo)撞部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全分析，須滿足25.571（e）規(guī)定的相應(yīng)靜強(qiáng)度載荷工況要求。

5.3 系統(tǒng)安全性分析

5.3.1 分析目的

鳥(niǎo)撞分析是系統(tǒng)安全性分析中特殊風(fēng)險(xiǎn)分析（PRA）的一項(xiàng)內(nèi)容。按照25.571（e）(1)、25.631及25.775（c）條款要求，其目的是確保鳥(niǎo)撞區(qū)域內(nèi)受影響的系統(tǒng)部件若損壞或失效，將不會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)不能安全返航和著陸情況發(fā)生。

5.3.2 分析思路

依據(jù)動(dòng)響應(yīng)分析的結(jié)果，對(duì)鳥(niǎo)撞損傷區(qū)域內(nèi)布置的系統(tǒng)部件進(jìn)行系統(tǒng)安全性分析，結(jié)合飛機(jī)級(jí)功能危害分析（AFHA）及系統(tǒng)級(jí)功能危害分析（SFHA），確定鳥(niǎo)撞區(qū)域受影響系統(tǒng)的鳥(niǎo)撞影響等級(jí)。

如果鳥(niǎo)撞部位的變形或損壞影響到此部位安裝的系統(tǒng)件，且該系統(tǒng)件系統(tǒng)失效影響等級(jí)為Ⅰ級(jí)或Ⅱ級(jí)的話，則認(rèn)為不能滿足鳥(niǎo)撞適航要求，必須在總體布置上移開(kāi)此系統(tǒng)部件；或加強(qiáng)鳥(niǎo)撞區(qū)域結(jié)構(gòu)以提高抗鳥(niǎo)撞能力，來(lái)滿足系統(tǒng)安全性要求。

對(duì)鳥(niǎo)撞損傷部位進(jìn)行系統(tǒng)安全性分析時(shí)，按照各鳥(niǎo)撞點(diǎn)獨(dú)立發(fā)生的事件（即只考慮單鳥(niǎo)撞擊），不考慮多鳥(niǎo)同時(shí)撞擊情況下的故障組合。

5.3.3 分析重點(diǎn)

系統(tǒng)安全性分析重點(diǎn)關(guān)注由鳥(niǎo)撞引起的飛控、液壓及電源系統(tǒng)受損或駕駛員受傷而導(dǎo)致的失去飛機(jī)控制能力的危險(xiǎn)情況；由鳥(niǎo)撞引起的起落架控制系統(tǒng)受損而導(dǎo)致的不能安全著陸的危險(xiǎn)情況；由鳥(niǎo)撞引起的燃油泄漏而導(dǎo)致的火災(zāi)情況。

5.3.4 分析時(shí)機(jī)

鳥(niǎo)撞系統(tǒng)安全性分析的時(shí)機(jī)有兩種。

先結(jié)構(gòu)后系統(tǒng)：在結(jié)構(gòu)動(dòng)響應(yīng)分析初步完成后進(jìn)行系統(tǒng)安全性分析。根據(jù)已知的結(jié)構(gòu)的變形及破壞情況，有針對(duì)性地對(duì)受影響的系統(tǒng)件進(jìn)行系統(tǒng)安全性分析，最后再根據(jù)結(jié)構(gòu)的最終狀態(tài)確認(rèn)系統(tǒng)的安全性分析結(jié)果。

并行分析：系統(tǒng)安全性分析與結(jié)構(gòu)動(dòng)響應(yīng)分析同步進(jìn)行。假設(shè)除風(fēng)擋和天窗骨架以外鳥(niǎo)撞部位都被擊穿（適航要求風(fēng)擋和天窗骨架不能被擊穿），對(duì)受影響的系統(tǒng)件進(jìn)行安全性分析，確定出系統(tǒng)失效影響等級(jí)，然后結(jié)合結(jié)構(gòu)動(dòng)響應(yīng)分析結(jié)果，對(duì)鳥(niǎo)撞系統(tǒng)安全性分析結(jié)果做出綜合評(píng)估。此種方法相對(duì)第一種方法分析工作量較大。

5.4 確定鳥(niǎo)撞試驗(yàn)點(diǎn)

根據(jù)動(dòng)力學(xué)仿真軟件對(duì)飛機(jī)可能遭受鳥(niǎo)撞區(qū)域的動(dòng)響應(yīng)分析結(jié)果，并結(jié)合飛機(jī)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的安全性分析結(jié)果，選擇需要進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證的鳥(niǎo)撞點(diǎn)。

選擇的試驗(yàn)鳥(niǎo)撞點(diǎn)須是相應(yīng)部件較為危險(xiǎn)的部位和同類飛機(jī)鳥(niǎo)撞事故中發(fā)生頻率最高的部位，用來(lái)驗(yàn)證鳥(niǎo)撞動(dòng)響應(yīng)分析結(jié)果的正確性。

5.5 確定鳥(niǎo)撞試驗(yàn)合格判據(jù)

根據(jù)鳥(niǎo)撞部位的總體布置情況及鳥(niǎo)撞適航性要求，結(jié)合飛機(jī)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的安全性分析結(jié)果，在試驗(yàn)任務(wù)書(shū)及試驗(yàn)大綱中給出各部件鳥(niǎo)撞試驗(yàn)各撞擊點(diǎn)的試驗(yàn)合格判據(jù)（如結(jié)構(gòu)是否允許擊穿或結(jié)構(gòu)最大允許變形等）。

5.6 試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)試驗(yàn)任務(wù)書(shū)，編制各部件鳥(niǎo)撞試驗(yàn)大綱，開(kāi)展鳥(niǎo)撞試驗(yàn)驗(yàn)證，編寫(xiě)試驗(yàn)報(bào)告并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)定，具體試驗(yàn)要求可參照GJB 67.9A的3.7.5.5節(jié)要求。

試驗(yàn)件的安裝應(yīng)盡可能地模擬結(jié)構(gòu)支持剛度及連接情況，試驗(yàn)件安裝的緊固件應(yīng)盡可能地與真實(shí)結(jié)構(gòu)相同。

5.7 綜合評(píng)估

根據(jù)鳥(niǎo)撞動(dòng)響應(yīng)分析、結(jié)構(gòu)安全分析結(jié)果、系統(tǒng)安全性分析結(jié)果及鳥(niǎo)撞試驗(yàn)評(píng)定結(jié)果，對(duì)鳥(niǎo)撞適航符合性驗(yàn)證情況進(jìn)行綜合評(píng)估，給出綜合評(píng)估結(jié)論。若鳥(niǎo)撞理論分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果不符，以試驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)。

6 某型機(jī)鳥(niǎo)撞工程案例

本節(jié)主要介紹某型機(jī)對(duì)于鳥(niǎo)撞適航符合性驗(yàn)證工作的情況。主要包括：鳥(niǎo)撞重點(diǎn)條款、典型鳥(niǎo)撞損傷部位考慮等。

6.1 適航規(guī)章要求

鳥(niǎo)撞適航性規(guī)章要求主要包括：25.631和25.571（e）（1）。

25.631 ：4 磅鳥(niǎo)沖擊影響（FAR25.631中要求的尾翼結(jié)構(gòu)受8磅鳥(niǎo)沖擊），取飛機(jī)與鳥(niǎo)沿著飛機(jī)飛行航跡的相對(duì)速度取海平面VC和2 450米（8 000英尺）0.85VC中的較大者，從該機(jī)型飛行包線來(lái)看，取海平面VC345kt（175m/s）。

25.571 （e）（1）：鳥(niǎo)撞發(fā)生后能夠繼續(xù)安全地飛行和著陸。

6.2 典型鳥(niǎo)撞損傷部位考慮

本節(jié)以機(jī)頭和機(jī)翼為例對(duì)該機(jī)型典型鳥(niǎo)撞損傷部位情況予以描述。

6.2.1 機(jī)頭

6.2.1.1 駕駛艙窗戶鳥(niǎo)撞試驗(yàn)

某型機(jī)駕駛艙窗戶鳥(niǎo)撞適航符合性驗(yàn)證試驗(yàn)示意圖如圖2所示。

所屬系統(tǒng)：ATA028（載荷與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度）試驗(yàn)條件：

飛鳥(niǎo)質(zhì)量：4磅；沖擊速度：153～175 m/s；試驗(yàn)溫度：-35℃～+40℃。

6.2.1.2 風(fēng)擋支撐、前壁板鳥(niǎo)撞試驗(yàn)

圖2 某型機(jī)駕駛艙窗戶鳥(niǎo)撞試驗(yàn)示意圖

某型機(jī)風(fēng)擋支撐、前壁板鳥(niǎo)撞適航符合性驗(yàn)證試驗(yàn)示意圖如圖3所示。所屬系統(tǒng)：ATA023（載荷與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度）試驗(yàn)條件：

圖3 某型機(jī)風(fēng)擋支撐、前壁板鳥(niǎo)撞試驗(yàn)示意圖

飛鳥(niǎo)質(zhì)量：4 磅；

沖擊速度：175 m/s；試驗(yàn)溫度：室溫

6.2.1.3 駕駛艙窗戶鳥(niǎo)撞仿真計(jì)算

某型機(jī)駕駛艙窗戶數(shù)值仿真試驗(yàn)部位選取如圖4所示。地面試驗(yàn)與仿真試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

試驗(yàn)條件：

飛鳥(niǎo)質(zhì)量：4磅；

沖擊速度：175 m/s；試驗(yàn)溫度：室溫。

圖4 某型機(jī)駕駛艙窗戶鳥(niǎo)撞數(shù)值仿真示意圖

圖5 某型機(jī)駕駛艙窗戶鳥(niǎo)撞試驗(yàn)與數(shù)值仿真對(duì)比圖

仿真結(jié)果：試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值仿真結(jié)果符合性很好。

仿真能夠較好地模擬完整的變形情況；

以往經(jīng)驗(yàn)提供了應(yīng)變等級(jí)和應(yīng)變帶模型；

應(yīng)力邊界得以很好的驗(yàn)證；

關(guān)于鳥(niǎo)撞損傷數(shù)值模擬的驗(yàn)證方法得到了確認(rèn)。

6.2.2 機(jī)翼

某型機(jī)機(jī)翼地面試驗(yàn)設(shè)備及數(shù)值仿真試驗(yàn)示意如圖6所示。地面試驗(yàn)與仿真試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

試驗(yàn)條件：

前緣半徑：600 mm；

曲面厚度：4 mm；

沖擊速度：138.8 m/s。

圖6 某型機(jī)機(jī)翼地面試驗(yàn)設(shè)備及數(shù)值仿真試驗(yàn)示意

圖7 某型機(jī)機(jī)翼鳥(niǎo)撞試驗(yàn)與數(shù)值仿真對(duì)比圖

仿真結(jié)果：試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值仿真結(jié)果符合性很好。

7 結(jié)論

本文以滿足鳥(niǎo)撞適航規(guī)章要求為目的，對(duì)運(yùn)輸類飛機(jī)鳥(niǎo)撞損傷設(shè)計(jì)要求、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)程序、試驗(yàn)項(xiàng)目等方面進(jìn)行分析研究，總結(jié)了鳥(niǎo)撞損傷適航性設(shè)計(jì)和符合性驗(yàn)證過(guò)程中應(yīng)完成的工作。同時(shí)圍繞某型機(jī)鳥(niǎo)撞工程案例開(kāi)展分析研究工作，為國(guó)內(nèi)運(yùn)輸類飛機(jī)鳥(niǎo)撞適航符合性驗(yàn)證工作提供了技術(shù)參考。