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【科技在線】

與飛機碰撞的世界性難題對比,西北工業大學教授李玉龍經過幾年的鉆研,最近提出了新的設計理念,取得了鳥碰撞研究行業創新的重大突破。

年12月17日,中國海軍東海艦隊的飛機在訓練中發生飛行事故,飛機墜毀,船員立即跳傘,事故中沒有人員傷亡。 消息公布后,受到了社會各方面的關注。

調查結果表明,事故真相是戰斗機墜毀是因為空在事故中受到了鳥的撞擊。 在此次事件中,事故發動機進氣道內壁存在長約80厘米、寬約10厘米的噴射狀血跡,在內部葉片上發現多處軟組織殘留痕跡。

據鑒定,判斷發動機葉片損傷是由鳥的碰撞引起的,碰撞的是體重1~1.3公斤左右的成年鴨子。

鳥的碰撞是世界性的難題

為什么重量最多只有幾公斤,飛行速度比較慢的小鳥,會對那架巨大得多的飛機造成這么大的傷害?

我們說的鳥撞飛機,實際上是飛機撞鳥,問題的根源是飛機運行中的高速,而不是鳥自身的質量。

根據動量定理,0.45公里的鳥撞上時速800公里的飛機時,7公里的大鳥會撞上時速960公里的153公里的飛機,沖擊力達到144噸。

高速運動使鳥的破壞力驚人,足以用一只麻雀摧毀著陸時飛機的引擎。 鳥類的生物學特征決定了不作為速度而是作為是否能飛離距離的評價基準,但由于飛機的高速化,反應來不及,成為了犯人和犧牲者。

鳥的碰撞是目前世界性的難題。 據國際航空空協會統計,1912年以來,鳥撞至少造成63架民航空機事故的軍用飛機速度較快,鳥撞危害更為嚴重,1950年以來文獻記載的重大事故超過353起,為數不多。 從1992年到2008年,我國軍用飛機因鳥撞造成20起嚴重飛行事故、58起飛行事故征象和210起飛行問題,18架飛機墜毀,12名飛行員遇難。

多次以飛機致人死亡空慘烈血淋淋的事實警告我們,防止飛機鳥撞必須列入人類科學研究的重大課題。

面對頻發的鳥撞事故,目前常用的處理方法是滅鼠,常用的有空氣炮、錄音滅鼠、捕獵猛禽、仿生機器人等。 通過積極驅除鳥類,飛機相撞事故的發生大幅減少,但百密一疏,根本無法處理問題。

除了驅除鳥,第二個方法是給飛機本身設計抗鳥撞擊的設計。

抗鳥撞飛機的設計在國際上一般使用兩種理念。 一個是堅硬的碰撞,通過改善飛機的材料,提高強度來應對鳥碰撞帶來的巨大沖擊力。 但是,該方法對材料要求高,必須重量輕,強度高,受材料技術和價格的限制。

二是使用吸能材料。 就像海綿吸水一樣,機體的材料吸附沖擊力,防止飛機的結構受到損失。 該方法目前在汽車上的應用非常普遍,但對飛機上應用的研發和推廣程度也很困難。

鳥撞的原理來源于大禹比堵車生疏

與這個世界性難題對比,西北工業大學的李玉龍教授團隊創新地提出了新的設計理念。 其理念的核心是疏導能源而不是對抗能源。 正如大禹治水一樣,堵車是下策,疏導是好方法。 李玉龍教授形象地說。

事實上,從禹疏優于堵車的理念中得到了啟發,球隊不僅僅是改變強度和材料,而是考慮通過改善機體結構來應對鳥撞。

李教授做了如下說明。 鳥做了軟件,在高速撞擊的過程中,表現出液態,就像水碰到木板一樣。 既然是這樣的流體,我們就可以更合理地引導它。

李玉龍教授

以尾翼為例,這里需要保護的是主梁,因為它的背后附有重要的設備、設備。 李教授和團隊在尾翼上內置了三角形蒙皮,用與活鳥同等質量的硅模塊以644km/h的速度進行了沖擊試驗。 尾翼受到沖擊后,表皮變形為葉片一樣的利器,通過使沖擊物飛濺,分散沖擊產生的動能,確保機體的健全性。

困難的是,現有的研究很少考慮這一立場。 李教授說,另一個難點是,在增加結構的基礎上,機翼原有的重量是無法改變的。 否則,機體整體的氣體動力學結構將發生變化。 需要減輕機翼其他部分的重量,且提高強度。

從理論到應用的實現,需要進行一系列的實驗驗證。 實驗不僅可以驗證理論,很多實驗數據也可以進一步修改和豐富理論。 李教授說,很多時候,實驗的結果和理論預想有很大的偏差,乍一看很簡單的原理背后,是整個團隊夜晚的延續、持續多年的摸索速度、結構上的某處微妙變化,結果大不相同。 小組陸續提出了一些安排,但都存在一定的問題。

為了進一步加快研究開發效率和實驗成功率,小組使用了模擬實驗和現實實驗相結合的方法。 經過多年反復驗證,小組模擬的結果終于與實際實驗基本一致! 進一步驗證了李教授提出的理念的可行性和比較有效性。

年夏天,李教授團隊開發的強化結構已經通過了美國專利認證,今年將取得法國專利。 而且該技術已經應用于許多軍用、民用飛機,取得了非常好的效果,其中包括我國的大型飛機c919。

據李教授介紹,事實上,鳥撞的研究行業不僅限于飛機,在高鐵和汽車高速運行的環境下,如何防止鳥和高處落石等日常交通手段也是該行業的研究拷貝。

鳥撞實驗系統已經應用

除了機翼,飛機上另一個易受鳥撞的災區是飛機引擎,鳥撞事故的30%~40%由引擎發生。

對比發動機結構,十幾年來,李教授團隊投入大量能量在實驗和實踐中,開發了鳥撞發動機的實驗設備,目前已經得到了很好的應用。

在與國內航空空相關公司的合作中,團隊研制的鳥撞地面實驗設備鳥撞防止空空氣炮,適航精度達到1.5%~2% (常規水平為3% ),保證了子彈發射精度準確。 目前,空空氣炮已經在國內許多航空空實驗室使用。

無論是抗鳥撞擊的結構,還是炮彈,都需要依靠嚴密的測試方法和設備,以及大量的實驗數據。 靜態實驗比較容易,但在沖擊狀態下,屈服應力、流動應力、破壞應力等材料的結構特性發生較大變化。 如何進行材料的動態力學性能測試是處理鳥撞問題的重要因素。 這正是李玉龍隊的另一張照片。 是高變形速度、高溫環境下的力學性能測試。 目前相關設備出口到美國、澳大利亞等國家。

據悉,加固結構已經在arj21-700飛機上得到驗證,目前處于適航要求的模擬階段。 如果成功,將從主機中減去10.5kg公斤的重量。

采訪結束時得知,球隊的下一個目標是將機翼的耐沖擊力提高到1.8公斤,尾翼則提高到3.6公斤。 也就是說,對抗鳥撞的條件要求更高,更苛刻。

標題:“古人靈感:“飛機撞鳥”世界性難題新突破”

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