資料圖：飛機撞鳥試驗漫畫。

　　不久前，海南航空公司HU7863航班遭遇驚險一幕，在飛行過程中，飛機雷達罩遭鳥類撞擊。所幸飛機在合肥新橋機場安全著陸，沒有造成人員傷亡。事后，海航取消了該飛機執飛的其他航班，對雷達罩進行檢修。

　　雖然飛機有著“鐵鳥”之稱，但在空中高速飛行時撞上一只飛鳥，還是非常危險的，因此每架飛機起飛之前，機場都會進行專門的驅鳥工作。盡管如此，飛機鳥撞事故仍時有發生。

　　由于鳥撞事故給飛機帶來的危害越來越大，鳥撞問題已經成為飛機設計中必須考慮的重要內容之一。在飛機設計中， 國外早在上世紀70年代就貫徹了抗鳥撞設計標準，我國近年來先后制定了各種關于鳥撞擊的軍標、航標和規范。在民機研制必須遵守的安全性適航規范CCAR25部中，就有3個條款對鳥撞提出了要求。在本期專題中，我們將通過ARJ21-700飛機的鳥撞試驗，走進這個對大家來說有點陌生的領域。

　　ARJ21-700飛機是國內第一次嚴格按照CCAR25部進行設計的民用客機，能否順利通過適航驗證是其研制是否成功的標志，也是ARJ21-700飛機投入市場運營的通行證。

　　按照CCAR25部的要求，鳥撞適航驗證工作是民用客機整體適航驗證工作的一個重要組成部分，其結果直接關系到整型飛機能否取得適航證，也就是說，鳥撞驗證不成功，ARJ21-700飛機就無法通過適航驗證，投入運營更無從談起。

　　由于缺乏相關設計及驗證經驗等原因，ARJ21-700飛機鳥撞適航驗證工作走過了一段異常曲折的道路。

　　鳥撞初探

　　從失敗中找尋方法 出現問題一一歸零

　　2009年12月30日，ARJ21-700飛機進行了第一次鳥撞研發試驗——機頭座艙蓋上壁板鳥撞研發試驗，試驗結果鳥體穿透結構進入駕駛艙，大大超出了原來的預料，這給飛機設計人員提出了一個全新的、無技術積累的、非常棘手的命題：結構不能滿足抗鳥撞要求!

　　如何才能設計出能夠滿足抗鳥撞要求的結構呢?最直接的方法是“結構設計-試驗-重新設計-再試驗”，但是，我們的周期和經費都絕不允許。

　　由于國內首次嚴格按照適航標準開展民機鳥撞適航驗證，ARJ21飛機面臨的所有問題都是全新的內容，包括對條款的理解、所需的驗證手段、采用的分析方法、試驗如何開展、評判標準如何制定等等都要從零開始，全新制定，完全沒有成熟的方法和流程可以借鑒。

　　僅以計算分析方法為例，由于國內飛機結構鳥撞動力學仿真分析起步較晚，目前已有的計算分析大多局限于簡單板結構，對于復雜結構系統完全沒有相關經驗可以借鑒。但是顯而易見，ARJ21-700飛機結構形式非常復雜、影響鳥撞動力學分析結果的因素非常之多，包括不同的結構形式、不同材料、不同連接形式、接觸參數、摩擦系數、失效準則等等。這些因素相互作用，互相影響使得鳥撞動力學仿真分析異常復雜。

　　面臨巨大的技術難題和挑戰，中國商用飛機有限責任公司(Commercial Aircraft Corporation of China,Ltd.，簡稱“中國商飛”)相關部門和上海飛機設計研究院立刻著手進行困難分析，制定攻關策略，進行人員調配等一系列行之有效的方法。

　　我們成立了鳥撞IPT團隊，包括強度、總體、結構、系統、四性等多個專業成員。正是IPT團隊的存在才使得各專業協調效率大大提高，節約了大量時間，加快了進度。

　　公司領導及院領導都高度重視這一問題，給設計人員提供了很多咨詢和調研機會，使得設計人員可以向國內外有經驗的公司、單位學習。通過多方學習，加快了專業能力的提升，為快速有效的解決鳥撞問題奠定了堅實的基礎。

　　公司和院領導積極幫助尋求各個方面的支持和合作，為鳥撞適航取證的開展提供了另一個新思路。從機頭鳥撞與清華大學開展的合作，到垂尾鳥撞與美國ASC公司的合作，這些合作也為鳥撞問題的解決開拓了思路，提供了支持。

　　根據飛機取證實際周期要求，公司領導采取實事求是的態度果斷決定對于平尾和垂尾這類鳥撞問題可以“先用保守方案通過適航驗證，然后再進行減重優化”的原則，這大大加速了鳥撞驗證的步伐。

　　從機頭到平尾前緣，從機翼到垂尾，為了獲取準確的鳥撞仿真分析結果，團隊在兩總系統的指揮下開展了大量的研發試驗，反復修正分析方法，逐步摸索出一套工程可用的、合理的鳥撞動力學仿真分析方法，并得到了適航當局的高度認可。

　　盡管ARJ21-700飛機鳥撞驗證工作周期十分緊張，但公司決不放松質量關。針對整個分析、試驗、適航過程中出現的任何問題都嚴格控制、層層把關;對不同階段設置評審節點、對出現的問題一一歸零。

　　多次試驗

　　機體強度經受住考驗 國內首創民機“強度設計”概念

　　2010年6月26日至10月20日，ARJ21-700飛機機頭4次試驗在西安飛機強度研究所的103試驗廠房里陸續完成，為ARJ21-700飛機后續鳥撞適航驗證工作的順利開展奠定了基礎。

　　2011年5月31日至6月17日，ARJ21-700飛機機翼鳥撞的三次驗證順利完成。

　　2011年8月29日、30日， ARJ21-700飛機平尾鳥撞的兩次適航驗證試驗順利完成。

　　2011年10月30日，伴隨著ARJ21-700飛機垂尾鳥撞第二點適航驗證試驗的圓滿成功，ARJ21-700飛機垂尾鳥撞適航驗證試驗全部通過適航驗證!

　　ARJ21-700飛機鳥撞適航驗證工作在一系列的捷報頻傳中落下帷幕。在整個攻關過程中，研發中心不畏艱難，克服了人員嚴重不足、技術儲備嚴重不足等多方面困難，在公司領導的指揮下，在院兩總系統的帶領下，不分白天黑夜加班加點，逐步深入研究，積極探索，從最初的舉步維艱到目前取得了決定性勝利，經歷了一個完整的科學探索的歷程。

　　目前，ARJ21-700飛機鳥撞適航驗證工作已經順利完成。概括下來，通過ARJ21-700飛機鳥撞分析與適航驗證工作，走通了一條民機鳥撞適航驗證的工作流程，填補了國內空白;形成了一套鳥撞動力學仿真分析核心技術;開創了民機設計中多專業聯合工作的新模式(IPT團隊);首次實現了民機設計過程中真正意義上的“強度設計”的概念。

　　取得成果

　　提出“三結合抗鳥撞”思想 對后續機型具有指導意義

　　ARJ21-700飛機鳥撞分析與適航驗證工作的完成，填補了我國民機制造業相關領域的空白，對C919飛機及后續機型的抗鳥撞設計工作具有直接指導意義，對我國大飛機研制及其他相關行業的發展具有重大意義。

　　針對CCAR25部抗鳥撞設計的相關要求，我們提出了綜合考慮結構設計和系統設計相結合的安全性分析與適航驗證思想(結構安全與系統安全相結合、總體布置與評判標準相結合、研發試驗與分析修正相結合的“三結合抗鳥撞”設計思想);制訂了機頭、機翼、平尾、垂尾等各個部件的抗鳥撞合格判據;針對不同的部位和結構形式特點，總結整理出了飛機抗鳥撞設計原則。這在國內尚屬首創，應用該驗證思想成功完成了ARJ21-700飛機的抗鳥撞適航驗證工作，得到了局方的認可和批準。

　　我們建立了一套完整的運輸類飛機抗鳥撞設計、分析、試驗技術體系，制訂了相應的抗鳥撞適航符合性驗證流程。該體系根據適航條款總體要求，制定了運輸類飛機從設備合理布置-初步鳥撞分析-研發試驗修正-結構設計更改-適航選點分析-適航驗證試驗-符合性分析說明的抗鳥撞設計及適航驗證流程。該體系流程已成功應用于ARJ21-700飛機鳥撞適航驗證工作中并得到了局方的認可，填補了國內在該領域的空白，在國內飛行器結構動力學領域具有突破意義。

　　我們提出了一套與試驗驗證相結合的鳥撞分析方法，包括鳥撞建模原則、鳥撞仿真分析技術、剩余強度和安全性評估準則等。開展了大量的鳥撞研發試驗，并利用其結果反復修正仿真分析方法(包括建模方法、分析參數等)，最終建立了一套經試驗驗證的、能夠較好的模擬真實鳥體撞擊過程的建模方法和動力學仿真分析方法，是飛行器結構動力學理論在國內航空實際工程應用的一次突破。

　　該方法得到了適航當局的認可，并直接應用于ARJ21飛機的抗鳥撞適航驗證工作中，發現了ARJ21-700飛機不能滿足設計要求的薄弱部位，并依托仿真結果制訂出了合理的結構更改方案;通過對不同部件各部位大量的對比分析，確定了有限幾個典型位置作為飛機最終適航驗證試驗的位置，大大減少了試驗件數量和試驗次數，從而大幅度節約了設計成本，縮短了型號研制周期，具有很大的經濟效益和社會效益。

　　我們提出了一套鳥撞研發和驗證試驗的方法，包括試驗規劃、試驗方案、試驗點位選取原則及適航監控程序，制訂了運輸類飛機鳥撞適航試驗評判原則。根據適航條款要求，在國內首次制定了一套完整的運輸類飛機鳥撞適航試驗評判原則和體系，并得到了局方的高度認可。依托準確的鳥撞動力學仿真分析方法及適航試驗評判體系選取了ARJ21-700飛機的鳥撞適航驗證試驗點，并完善提高了國內鳥撞試驗技術。(中國商用飛機有限責任公司網站 作者為中國商飛上飛院研究員、副主任設計師)

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