CN106965944A - 一种喷气式飞机进气道多级缓冲防鸟撞罩的方法 - Google Patents

Abstract

一种喷气式飞机进气道多级缓冲防鸟撞罩的方法。现有技术全是飞机场周边环境防护型。全世界年发生万余次鸟撞事件。特别是喷气式飞机，航空防鸟撞目前为世界难题。本技术方案是主体防护型，在喷气式飞机进气道前附加可更新的、多级缓冲的防鸟撞罩；能将鸟撞的作用力时间由千分秒级延长到百分、数十分秒级；能防止飞鸟整体及残体进入进气道口；能保证在极限高速冲高时不影响飞机的吸气量；能减轻其在高速气流中产生的各种阻力；能减轻其在高速气流中产生的哨声。

Description

一种喷气式飞机进气道多级缓冲防鸟撞罩的方法

技术领域

航空。

背景技术

现有技术完全是“环境防护型”，即飞机起降周边环境抠鸟技术；“主体防护型”为前贤所却步、成为忌区。特别是喷气式飞机，航空防鸟撞至今仍是世界难题。

1、从2015年12月17日东海舰队军机进气道被绿头鸭撞而失事，引起本方案的创新发明。

2、全世界的航空防鸟撞现有技术，都是“环境抠鸟”方式。这种现有技术仍存在很大局限，全世界航空每年发生一万多次鸟撞，我国每年也发生二千多次。

3、现有技术的局限性： 、空间范围受限，离机场远、高效果差，有些大型鸟常在9000米高空飞翔；、有些飞鸟在被抠赶时会惊懵飞反了方向，进入禁飞区；、“1”已证明，夜间高空仍有飞鸟；、如“1”所证明，喷气式飞机的“软肋”是“进气道”。

4、航空防鸟撞之前被“却步”的领域——飞机主体防鸟撞。就喷气式飞机而言，根据测算数据，按航速8000公里/小时计，一只绿头鸭撞机的动能可达六、七万焦耳！不管该鸭是整体撞入进气道，还是被分隔成小块进入进气道，对飞机都是致命的，这很可能是本领域先贤们知难而退、望之却步之所在，因为，飞机设计师本应首先想到主体防鸟撞，只是经努力无果而己。

发明内容

本技术方案。

一、本方案是迎着前贤所却步、成为禁忌区而来的。

本方案是在喷气式飞机的吸气道前附加创新式“防鸟撞罩”，以多级复合式地缓冲等方法，破解鸟撞防护这一世界难题。

本技术方案的前设任务。

1、“防鸟撞罩”首先要能很大程度地缓冲飞鸟对飞机的即时作用力，将鸟撞的作用力时间由千分秒级延长到百分、数十分秒级。

2、“防鸟撞罩”同时还要防止飞鸟整体及残体进入吸气道口。

3、“防鸟撞罩”保证在极限冲高速度时不影响飞机的吸气量。

4、“防鸟撞罩”尽量减轻其在高速气流中产生的各种阻力对机体的影响。

5、“防鸟撞罩”尽量减轻其在高速气流中产生的哨声。

6、“防鸟撞罩”是附件，易于更新。

本方法方案的技术特征及其功能。

1、A型“防鸟撞罩”的技术特征及其功能。

利用多级缓冲技术方法，延长撞鸟对飞机的作用力（做功）时间、缓冲附件变形吸能。若作用力时间延长100倍，则撞鸟对飞机的即时动能相应地缩小100倍；“防鸟撞罩”的前沿器件复合式地多级地变形吸能，减缓正面冲击能量；尽管做功不变，但对飞机机体的破坏力，大大地降低了，降低到可控范围以内，比如由千分秒级延长到百分、数十分秒级。

1）、“防鸟撞罩”由若干根骨架组成。

该骨架是由以下特征组成的多级的复合结构，并组合为一个附加在飞机进气道（口）上的、伸出进气口相当距离的、圆柱状的、内外和高低排列相间的、双层“罩式”结构（附图3）。

“防鸟撞罩”之所以要“伸出”进气道口相当距离，作用是，万一进气道口正前方被体大的、多个的鸟体堵住（大面积、多个骨架外金属壳“凹陷”为扁平状），尽管高速气流被线性引出进气道口外，但由于涡轮机前方的涡轮片有从外吸气、向内压气的功能，所以空气还可从“防鸟撞罩”旁侧被吸入，也就是不致发动机停车。其实，飞机的涡轮机还备有侧面进气道口，不会因部分气流受堵而停车（附图3）。

“防鸟撞罩”之所以要用“圆柱状”结构，是因为，飞鸟相对于飞机，它的飞行速度可被乎视而认为是静止的，也就是鸟撞的力的方向与飞机飞行方向垂直。若“防鸟撞罩”的侧面是斜式，也就是骨架外金属壳斜着受力，则骨架外金属壳就不容易被压凹陷，以至造成鸟体被分割成小块而进入进气道口。

2）、“防鸟撞罩”的每根骨架外廓表面，呈流线型，其圆弧抛物面朝外。

其圆弧抛物面朝外的作用是：一、使气流分流而减小阻力，尽量不使气流外溢；二、当发生鸟撞时，骨架与鸟的接触面积尽量大，不致鸟体被分割，以利整体鸟被扎贴在凹变的金属外壳处，不致鸟体进入进气道口（祥见以下说明）（附图1之 C）。

3）、“防鸟撞罩”由多根骨架组成的圆柱状的“罩式”结构，是内外两层，其内层的内腔净直径，大于进气道口，在接近进气道口以外形成流线型向内倾的斜环形面，以保证在罩前方遭鸟撞、正前方部分迎风面被被堵时，迎取正前方气流，不影响其进气量，还能保证飞机在极限速度冲高时的进气量（附图3之A、B、C）。

增大其内腔净直径的目的是弥补可能因“防鸟撞罩”阻挡而带来的进气量损失。其实，保障进气量不是一个难题，如：进气道口现有技术就有“调节进气量”装置，还有侧向进气道，也就是已增加了保险系数；“防鸟撞罩”的每根骨架外表面，呈流线型，高速气流从其表面掠过并向内吸收，基本无外溢；如新造飞机，便有新措施（附图1之 G）。

其内腔净直径大出的数据，要根据具体进气道口型号推算，比如要考虑最大鸟体撞机后若干根骨架前端凹陷后形成的正向阻气面积。还要经本领域一般技术人员通过风洞试验取得。

4）、“防鸟撞罩”的每根骨架，迎气流的前、外侧，是封闭的、韧性好的片合金页料做成的“流体菱形金属外壳”（附图1之C）。

用“流体菱形结构”，作用是便于在遭鸟撞时，该金属外壳由于有两侧的折角，很容易被挤压成扁平的凹陷，有利于鸟体整体被扎贴（见以下“6”）在该凹陷处，由于高速气流快速带走鸟体的水份，鸟体会很快干粘在该凹陷处，当然不会进入进气道口了。

之所以用“封闭式”韧性好的金属壳，是为了该金属外壳在遭鸟撞时，虽变形但不致破漏，致使该壳腔内的碎物（参以下“4”）进入进气口。

更重要的是，该金属外壳在遭鸟撞时，该外壳在凹陷变形的过程中，延长了鸟撞外力的作用时间，起到缓冲作用，将撞击能转化为变形能，大大地缓解了鸟撞对“防鸟撞罩”的破坏力。

该金属外壳的材质，用韧性强的合金；其厚度，是其在飞机高速飞行时空气压力下不致达到屈服强度，也就是飞机极限空速时该金属外壳经得住气压，不变形；再附加的外力，如附加“鸟撞”的外力（这时要取小形鸟在起飞时的低速飞行时小形鸟遭撞的数值）时，其金属外壳才变形——这时稍大点的厚度，是理论接近的厚度。

在工业实践中，要在本领域一般技术人员，在多次“风洞实验”中，或者用弹射炮，得到实用数据。

5）、“防鸟撞罩”的每根骨架，其“流体菱形金属外壳”内装满薄金属空心球，该空心球的直径以小于骨架上钢钉间距四倍以上为宜（图1之E）。

之所以用空心球，是因其受压易变形，并缩小体积，不仅起到延缓外来力的作用时间，起到缓冲吸能减压作用，而且因其体积适时缩小，不仅使骨架外金属外壳提前扁平凹陷，“兜住”鸟体，而且不致金属外壳破裂，使内部球体等进入进气道口。

之所以用金属空心球，是因金属韧性好，不易碎化而外溢，并因其变形后凹凸不平，相邻变形的空心球容易勾结在一起，再加上“6”的塑料粉末熔结作用，能确保残物不进入进气道口。

该空心金属球为有缺陷的不均匀体，易于受力变形，其强度当然必须从风洞试验或弹射炮实验求得。

6）、“防鸟撞罩”的每根骨架，其“流体菱形金属外壳”内除了装满薄金属空心球外，在球与球之间的空隙间，还填充满具有遇热熔结的塑料粉末（图1之F）。

填充遇热熔结的塑料粉末，用途有二，一是若遭鸟撞，骨架外金属壳内的金属空心球受压变形，并瞬间产生热能，这种热能会熔化该塑料粉末，并把相邻变形的金属球粘结在一起，杜绝其飞入进气道口；二是起消声作用。骨架及其外金属壳是渐变的异型结构，本来就有消声作用，再加上内部不同固有频率的金属空心球、塑料粉末等，各种不同震频的相互吸能，起到消声作用。

7）、“防鸟撞罩”的每根骨架，其与“流体菱形金属外壳”之间，有若干折成“V”形的、排列起来的、“V”上部开口宽度小于“流体菱形金属外壳”宽度的托板（图1之B、图2之C）。

该“V”形托板是用合金条板折成，合金条板的宽度略小于最小飞鸟的体宽。把该托板分成并列的小个体，其作用是：只有鸟撞之处，其下的托板才可能、才容易受力变形，起到缓冲、凹陷兜鸟体作用。

该托板作用至少有二，一：限制“流体菱形金属外壳”遭鸟撞凹陷的程度，不致形成“反凹”的状况；二、该托板也有弹性，能起到进一步缓冲的作用。

8）、“防鸟撞罩”的每根骨架，其前方均匀地分布着指向前方的钢钉、外侧均匀地分布着指向斜前方的钢钉，钢钉的长度，以藏在“流体菱形金属外壳”内为度（图1之D、图2之B）。

该钢钉的作用，是当“流体菱形金属外壳”遭鸟撞而“凹陷”时，该钢钉刺穿“流体菱形金属外壳”，扎住鸟体，使之不被滑入进气道口。由于在高速气流中，鸟体中水分迅速被带走，粘糊的鸟尸会很快粘结在钢钉和凹陷处。

9）、“防鸟撞罩”的每根骨架，其下、内侧材料由强度高、纫性好的合金做成（图1之A、图2之D）。

该骨架内侧为强度大的合金做成，其形越往内越薄、越往前越宽，其外沿廓为前平侧直的“7”字形，其内沿为上弧下直的流线形的“T”形，越往上“T”形越长（图2之D）。

该骨架的形状特征，保障了在气流阻力极小的状态下，同时具有足够的抗压强度，该骨架是防鸟撞罩钢性的、承受外力支撑体。

该骨架的形状特征，同时还有弹性，该弹性也是鸟撞的缓冲因素之一。

该骨架依现有技术，应能找到满意的材质，所以尽量是骨架为单独式排列，骨架与骨架之间不再连接。其作用是一根或数根骨架遭鸟撞时，骨架容易产生弹性，起到进一步缓冲作用；即使主骨架发生变形，内侧薄片发生扭曲，主骨架歪倾，由于鸟体已被捉拿、粘结、限制，不会被停车；再者，若骨架之间加连接件，必然是与气流平行的薄片状，这种薄片，却阻挡了遭鸟撞时（正前方受堵）侧面的进气，所以骨架之间不能连接。

10）、“防鸟撞罩”的每根骨架，“防鸟撞罩”的每一根骨架的侧视图，其外廓线为前端弧平、侧面较气流线接近平行，前端与侧面如“7”形 ，有明显的“肩部”；其内廓线则为前弧后直的一条平滑斜弧线（图2）。

该骨架前端平弧，骨架外的“流体菱形金属外壳”，基本与气流垂直，如遭鸟撞，容易凹陷变平，并被钢钉扎拿。骨架侧面几乎撞不上飞鸟；其内廓线则为一条平滑的斜弧线，是增加其钢度（图2）。

11）、“防鸟撞罩”的每根骨架，其横截面，由根部到尖部，是由宽短逐步到窄长的变化过程，正前方最薄最宽（图2）。

骨架前方与气流垂直，但薄而宽，力矩大，承压性能高。

骨架型体不规则，各处固有频率不同，有消声作用。

骨架的流线型结构，空气阻挡作用小。

12）、“防鸟撞罩”的所有骨架，其排列方式是：侧面一外一内相间排列；正前方一高一低相间排列。也就是，骨架由内外两层错落构成；从正前方投影式看，二骨架之间相距很小，其距离小于最小的飞 鸟鸟体（图3）。

“防鸟撞罩”正前方内外两层骨架，其排列规律为：一、正前方的圆形面，可将其分成“N”个角的正多边形，连接圆心到正多边形的每个角，就将该圆面平分成相同的“N”部分；二、在每一部分内，从正前方看，骨架排列是左右镜象地、高低相间地、投影不重叠式地排列着长。其作用是：在高速气流中，尽量保持应力平衡，不发生风扇式涡旋应力。

“防鸟撞罩”虽然与空气接触面积大、且形体复杂，但在高速气流中，“防鸟撞罩”对飞机机体应力方向一致、影响不大。其原因是：相对于高速行进的飞机，空气可看作是静止的，不论飞机如何变换飞行姿态，气流方向永远与飞行方向垂直，也就是，“防鸟撞罩”只能给飞机附加一点点正面阻力和自重负荷，而不会带来侧向应力。

由于正前方骨架是一高一低相间排列，又由于流线型体在高速气流中，气流被分流（变宽），滑过弧部后，会自然地又合在一起（变窄），这种自然规律，使得“防鸟撞罩”外圈的骨架所迎接的气流，几乎全部通过并进人罩内，并不被内圈的骨架阻挡。同理，内圈的正前方气流，也不受外圈骨架影响，顺利地通过“防鸟撞罩”，进入进气道口（图1之G）。

但从“防鸟撞罩”的正前方“投影”看，内外两圈的骨架，骨架与骨架间隙很小、均匀分布的。而这种投影均匀分布的结构，使或大或小的飞鸟，都不能“漏罩”（图3）。

13）、“防鸟撞罩”的每根骨架，都是可更新的附。

每根骨架可随时更新，确保了“防鸟撞罩”的实用性。

14）、如果因材料强度限制，所有骨架可以在不妨碍气流通畅前提下，连接成一个整体或分成若干组。

这是在经风洞试验后，或者用弹射炮弹试验，找不到合适材质情况下，采用的措施。这种结构，骨架之间的连接件应是与气流平行的、流线型的薄片。

（0066）由于骨架之间连接件必然是片状的，为保障罩侧面透气量，所以，“防鸟撞罩”要伸长，且连接件要靠前一些。

2、B型“防鸟撞罩”的技术特征及其功能。

本型“防鸟撞罩”的骨架技术特征及其功能绝大部分与A型相同，不同处在骨架的基部。

1）、B型“防鸟撞罩”的形状是圆柱状。

2）、B型“防鸟撞罩”的各根骨架，作间隔式的一长一短、一外一内式排列，前端结构与功能同“A”型。

3）、B型 “防鸟撞罩”的各根骨架，分为均等的若干组，每组根座部连接为一个整体。

4）、每组根基部连接为一个整体，该“整体”是一个异形“活塞”，可上下滑行于与之匹配的缸筒内；该“活塞”有与之匹配的“缸筒”，其作用是在遭鸟撞时，利用气压和弹簧，起缓冲作用。

5）、该“活塞”之下有“弹簧”装置，该弹簧的抗压强度大于飞机正常高速航行时，“防鸟撞罩”组件所受的气压压力，而小于中等鸟体即时撞机时骨架前端缓冲变形后的动量。其实用数据应从风洞实验或弹力炮实验中取得。其作用是在遭鸟撞时，起到多级缓冲中最后一级缓冲作用。

6）、在没有发生鸟撞时，整体异型活塞下的弹簧，在飞机高速飞行中，稳定地支撑着“防鸟撞罩”。

7）、与“缸桶”连通的是朝飞行方向开口的“吃风口”；作用是，飞机高速飞行时，“吃风口”吃进的气压，将“防鸟撞罩”推向前方，当遭鸟接时，该“活塞”下、“缸桶”内的高压气体是良好的缓冲剂（图4之E）。

8）、向进气道口倾斜的、进气道口外的环状吃气面。作用是补充可能因防鸟撞罩影响而引起的涡轮机进气量（图4之F。为更清楚地表示“倾斜”之意，图中不画出该倾斜面与骨架结合的、复杂的透视效果线条）。

9）、每组骨架基座，即“缸桶”、“吃风口”的基部，是固定在涡轮发动机进气口周边基座上。作用是便于更新（图4之G）。

三、条理本方法方案能解决的任务标的。

1、“防鸟撞罩”通过多级缓冲，能很大程度地缓冲飞鸟对飞机的即时施加的能量，能将鸟撞的作用力时间由千分秒级延长到百分、数十分秒级。

如“三”所分述，由“流体菱形金属外壳”、“V”型合金托板、“金属空心球”、“可熔结性塑料粉末”、骨架弹力、“气体弹力”、“气缸下弹簧”等多级的、复合的缓冲技术手段，能够很大程度地延长鸟撞的外力作用时间，将该鸟撞作用力时间数十、成百倍地延长，数十、成百倍地将鸟撞动能转化为“变形能”、“热能”，以致实现“防鸟撞罩”能承受的程度。

2、“防鸟撞罩”同时还能防止飞鸟整体及残体进入吸气道口。

如“三”所分述，由“流体菱形金属外壳”及其壳内的、均匀分布在骨架上的钢钉，当遭鸟撞时，“流体菱形金属外壳“防鸟撞罩”保证不影响飞机吸气量；”凹陷变平，托住鸟体；钢钉穿透金属外壳，扎拿住鸟尸，使鸟尸干粘在钢钉和凹陷的金属外壳上。因此，杜绝了鸟尸体进入进气道口的可能。

3、“防鸟撞罩”能够保证在极限冲高速度时不影响飞机的吸气量。

如“三”之“1”、“3”、“12”所述，该“防鸟撞罩”的骨架朝气流方向是流线型、相邻骨架是一高一低和一内一外、“防鸟撞罩”内腔直径大于进气道口，其内腔与进气道口相接处为向内倾斜、罩体伸出适当长度等技术手段，并阐明其原理。这几种符合自然规律的手段集合的方法，己能确保不会影响飞机的吸气量。

4、“防鸟撞罩”能够尽量减轻其在高速气流中产生的各种阻力对机体的影响。

如“三”之“12”所述，相对于高速飞行的机体，空气是静止的，不管飞机作任何动作，气流方向永远垂直于飞机行进方向，也就是，“防鸟撞罩”只能给飞机附加一点点正面阻力和自重负荷，而不会带来侧向应力。

5、“防鸟撞罩”能够减轻其在高速气流中产生的哨声。

如“三”之“6”、“11”等所述，由于“防鸟撞罩”骨架是渐变的不规则形状、是由“金属外壳”、“金属空心球”、“钢钉”、“塑料粉末”等不同固有频率的物质复合组成，各自的震动能又相互吸收，所以“防鸟撞罩”在高速气流中的哨声有限，其所发哨声大大地被飞机己有噪声所淹没。

6、“防鸟撞罩”是附件，易于更新。

这一任务或技术特征，很容易实现，有很强的工业实用性。

说明书示意附图

示意附图1：A型“防鸟撞罩”骨架前端横切面示意图。

A）、主骨架的钢性支撑体。

B）、主骨架与金属外壳之间的“V”型合金托板。

C）、主骨架前 / 外方的流体菱型金属外壳。

D）、金属外壳内的指向正前方 / 斜前方的钢钉。

E）、空心金属球。

F）、空心球间隙的能遇热熔结的塑料粉末。

G）、飞机航行期间的高速气流轨迹示意图。

示意附图2：A型“防鸟撞罩”骨架侧面图和与之对照的横切面图。

A）、金属外壳。

B）、金属外壳内的指向正前方 / 斜前方的钢钉。

C）、主骨架与金属外壳之间的“V”型合金托板。

D）、、主骨架的钢性支撑体。

示意附图3：A型“防鸟撞罩”骨架安装匹配示意图。

A）、外层骨架匹配示意图。

B）、内层骨架匹配示意图。

C）、直径小于“A”、“B”的、向里倾斜的涡轮机进气道口。

D）、安装“防鸟撞罩”骨架的基座。

示意附图4：B型“防鸟撞罩”之骨架活塞风洞组件。

A）、“防鸟撞罩”的一组骨架。

B）、“防鸟撞罩”一组骨架集合为一体的、“异型缸筒”内的“异型活塞”。

C）、与“异型活塞”匹配的“异型缸桶”。

D）、“异型活塞”下方的弹簧。

E）、迎着飞行方向的吃风口。

F）、向进气道口倾斜的、进气道口外的环状吃气面。（为更清楚地表示“倾斜”之意，图中不画出该倾斜面与骨架结合的、复杂的透视效果线条。）

G）、骨架组件利用气压起缓冲作用的吃风口洞道兼与进气道口周边作可更新式固定的基座。

Claims (5)

1.一种喷气式飞机进气道多级缓冲防鸟撞罩的方法，其特征是：防鸟撞罩由若干“7”字形骨架组成圆柱形透气罩；该骨架的排列方式是间隔式的一外一内、一高一低的两层；该骨架内层内腔的直径大于飞 机进气道，在接近进气道口形成流线型向内倾的斜面；该每一骨架前端由流体菱形金属外壳、V型托板组成；该流体菱形金属外壳内部有指向前方的钢钉、装满金属空心球和遇热熔结的塑末；该骨架的下、内方为钢性强的合金做成；该骨架基座可为各个插入式，也可为若干根为一组、每组根基部为一整体的风洞活塞气压缓冲式。

2.根据权利要求1，请求保护多级缓冲防鸟撞罩的圆柱状、间隔双层式排列方法，其特征是：该圆柱状伸出进气口相当距离，该罩骨架外侧面平行于气流方向，前面垂直于气流方向，间隔式地一外一内、一高一低地排成双层，该双层骨架投影不重叠式地排列，两层骨架的相邻两个骨架，投影距离比小鸟体还小。

3.根据权利要求1，请求保护骨架前端由流体菱形金属外壳、V型托板组成的方法，其特征是：每根骨架外廓表面，呈流线型，其圆弧抛物面朝外，该金属外壳是由封闭式、韧性强的合金页做成，其横截面形状是流体菱形，内部焊结、分布着指向正前方的钢钉，内部还装满了金属空心球，该空心球的直径以小于骨架上钢钉间距四倍以上为宜；该空心金属球之间隙还装有遇热可熔结的塑末；该金属外壳之下、内方与钢性骨架之间，有若干个排列着的V型金属托板。

4.根据权利要求1，请求保护骨架的下、内方为强度高、韧性好的合金做成的方法，其特征是：该骨架钢性强的部分为该罩体的承受外力支撑休，其骨架侧视图：外廓为前平侧直的“7”字形、内廓为上弧下直的流线形；其横切面为外厚内薄的“T”形，越往上“T”形越长。

5.根据权利要求1，请求保护每组骨架根基部为一整体的风洞活塞气压缓冲式方法，其特征是：把间隔式地一外一内、一高一低的两层骨架分成均等的若干组，每组骨架的正前方排列是左右镜像，每组的根基部为一整体，该整体是异形活塞，可上下滑行于与之匹配的缸筒内，该整体是异形活塞，其下方有与之匹配的弹簧；与其缸筒相连通的是开口朝正前方的吃风口；每组骨架为一整体，可更新式地固定在飞机进气道口周边。