鸡炮

鸡炮chicken gun)或飞行撞击模拟器flight impact simulator)是一种大口径压缩空气炮,通过向飞机零部件发射鸟类尸体,来模拟飞机在飞行过程中遭遇的高速鸟击事件。喷气式发动机和飞机挡风玻璃极易受到此类撞击的损坏,因此也是这类测试中最常见的目标对象。尽管在飞机的各项测试与认证中会使用多种鸟类,但这种设备却得到了一个通俗的名称——“鸡炮”,这是因为鸡在市场上最容易获取,从而成为了最常用的测试弹药。

背景
鸟击对飞行器的飞行安全构成重大隐患,尤其是在飞机起飞和降落阶段。此时机组人员的工作负荷最大,且一旦发生潜在的坠地撞击,几乎没有时间进行补救。喷气式飞机与鸟类相撞时的相对速度通常非常高,往往可达左右,从而产生巨大的动能传递。如果鸟类撞击飞机挡风玻璃,可能会导致玻璃被击穿或碎裂,进而使机组人员受伤或丧失视野。在高空飞行时,此类事件甚至可能引发机舱失控减压。此外,若鸟类被吸入喷气式发动机,可能会折断发动机的压气机叶片,从而引发灾难性的破坏。

为了防范鸟击,人们采取了多种措施。例如在机场使用驱鸟系统以防止鸟类聚集;利用猛禽或枪支来控制鸟类数量;以及近年来开始使用的,该系统能够追踪鸟群并向飞行员及空中交通管制员发出预警。

尽管如此,鸟击的风险还是无法彻底消除。因此,大多数政府适航认证机构,如美国联邦航空管理局和欧洲航空安全局都要求,作为飞机的一部分,航空发动机和机身必须具备一定程度的抗鸟击能力。通常而言,发动机在遭受规定尺寸的鸟类撞击后,不应发生(即发动机发生内部旋转部件击穿壳体飞出的事件);同时,飞机机身遭受鸟击后,也不应妨碍其“继续安全飞行并正常着陆”。

历史
史上有记录的第一门“鸡炮”于1942年由与西屋电气制造公司合作研制。该设备建在西屋公司位于匹兹堡的高功率实验室,最高能以的速度发射鸟类尸体,不过大多数测试的实际炮口初速在左右。这门炮以压缩空气作为推进动力,通过压缩机将空气储存在中,直到达到所需的压力。发射时,操作员会触发一个电动速放阀,将压缩空气瞬间释放到炮管中,由此推动鸟类尸体撞向被测试物体。通过调节蓄压器内储存的压力,就可以实现不同的炮口初速。

利用这门炮进行的测试属于同类测试中的首次。测试结果表明,像道格拉斯DC-3这类常见客机的挡风玻璃在鸟击面前极其脆弱:重仅 的鸟,在时速仅的撞击下就能将玻璃面板彻底击穿。随后的测试进一步证明,由玻璃与聚氯乙烯交替层压制成的夹层玻璃面板,其抗冲击能力要强得多。。20世纪50年代中期,英国的德·哈维兰飞机公司也独立研发出了类似的鸡炮。1961年,英国皇家航空研究院建造了一门鸡炮;随后在1967年,加拿大国家研究委员会机械工程部以该设计为基础,在渥太华机场旁建造了一门气动炮,并将其命名为“飞行撞击模拟设施”。这门炮一直频繁使用到2016年,随后被捐赠给加拿大航空航天博物馆,并由两门更现代化的炮所取代。新一代的炮采用了模块化炮管设计,能够更轻松地适应不同尺寸的鸟类测试。20世纪70年代,研发了一种新型鸡炮,它利用陶瓷将压缩空气密封在后部,并使用硬纸板制成的弹托来固定和稳定鸟类尸体。发射时,一根撞针会刺破膜片使高压空气瞬间释放,将“弹药”推入炮管。炮口处的一个金属环会挡住弹托,但允许鸟类尸体顺利飞出炮管。

1972年,美国空军在建造了S-3弹道靶,专门用来测试军用飞机的座舱盖和风挡。和以前的“鸡炮”一样,S-3也是靠压缩空气来发射弹丸的。后来,这门炮还参与了多款美军战机的研发和认证工作,包括F-4、F-111以及A-10等。直到2007年,这一设备依然在服役。

用于飞机认证
鸡炮通常用于验证产品是否符合认证法规。鉴于其复杂性以及操作所需的专业知识,飞机制造商通常会与一家拥有鸡炮操作资质的机构签订合同,委托其进行测试,以符合特定标准。在测试时,待测零部件会被牢固地安装在支架上,随后鸡炮向该部件发射一只“假鸟”,最后再检验测试结果是否符合相关标准。大多数测试中,炮膛内的气压会被加压至约,在这一压力下,一只重的“假鸟”能以约的速度发射出去,这个速度基本等同于现实中飞鸟与飞机发生碰撞时的相对速度。然而,一些工程师对此表达了担忧,他们认为人造假鸟由于没有骨骼,无法准确模拟真实鸟击中所产生的作用力。还有些人甚至指出,测试中常用的农场饲养的鸟类同样缺乏代表性,因为它们的肌肉组织密度较低。

显著用途
在20世纪70年代波音757的研发过程中,工程师们对这款客机驾驶舱顶部进行了一项鸟击测试:将一只重的鸡以的速度射向静止的驾驶舱。令波音工程师们大为震惊的是,这只鸡竟然直接击穿了飞机的蒙皮。因此,波音757以及采用相同设计的波音767的驾驶舱不得不进行结构加固。当时已有数架767已经投入运营,它们不得不被召回以进行加固改装。在757后续的测试中,工程师们再次用鸡炮对飞机舷窗进行了鸟击测试。当时,英国民用航空管理局的适航认证要求比美国联邦航空管理局更为严格,要求窗户周围的金属结构也必须能承受住鸟击。结果757再次未能通过测试,不得不重新进行工程设计。

2003年“哥伦比亚”号航天飞机灾难发生后,阿诺德工程与研制综合机构S-3弹道鸡炮被赋予了新的用途:用来测试航天飞机轨道器和外挂燃料箱的各种部件抵御隔热泡沫撞击的能力。这样做的目的是查明灾难的确切原因,并评估是否需要对航天飞机进行任何改装。

中国商飞C919在开发末期验证过程中记录以专用炮将半小时内死于勒毙,外观无伤疤无溢血的鸡以设定速度打到被测试部位,并全程以高速摄像机进行跟踪。而这项技术也被用于民用无人机的测试中。

在流行文化中
在加拿大喜剧节目《》中,有一个保留的搞笑小品:节目组会架起一门鸡炮,把各种物品(早期是一只橡胶假鸡)发射到知名人士(通常是政客)的照片上。

注释
参考

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