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利用飞机红色涂装及闪烁灯光防止鸟击的研究

 2015-05-13 来源:民航资源网 作者:张庆霄 朱磊  [投稿排行榜]
2015-05-13 14:59:30

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      如何避免飞机与飞鸟相撞,始终是个“世界级难题”,目前大部分措施基本都是如何进行驱鸟。本文从实际现象出发,根据鸟类的视觉特点,提出了采取整机喷涂红色和提高机载闪烁灯光频率的办法,使得鸟类比原先更早的发现飞机并进行躲避,从而减少鸟击事件的发生。希望能在目前已有的各种鸟击防治的基础上,进一步降低鸟击对民航业的危害。

      鸟击是指鸟类与飞行中的航空器、高速运行的列车、汽车等发生碰撞,造成伤害的事件。由于飞机在空中飞行并且飞行速度快,航空器鸟击事件无论是从发生的数量上还是造成的危害上都显得异常突出。据权威统计,全世界每年大约发生1万次鸟撞飞机事件,轻者让飞机不能正常飞行,被迫紧急降落;重者机毁人亡,酿成重大灾难。在中国由于鸟击原因造成的事故征候已占事故征候总数的1/3,在美国由于鸟击造成的经济损失每年高达6亿美元;自1988年以来,由于鸟击引起的坠机事故已经造成超过190人死亡。鸟击已然成为威胁航空安全的重要因素之一,国际航空联合会已把鸟害升级为“A”类航空灾难。如何避免飞机与飞鸟相撞,始终是个“世界级难题”。目前,使用的鸟击防治办法有语音驱鸟、煤气炮吓鸟、敲锣赶鸟、设网拦鸟等等,但这些都不能从根本上解决问题。

      那么,能否转变思路,从如何驱鸟的思维定势中跳出,转而想办法让鸟类尽早发现航空器并主动避开航空器呢?笔者审核本公司的TLB记录时发现一个现象,即本公司机队中2架整机喷涂红色油漆的飞机鸟击次数明显少于其它飞机,几乎为0。由此想到我们是否可以通过改变飞机的涂装来减少鸟击?

      一、飞机涂装与鸟击次数的关系

      本文所用的数据来自吉祥航空机队的真实TLB记录,飞机起落数取自公司

      FOC系统(不包括训练起落),样本飞机是吉祥航空2014年之前引进的所有飞机(不包括已退租的两架A319飞机),时间跨度从开航到2014年12月31日。吉祥航空机队飞机涂装主要以白色为主,2013年6月B-6298飞机进行喷漆工作,采用红色的整机喷涂方案,2013年11月21日引进的B-1808飞机也是整机红色的喷涂方案。表1是以白色为基本色的样本飞机在统计期内鸟击次数和起落数的统计表,表2是统计期内两架整机红色飞机鸟击次数和起落数统计表。统计期内,以白色为基本色的样本飞机共计33架,总起落数236681,总共遭遇鸟击约229次,鸟击千次率为0.97,平均每1034个起落遭遇1次鸟击。整机红色涂装的飞机共有2架,分别是B-1808和B-6298(从2013年6月13日开始),统计期内两架飞机总起落数4561,没有遭遇过鸟击,鸟击千次率为0。对比表1和表2中的B-6298飞机可以发现,该飞机改变涂装之前的鸟击千次率为1,改变涂装之后鸟击千次率为0。由此给我们的启示是飞机整机采用红色的涂装有可能可以减少鸟击次数。

      二、科学依据

      通过改变飞机涂装来减少鸟击的设想,主要是希望通过把飞机喷涂成鸟类敏感且恐惧的颜色或图形,使得在保持飞机正常飞行的情况下,鸟类能更早的发现飞机并自动避开飞机,这样即使不能完全避免与飞机相撞,只要能避开飞机的雷达罩、风挡、发动机等关键部位,即可大大降低对飞行安全的危害,也能减少航空公司的经济损失。这一设想并非凭空想象,而是有一定科学依据的。

      1)视细胞与三原色

      视细胞亦称“光感受细胞”,位于视网膜内,能把光刺激转变成神经冲动的细胞。人类和大多数脊椎动物的视细胞有视杆细胞和视锥细胞两种,视杆细胞在光线较暗时活动,有较高的光敏度,但不能作精细的空间分辨,且不参与色觉。在较明亮的环境中以视锥细胞为主,它能提供色觉以及精细视觉。

      颜色视觉是一种复杂的物理-心理现象,颜色的不同,主要是不同波长的光线作用于视网膜后在大脑引起的主观印象。19世纪初,Young(1809)和Helmholtz(1824)提出了视觉的三原色学说,设想在视网膜中存在着分别对红、绿、蓝的光线特别敏感的三种视锥细胞或相应的三种感光色素,并且设想当光谱上的波和介于这三者之间的光线作用于视网膜时,这些光线可对敏感波长与之相近两种视锥细胞或感光色素起不同程度的刺激作用,于是在中枢引起介于此二原色之间的其他颜色的感觉。20世纪70年代以来,随着实验技术的进步,关于视网膜中有三种对不同波长光线特别敏感的视锥细胞的假说,已经被许多出色的实验所证实,即视网膜上确实存在分别对红、绿、蓝的光线特别敏感的3种视锥细胞或相应的3种感光色素。

      2)鸟类的视觉特点

      鸟类视网膜与其它脊椎动物的视网膜相似,也有视杆细胞和视锥细胞,夜间活动的鸟类的视网膜视杆细胞居优势,而白昼活动的鸟类视网膜的光感受器几乎全为视锥细胞。人类的视锥细胞有3 种光敏色素,鸟类眼睛除了具有对红、绿、蓝光敏感的视锥细胞,还具有对紫外线敏感的视锥细胞,因此大多数鸟类是四色视觉。

      鸟类对运动有很高的敏感度。对运动不能分辨时的频率叫做“闪烁融合频率,”人只能分辨低于60赫兹的序列性运动画像,这一频率称作“临界闪烁融合频率”;频率高于60赫兹,像融在一起,造成持续运动的幻觉,这就是电影的原理。鸟类闪烁融合频率较高,许多鸟类能分辨高于100赫兹的运动,这意味着鸟类很容易看清以60赫兹振荡的荧光灯的单次闪烁[1]。有研究表明鸟类的行为频率随着光照闪烁频率的变快而升高,闪烁频率为5 次/秒的光照下鸟类异常行为频率是不闪烁灯光的近5 倍[2]。

      3)鸟类对不同波长单色光的反应

      大多数鸟类是四色视觉,对红光、绿光、蓝光以及紫外线敏感,然而,鸟类对各种单色光的反应是不同的。研究表明,在可见光范围,红色光对实验鸟类的影响最大,相同条件下,受红光照射的鸟类的绝大多数异常动作频率均高于其余单色光[2],并且始终无法安静[3]。科学家在研究鸟类如何进行定向时发现,鸟儿在433nm的蓝光和565nm的绿光下定向准确,但是在630nm的红光下失去了定向能力(这时的活动性并没有减弱,与在白光下的相同),可以说红光对鸟类是有害的。综合以上两点推断:红光会让鸟类感到不适。这很可能就是现实中,大多数鸟类害怕红色的原因。

      三、利用鸟类自身的特点防止鸟击

      利用鸟类自身的特点主要是利用鸟类对红光和运动物体敏感的视觉特点,把飞机变成鸟类更容易发现的物体,使得鸟类能发现飞机的距离变远,这样与飞机的撞击点就会向外移,从而减少鸟击,表现为飞机雷达罩、风挡等中部区域的鸟击事件会减少。

      1)光线好的白天,利用鸟类对红色敏感、害怕的特点,采用把飞机整机喷涂成红色的方法来减少鸟击。

      根据前面的论述,大多数鸟类对红光敏感,并且反应强烈,假如红光会让鸟类感到不适的推断成立,那么就可以解释为什么大多数鸟类会害怕红色。对于绝大多数动物来说,遇到害怕的物体时,本能的反应就是尽早躲避。另外红光的波长长,穿透力强,与其他颜色的光相比红光不容易被散射,即使空气能见度比较低,也容易被看见。这样对于整机红色的飞机,鸟类就有可能提前发现并进行躲避,从而减少鸟击的概率,这就解释了吉祥航空机队中两架整机全红的飞机鸟击千次率为什么会远低于其它飞机。因此,把飞机整机喷涂成红色是有可能可以减少鸟击的。

      2)黑夜或者能见度差的天气,利用鸟类对运动敏感的特点,采用提高飞机机载闪烁灯光的频率来减少鸟击。

      根据前面的论述,在黑夜,由于光线不足,采用整机喷涂红色的方法无法起作用,这时我们可以利用鸟类对运动敏感的特点,采用提高飞机闪烁灯光的频率来减少鸟击。我们知道飞机的防撞灯采用的正是红光,不过闪烁频率较低,目前A320飞机防撞灯的闪烁频率约为1赫兹,频率较低,如果在鸟击高发阶段把防撞灯的闪烁频率提高到合适数值,就有可能使鸟类比原先更早的发现飞机并采取躲避动作,从而减少鸟击。当然,该办法同样也适用于白天,如果同时增加翼尖频闪灯的频率,效果可能会更好。

      3)效果评估

      把上述两种方法结合起来,那么无论是白天还是黑夜都可以减少一定数量的鸟击,突出表现是飞机正面中心区域的鸟击事件减少。按照中国民航局统计的数据,2014年中国民航总共报告鸟击699起,其中雷达罩鸟击100起、风挡鸟击42起,如果上述方法有效,那么粗略估计可以减少鸟击142起,占总鸟击数的20%。

      实际上,这里说的鸟击点外移不仅是沿Y轴向左右两侧移还包括沿Z轴向上下移,因此该办法对整架飞机减少鸟击都是有效的,也就是说实际减少的鸟击数占比可能大大超过20%。

      四、总结

      本文从实际数据出发,根据鸟类的视觉特点,提出了采取整机喷涂红色和提高机载闪烁灯光的频率的办法,使得鸟类比原先更早的发现飞机并进行躲避,从而减少鸟击事件的发生,希望能在目前已有的各种鸟击防治措施的基础上,进一步降低鸟击对民航业的危害。

      本文主要是提供一种思路,具体应该选取何种红色以及哪个数值的闪烁频率效果最好、紫外线是否有用还有待实验进行确认。另外还可以从鸟类的天敌入手采取措施,比如采用3D喷涂,使飞机的视觉效果像一只雄鹰,或者在机场附近布置些老鹰的模型。

      本文旨在抛砖引玉,希望能够对鸟击防治研究提供方法参考及成果借鉴。

      参考文献

      [1]Jerry A. Waldvogel*(著).艾阳(译).鸟类的视觉[J],世界科学,1993年4月

      [2]马剑,刘博,刘刚,王洪珍,人工光照对迁徙类鸣禽行为影响个案实验研究[J],照明工程学报,2010年6月

      [3]李媛,不同波长单色光对红喉歌鹤行为的影响[J],天津大学,2011年12月

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