Установка для имитации столкновений птиц с самолетами

Введение

Устройство для имитации столкновений птиц с воздушными судами

Пневматическая пушка (или симулятор имитации удара в полете) – это пушка большого диаметра, работающая на сжатом воздухе и используемая для запуска туш птиц в компоненты воздушного судна с целью имитации высокоскоростных столкновений с птицами во время полета. Реактивные двигатели и ветровые стекла самолетов особенно уязвимы к повреждениям от таких столкновений и являются наиболее распространенными объектами для таких испытаний. Хотя при испытаниях и сертификации самолетов используются различные виды птиц, устройство получило распространенное название "куриная пушка", поскольку куры являются наиболее часто используемым "снарядом" благодаря их доступности.

Контекст

Удар птиц представляет значительную опасность для безопасности полетов, особенно во время взлета и посадки, когда рабочая нагрузка экипажа максимальна и остается мало времени для восстановления перед возможным столкновением с землей. Скорости при столкновении реактивного самолета с птицей могут быть очень высокими, что часто приводит к значительному переносу кинетической энергии. Птица, ударившаяся в ветровое стекло самолета, может пробить или разбить его, травмируя экипаж или ухудшая их видимость. На больших высотах подобное событие может вызвать неконтролируемую декомпрессию. Попадание птицы в реактивный двигатель может сломать лопатки компрессора, что потенциально приведет к катастрофическим повреждениям. Для предотвращения ударов птиц используются различные меры, такие как отпугивающие системы в аэропортах, препятствующие скоплению птиц, контроль популяции с использованием хищных птиц или огнестрельного оружия, а также, в последнее время, системы радиолокационного обнаружения птиц, отслеживающие стаи и предупреждающие пилотов и авиадиспетчеров. Несмотря на это, риск ударов птиц невозможно полностью исключить, поэтому большинство государственных органов по сертификации, таких как Федеральное управление гражданской авиации США и Европейское агентство по безопасности полетов, требуют, чтобы двигатели и фюзеляжи самолетов были устойчивы к ударам птиц в определенной степени как часть процесса сертификации летной годности. Как правило, двигатель не должен испытывать неконтролируемый отказ (событие, при котором вращающиеся детали выбрасываются из корпуса двигателя) после столкновения с птицей соответствующего размера, а удар птицы по фюзеляжу самолета не должен препятствовать "продолжению безопасного полета и нормальной посадке".

История

Первый зарегистрированный куриный пистолет был построен в 1942 году Управлением гражданской авиации США в сотрудничестве с Westinghouse Electric and Manufacturing Company. Созданный в лаборатории Westinghouse High Power в Питтсбурге, он был способен запускать тушки птиц со скоростью до , хотя большинство испытаний проводились при начальной скорости около . Пистолет использовал сжатый воздух в качестве метательного заряда, компрессор накачивал воздух в аккумулятор до достижения необходимого давления. Для выстрела оператор активировал открытие электрического быстродействующего клапана, сбрасывая сжатый воздух в ствол. Различные начальные скорости достигались путем изменения давления, накопленного в аккумуляторе. Проведенные с помощью этого пистолета испытания были первыми в своем роде и показали, что стекло, используемое в лобовых стеклах обычных пассажирских самолетов, таких как Douglas DC-3, чрезвычайно уязвимо к ударам птиц; панели пробивались насквозь птицей, летящей со скоростью всего . Последующие испытания показали, что ламинированные панели, состоящие из стекла, чередующегося с поливинилхлоридом, были гораздо более устойчивыми. до момента вывода из эксплуатации в 1947 году. Аналогичный пистолет был независимо разработан компанией De Havilland Aircraft Company в Великобритании в середине 1950-х годов. В 1961 году Королевский авиационный институт Великобритании построил куриный пистолет, а в 1967 году Отдел механической инженерии Национального исследовательского совета Канады использовал конструкцию Королевского авиационного института в качестве основы для своего "Установки имитации удара в полете" – пневматического пистолета, расположенного рядом с аэропортом Оттавы. Этот пистолет оставался в активном использовании до 2016 года, после чего был пожертвован Канадскому музею авиации и космоса и заменен парой более современных установок. Новые установки позволяют легче использовать птиц разных размеров благодаря модульному стволу. В 1970-х годах компания Goodyear Aerospace разработала куриный пистолет, который накапливал сжатый воздух за керамической мембраной и использовал картонный досылатель для центрирования и стабилизации курицы. При выстреле игла пробивала мембрану, разрушая уплотнение и позволяя воздуху толкать снаряд по стволу. Металлическое кольцо на дульном срезе останавливало досылатель, но позволяло курице покинуть ствол. В 1972 году ВВС США построили полигон AEDC Ballistic Range S-3 на территории Arnold Engineering Development Complex для испытания фонарей кабины и лобовых стекол военных самолетов. Как и предыдущие куриные пистолеты, S-3 использовал сжатый воздух для запуска снарядов. Позже пистолет использовался при разработке и сертификации нескольких американских военных самолетов, включая F-4, F-111 и A-10. орудие оставалось в эксплуатации.

The first recorded chicken gun was built in 1942 by the US Civil Aeronautics Administration in collaboration with the Westinghouse Electric and Manufacturing Company. Built at Westinghouse's High Power Laboratory in Pittsburgh, it was capable of firing bird carcasses at up to , although most tests were conducted with muzzle velocities around The gun used compressed air as its propellant, with a compressor storing air into an accumulator until the desired pressure was reached. To fire the gun, an operator triggered the opening of an electric quick release valve, dumping the compressed air into the barrel. Different muzzle velocities were achieved by varying the pressure stored in the accumulator. The tests conducted with this gun were the first of their kind, and showed that the glass used in the windshields of common passenger aircraft such as the Douglas DC 3 was extremely vulnerable to bird strikes; panels were penetrated completely by a bird traveling at only Subsequent testing showed that laminate panels made of glass interleaved with polyvinyl chloride were far more resistant. before being retired at some point in 1947. A similar gun was independently developed by the De Havilland Aircraft Company in the United Kingdom in the mid 1950s. The UK's Royal Aircraft Establishment built a chicken gun in 1961, and in 1967 the Canadian National Research Council's Division of Mechanical Engineering used the RAE's design as a basis for their "Flight Impact Simulator Facility", a pneumatic gun based next to Ottawa airport. This gun remained in frequent use until 2016, at which point it was donated to the Canada Aviation and Space Museum and replaced by a pair of more modern guns. The replacements can accommodate different sized birds more easily through the use of a modular barrel. In the 1970s, Goodyear Aerospace developed a chicken gun that stored compressed air behind a ceramic diaphragm and used a cardboard sabot to center and stabilize the chicken. When fired, a needle struck the diaphragm, rupturing the seal and allowing the air to propel the projectile down the barrel. A metal ring on the muzzle stopped the sabot, but allowed the chicken to escape the barrel. The United States Air Force built the AEDC Ballistic Range S 3 at Arnold Engineering Development Complex in 1972 to test the canopies and windshields of military aircraft. Like previous chicken guns, S 3 used compressed air to launch its projectiles. The gun was later used in the development and certification of multiple US military aircraft, including the F 4, F 111 and A 10. the gun was still in operation.

Использование в сертификации воздушных судов

Куриные пушки регулярно используются в процессе подтверждения соответствия требованиям сертификации. Ввиду их сложности и требуемой квалификации для работы с ними, производитель воздушных судов, как правило, заключает контракт с предприятием, располагающим такой пушкой, для проведения испытаний по заданному стандарту. Испытываемый компонент надежно крепится к раме, пушка выстреливает в него птицей, а результаты анализируются на соответствие применимым нормам. Большинство испытаний проводятся с давлением в пушке около [значение], что приводит к запуску птицы со скоростью примерно [значение], близкой к скорости при реальном столкновении птицы с воздушным судном. Однако некоторые инженеры выражают опасения, что испытания с искусственными птицами неточно воспроизводят силы, действующие при реальных ударах птиц, поскольку в аналогах отсутствуют кости. Некоторые считают, что даже птицы, выращенные на фермах и обычно используемые в испытаниях, не являются адекватным представителем, из-за меньшей плотности их мышечной ткани.

Примечательные применения

Во время разработки Boeing 757 в 1970-х годах крыша кабины пилотов была подвергнута испытанию на удар птицей, в ходе которого курицу выстрелили в неподвижную кабину. К удивлению инженеров Boeing, курица пробила обшивку самолета. В результате кабины 757 и 767, имевшей ту же конструкцию, пришлось усилить. Несколько 767 уже находились в эксплуатации, и их отозвали для установки дополнительных элементов усиления. Позже, в процессе разработки 757, было проведено испытание на удар птицей по окнам самолета, снова с использованием выстрела курицы. В то время требования к сертификации Управления гражданской авиации Великобритании были строже, чем у FAA, и требовали, чтобы металл вокруг окон также выдерживал удар птицей. 757 не прошел это испытание, что потребовало дальнейшей доработки конструкции. После катастрофы космического шаттла "Колумбия" в 2003 году, установка для запуска птиц на полигоне AEDC Ballistic Range S 3 была переоборудована для проверки устойчивости различных компонентов орбитального аппарата шаттла и топливных баков к ударам изоляционной пены. Целью было установить точную причину катастрофы и определить, необходимы ли какие-либо модификации шаттла.

В популярной культуре

В комедийном сериале "Royal Canadian Air Farce" есть постоянный скетч, в котором "куриная пушка" используется, чтобы выстреливать различными предметами, изначально, в том числе резиновой курицей, в портрет известного человека, часто политика.