天線罩鳥擊衝擊試驗

鳥擊等異常事件隨時可能發生。當飛機遭遇鳥類或異物撞擊時，必須遵循適當的檢查流程，以確保飛機在下次飛行前仍適航。

雷達罩是符合空氣動力學設計、耐候性極佳的外殼，用於保護雷達天線。它採用的材料製成，能夠最大程度地降低雷達發射和接收無線電波的干擾。所有商用飛機上的雷達罩均採用複合夾層結構，即蜂巢芯夾在內蒙皮和外蒙皮之間。

鳥擊或其他異物可能會導致夾層複合材料結構變形，然後恢復原狀，對外部幾乎沒有損壞，但內部可能會造成嚴重損壞。實際使用經驗表明，雖然機頭罩的外部通常留下的撞擊痕跡很小，但蜂窩芯可能會受損，機頭罩內部在撞擊點附近可能會破碎。

如果地面未偵測到鳥擊損傷，受損區域將經歷數次飛行循環。蜂巢狀結構和分離表面之間的空氣往往會隨著每次飛行而膨脹，在高空低環境氣壓的作用下，形成一個氣泡。如果未偵測到損傷，根據損傷的大小和位置，它可能會幹擾氣象雷達天線的移動，並觸發氣象雷達警報。

鳥擊對航空安全構成重大威脅，尤其是在起飛、降落和低空飛行期間。在此類事故中，最容易受損的飛機部件之一是機頭罩，它是容納雷達天線的氣動防風雨外殼，通常位於飛機機頭。機頭罩的設計能夠承受高速氣流和環境衝擊，但它們對鳥擊的高能量衝擊的抵抗力並不強。

雷達罩是一種結構性非金屬外殼，用於保護雷達和其他敏感電子設備。雷達罩通常由玻璃纖維或碳纖維增強聚合物等先進複合材料製成，必須平衡三個關鍵特性：

• 電磁透明性：允許雷達訊號無失真地通過。
• 空氣動力學設計：提供平穩的氣流並減少阻力。
• 結構完整性：抵抗環境和操作壓力。

由於機頭位於機頭，機頭罩往往是鳥擊的第一個接觸點。鳥擊對機頭罩的影響包括：

• 結構損壞：當鳥類高速撞擊機鼻雷達罩時，能量傳遞可能造成：
  • 機罩外殼破裂或穿孔
  • 複合材料的分層或纖維斷裂
  • 完全穿透暴露的雷達系統
• 雷達系統故障：雷達罩損壞可能會影響雷達的運作：
  • 表面變形導致訊號衰減或反射
  • 不要讓水或碎片污染物進入雷達艙。
  • 造成電子元件短路或斷電
• 空氣力學性能下降：受損的機鼻雷達罩會改變氣流特性，導致阻力增加、燃油效率降低，嚴重時會導致控制不穩定。
• 安全和運作風險：危及雷達罩的鳥擊可能導致：
  • 改道或緊急降落
  • 飛機停飛進行檢查和維修
  • 在惡劣條件下，如果空中或地形雷達發生故障，就會失去態勢感知能力

高速軍用飛機由於撞擊時動能較大，尤其容易受到攻擊。有些機鼻雷達罩故障會導致任務中止，並帶來昂貴的維修費用。

作為美國聯邦航空管理局 (FAA) 和其他監管機構認證的一部分，雷達罩需要進行抗鳥擊測試。模擬鳥擊測試（使用特定質量和速度的明膠彈丸）旨在評估：

• 抗衝擊性
• 材料性能
• 碰撞後雷達功能

航空業採用多種策略來降低機頭罩鳥擊風險：

• 材料創新：正在開發抗衝擊複合材料，並在機罩外殼內使用能量吸收層。
• 設計最佳化：改進的幾何形狀用於偏轉鳥類，而不是吸收直接衝擊。此外，還採用了改進的黏合技術，以防止分層。
• 鳥擊預防系統：在機場安裝基於雷達的鳥類偵測系統，並實施棲地管理，以減少跑道附近的鳥類數量。
• 檢查和維護：定期對機翼天線罩進行目視和非破壞性檢查，並分析飛行數據以標記潛在的撞擊事件。

雷達罩鳥擊測試涉及模擬高速鳥擊雷達罩結構，以評估其耐久性、故障模式和持續雷達功能。這些測試對於民用和軍用航空的監管認證和安全保障至關重要。主要使用的測試方法包括：

• 模擬鳥擊試驗（鳥擊測試）：這是測試機頭罩抗鳥擊性能最直接、最簡單的方法。使用氣槍或壓縮空氣砲將模擬鳥（通常是明膠彈丸）發射到機頭罩上。典型的鳥擊重量在0,45至1,8公斤之間，取決於飛機類型和飛行階段（起飛、爬升、巡航）。適合作戰條件的撞擊速度通常為200至400節。

基於這些測試的標準如下：

• FAA 14 CFR 第 25.775 部分（適用於運輸飛機）
• MIL-STD-3038（適用於軍用飛機）
• RTCA DO-160 第 23 節（環境條件和測試程序）

這些測試的評估標準如下：

• 撞擊後機罩的結構完整性
• 無穿孔或過度損壞
• 雷達系統的持續功能
• 機頭罩未與機身分離

• 材料特性和失效分析：此測試評估機罩複合材料在高應變率和動態載荷下的性能。這些測試採用以下技術：
  • 動態力學分析
  • 斷裂表面的掃描電子顯微鏡
  • 高速攝影機分析偵測衝擊過程中的分層、纖維拉出或穿透
  • 確定故障模式：分層、開裂、纖維斷裂

在評估過程中，識別分層、開裂和纖維斷裂等故障模式並對材料進行比較。

• 衝擊後無損檢測：此類檢測旨在檢測表面不可見的內部損傷或分層。檢測技術包括超音波檢測、熱成像、剪切射線照相和X射線照相等。
• 有限元素建模與模擬：此類測試的目的是在物理測試之前對機罩結構中的鳥擊行為進行建模和預測。主要應用包括模擬鳥擊動力學、優化機罩幾何形狀和複合材料佈局，以及減少對多個物理原型的需求。
• 環境和老化測試：本測試旨在評估機載雷達罩在風化和衝擊條件下的性能。測試內容包括熱循環、紫外線照射和濕氣侵入測試。衝擊測試旨在評估老化對抗鳥撞性能的影響。

因此，鳥擊雷達罩是野生動物危害和飛機系統脆弱性之間的關鍵交匯點。雖然此類事件的發生頻率相對較低，但其後果可能非常嚴重，無論是在經濟上還是在營運上。材料科學、雷達技術和野生動物管理方面的持續進步對於提高雷達罩的韌性，並確保在自然空中威脅下持續飛行安全至關重要。

我們多年來透過廣泛的測試、測量、分析和評估活動，為各行各業的企業提供支援。我們擁有一支強大的團隊，密切關注全球科技發展，並不斷提升自我。此外，我們也為企業提供機載雷達罩鳥擊測試服務。