Zderzenia statków powietrznych z ptakami

POLITECHNIKA RZESZOWSKA
im. Ignacego Łukasiewicza
Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa
Katedra Awioniki i Sterowania
ZDERZENIA STATKÓW POWIETRZNYCH Z PTAKAMI
Paweł NALEPA
Seminarium Dyplomowe 2001/2002
LOTNICTWO – PILOTAŻ
Streszczenie
Problem zderzeń statków powietrznych z ptakami towarzyszy lotnictwu od samego początku. W wyniku wzrostu
prędkości samolotów i liczby operacji lotniczych ptaki stały się poważnym problemem dla lotnictwa. Oprócz
ofiar wśród ludzi przynoszą one spore straty finansowe; największe w lotnictwie wojskowym ze względu na
duże prędkości z jakimi poruszają się samoloty. Aby zminimalizować problem, firmy lotnicze powołały do życia
liczne organizacje wyspecjalizowane w badaniu problemu. Jedną z nich jest Komitet ds. Zderzeń Statków
Powietrznych z Ptakami działający pod auspicjami Międzynarodowej Organizacji Lotnictwa Cywilnego. Tego
typu organizacje prowadzą badania mające na celu poznanie zachowań ptaków, które pozwolą na opracowanie
metod odstraszania ptaków i odpowiednie planowanie lotów.
1. Wstęp
Kolizje z ptakami towarzyszą lotnictwu od początków jego istnienia. Pierwsza oficjalna wzmianka o tego
rodzaju zdarzeniu pochodzi z roku 1912 z Long Beach w Kaliforni; samolot Calbraighta Rogers’a zderzył się z
mewą, w wyniku czego samolot uderzył o powierzchnię
wody, a pilot utonął. W początkowym okresie, gdy
intensywność lotów była niewielka, a samoloty osiągały
niewielkie prędkości, kolizje z ptakami nie stwarzały
istotnego zagrożenia. Dlatego ignorowano je i nie
prowadzono ich rejestracji. Wraz z rozwojem lotnictwa rosła
ilość lotów i prędkość samolotów, co wiązało się z rosnącą
liczbą wypadków lotniczych, w których swój udział miały
ptaki. Szczególnie wprowadzenie samolotów o napędzie
odrzutowym wpłynęło na pogorszenie wskaźników
bezpieczeństwa, gdyż ptaki są szczególnie groźne dla tego
rodzaju silników. Dodatkowym czynnikiem zwiększającym
możliwość zderzenia samolotu z ptakami jest coraz mniejsza
Photo 1. Calbraith Rogers – the first victim
hałaśliwość silników lotniczych; ptaki mają mniejszą
of bird strikes. Photo courtesy National Air
możliwość zauważenia zagrożenia i uniknięcia kolizji. Od
and Space Museum, Smithsonian Institution.
roku 1960, wskutek zderzenia z ptakami, około 400
samolotów uległo katastrofom, w których zginęło 370 osób.
Najbardziej wrażliwe na uszkodzenia wywołane przez ptaki są samoloty wojskowe jednosilnikowe poruszające
się z dużymi prędkościami zarówno w fazie startu, jak i podczas lądowania, czyli na wysokościach, gdzie
prawdopodobieństwo zderzenia z ptakiem jest największe. Również w czasie lotu na większych wysokościach,
gdzie samoloty tego typu osiągają prędkości rzędu kilkuset km/h lub większe, nawet najmniejsze ptaki stanowią
dla nich istotne zagrożenie, gdyż oprócz uszkodzenia silnika czy płatowca, są w stanie przebić się przez
pancerną osłonę kabiny i ciężko ranić pilota. Dla samolotów wielosilnikowych ptaki stanowią również duże
zagrożenie, ale w przypadku, gdy w wyniku zderzenia przestaje pracować jeden z silników, samolot może
bezpiecznie kontynuować lot na pozostałych i bezpiecznie wylądować. Oprócz bezpośredniego zagrożenia życia
ludzi, ptaki powodują spore straty finansowe dla użytkowników statków powietrznych. Na przykład w Siłach
Powietrznych USA w latach 1985-1996 wyniosły one 457 mln. dolarów. Duże firmy przewozowe, aby
P. Nalepa
Zderzenia statków powietrznych z ptakami
PN -1
zmniejszyć straty spowodowane uszkodzeniami sprzętu, a przede wszystkim w trosce o zdrowie pasażerów,
doprowadziły do powołania organizacji międzynarodowych zajmujących się tym problemem. Między innymi
powstał Komitet ds. Kolizji z Ptakami ( Bird Strike Committee Europe ) działający pod patronatem
Międzynarodowej Organizacji Lotnictwa Cywilnego ( ICAO). [ 1-5 ]
2. Statystyka zderzeń statków powietrznych z ptakami.
Dane statystyczne są podstawową metodą określania stopnia zagrożenia, jakim są ptaki dla użytkowników
przestrzeni powietrznej, oraz obszernym materiałem pozwalającym na jego minimalizowanie. Dzięki tym
informacjom można opracowywać odpowiednie trasy przelotów samolotów, aby nie kolidowały z trasami
przelotów grup migrujących w
danym czasie ptaków, planować
odpowiednio budowę lotnisk,
by nie były usytuowane w
pobliżu miejsc zgromadzeń
ptaków, czy też umożliwiają
ocenę dotychczas użytych rozwiązań.
Wykres 1 pokazuje, jak szybko
rośnie liczba kolizji samolotów
cywilnych z ptakami. W ciągu
ośmiu lat podwoiła się ona.
Spowodowane było to gwałtownym rozwojem lotnictwa
cywilnego w latach dziewięćdziesiątych, przede wszystkim
transportowego, i związanym z
tym wzrostem ilości operacji
Figure 1. Reported wildlife strikes to civil aircraft by year, USA, 1990-1998.
lotniczych. Innym znaczącym
zestawieniem jest zobrazowanie ilości kolizji w poszczególnych miesiącach, gdyż daje ono informację o
aktywności ptaków w określonych porach roku. Wykres 2 wskazuje na fakt, iż najwięcej tego typu zdarzeń ma
miejsce pod koniec lata i początkiem jesieni. Wiąże się to z intensywnymi migracjami ptaków w tym okresie.
Wykres 3 z kolei pokazuje
rozkład procentowy ogólnej
liczby zderzeń na poszczególne pory doby. Jak widać,
największe prawdopodobieństwo kolizji występuje w ciągu
dnia, co wiąże się z największa
aktywnością ptaków w tym
okresie. Obecnie są prowadzone
programy mające na celu
zebranie jak największej ilości
informacji o ptakach, które
pozwoliłyby zminimalizować
istniejące z ich strony zagrożenie dla lotnictwa. Programy
te dzielą się na dwa rodzaje;
zajmujące się ptactwem znajdującym się bezpośrednio na
terenie
lotniska, a także takie,
Figure 2. Percent of bird strikes to civil aircraft by month, USA, 1990-1999.
które kompletują dane o miejscach pobytu i migracjach
ptaków, oraz potencjalnych rejonach, gdzie mogłyby poszukiwać pokarmu, a także opracowują metody ich
odstraszania. Ponadto określane są kryteria, według których powinny być projektowane samoloty, aby
doznawały jak najmniejszych uszkodzeń powstałych w wyniku kolizji z ptakami.
P. Nalepa
Zderzenia statków powietrznych z ptakami
PN -2
Jak dotąd niewiele wiadomo o czynnikach,
jakimi kierują się ptaki wybierając drogę i czas
podróży. Jakkolwiek, nowe technologie pozwalają na coraz dokładniejsze śledzenie
przemieszczających się ptaków, zarówno w
odniesieniu do dróg lotniczych jak i lotnisk. Trzy
z tych nowych technologii, to telemetria
satelitarna, czujniki podczerwieni i systemy
informacji geograficznej.
Konwencjonalna biotelemetria wykorzystuje do
śledzenia zwierząt nadajniki, które są mocowane
do ciała, a następnie sygnał z nich jest śledzony z
samochodu lub samolotu. W telemetrii satelitarnej są stosowane czujniki, których sygnały
monitorowane są przez satelity. Pozwala to
między innymi na śledzenie migracji ptaków na
skalę kontynentalną i transkontynentalną.
Obecnie są przeprowadzane próby laboratoryjne
nadajnika wykorzystującego do określania pozycji system GPS ( Global Positioning System)
Figure 3. Reported time of occurrence of bird strikes to
ważącego zaledwie 200 gramów. System ten,
civil aircraft, USA, 1990-1999.
oprócz tras przelotów ptaków, daje też informację
o wysokości, na jakiej się one odbywają. Dane zgromadzone dzięki telemetrii satelitarnej pozwolą na bardzo
dokładne przewidywanie czasu i miejsc migracji ptaków.
Pasywne czujniki podczerwieni są badane pod kątem ich przydatności do wykrywania ptaków w pobliżu lotnisk.
System taki może okazać się tanim i bardzo dokładnym narzędziem pozwalającym na identyfikację ptaków
stanowiących zagrożenie dla ruchu lotniczego. Informacje pochodzące z takiego systemu mogłyby być
wykorzystywane przez pilotów, kontrolerów ruchu lotniczego i zarządzających portami lotniczymi.
Systemy Informacji Geograficznej (Geographic Information Systems) są wykorzystywane do identyfikacji
regionów, w których ptaki mogą stanowić istotne zagrożenie dla ruchu lotniczego. Systemy te wykorzystywane
są głównie przez Siły Powietrzne Stanów Zjednoczonych, które zbierają informacje o konkretnych gatunkach
ptaków stanowiących największe niebezpieczeństwo dla samolotów wojskowych. Przykładem takiego gatunku
jest sęp turecki, który był przyczyną około 200 zderzeń, które przyniosły straty około 30 milionów dolarów od
roku 1989. [ 2-5 ]
3. Uszkodzenia samolotów.
W wyniku kolizji z ptakami uszkodzeniu
mogą ulec różne elementy konstrukcyjne i podzespoły samolotu. Stopień zniszczeń zależy głównie
od prędkości lotu samolotu i masy ptaka. Według
danych statystycznych, w połowie zderzeń uszkodzeniu ulegają silniki, czyli elementy bezpośrednio wpływające na bezpieczeństwo lotu, a
następnie kadłub i skrzydło, kabina załogi i w
minimalnym stopniu podwozie i usterzenie.
Najbardziej czułe na tego rodzaju zdarzenia są
silniki odrzutowe. Powodem częstego dostawania
się ptaków do silników odrzutowych jest ich duży
przekrój kanału wlotowego oraz panujące tam
podciśnienie, które powoduje, iż ptak znajdujący się
w pobliżu wlotu zostaje przez niego zassany. Silniki
w chwili obecnej użytkowanych samolotów
komunikacyjnych średniej wielkości są tak
Photo 2. Close-up of blades from the Boeing-737
konstruowane, aby były w stanie wytrzymać
engine that ingested a common eider during landing at
zassanie ptaka o masie do około 0.7 kg. Następstwa
an airport in Maine, 1996. Photo courtesy NTSB.
wpadnięcia ptaków do silnika mogą być różne, i
oprócz masy ptaka, zależą też od zakresu, w jakim
pracował silnik. Ptak wpadający do kanału wlotowego silnika powoduje zakłócenie strumienia powietrza na
P. Nalepa
Zderzenia statków powietrznych z ptakami
PN -3
wejściu do sprężarki i zmniejsza zapas stateczności jej pracy. Jeżeli silnik pracował w zakresie bliskim granicy
stateczności sprężarki, to ptak może wywołać jej niestateczną pracę (pompaż), co może doprowadzić do
wyłączenia silnika. Jeśli ptak jest dużych rozmiarów, to
najczęściej dochodzi do mechanicznego uszkodzenia
łopatek sprężarki, czy też łopatek wentylatora.
Uszkodzeniu mogą ulec także elementy wlotu
powietrza.
Jeżeli chodzi o uszkodzenia innych elementów
konstrukcji samolotu, to przyjmuje się, że na przykład
siła uderzenia mewy przy prędkości samolotu 300 km/h
wynosi 3 tony, co może doprowadzić do uszkodzenia
pokrycia samolotu, co z kolei może doprowadzić do
uszkodzenia układów sterowania. Ponadto ptaki mogą
rozbić osłonę kabiny pilotów. W przypadku samolotów
wojskowych latających z dużymi prędkościami nawet
ptak niewielkich rozmiarów jest w stanie rozbić
pancerną osłonę kabiny, wytrzymującą trafienie pocisku
kalibru 20 mm. [ 1-3 ]
Photo 3. This Piper 28 Warrior struck an American
bittern on approach to an airport in New Jersey.
Photo courtesy of C. Boggs, USDA.
4. Sposoby walki z ptakami.
W profilaktyce przeciwko zderzeniom z ptakami
można stosować wiele różnego rodzaju działań. Najlepiej
jednak stosować równolegle różne metody, aby uzyskać
maksymalną skuteczność.
Jedną z metod jest zmiana ekologii lotniska,
polegająca na zmianie warunków przyrodniczych,
mikroklimatu i sposobu wykorzystania okolicznych
terenów, aby wyeliminować możliwości przebywania
ptaków na lotnisku. Lotniska stanowią dla ptaków bardzo
atrakcyjne tereny bytowania, gdyż są ogrodzone, zatem
stanowią doskonałe schronienie przed wrogami
naturalnymi ptaków. Są też świetnym źródłem różnego
rodzaju pożywienia i wody. Skuteczną metodą walki z
ptakami może zatem być melioracja i drenowanie terenów
Photo 4. Landfills are very attractive for birds .
lotnisk, osuszanie małych zbiorników wodnych na ich
Photo by:R. A. Dolbeer.
terenie i w pobliżu. Ponadto należy niszczyć wszelkiego
rodzaju rośliny będące źródłem pożywienia dla ptaków.
Bardzo dobre efekty daje też krótkie koszenie trawy, której
długość nie powinna przekraczać 10-20 cm, a w
bezpośredniej bliskości dróg kołowania i pasa startowego
10 cm. Pozbawia to ptaki możliwości szukania pokarmu i
ukrycia w trawie. Istotne jest, aby w pobliżu lotnisk nie
powstawały zwałowiska odpadów gospodarczych i
wysypiska śmieci, gdyż stanowią one źródło pożywienia
dla ptaków.
Jedną ze skuteczniejszych metod walki z ptakami w
pobliżu lotnisk jest ich odstraszanie. Odbywa się ono za
pomocą środków pirotechnicznych i akustycznych
straszydeł, specjalnie tresowanych psów i ptaków
drapieżnych, bioakustycznych i fizycznych metod
Photo 5. One of methods of fighting against
odstraszania oraz rozpylania chemicznych preparatów
birds is shooting. Photo by: R. A. Dolbeer.
odstraszających.
Środki pirotechniczne i akustyczne, to : petardy, naboje wybuchowe, broń palna i automatyczne działka
gazowe. Jednakże podstawową wadą tych środków jest fakt, iż ptaki dość szybko się do nich przyzwyczajają.
Tresowane psy lub ptaki drapieżne dają ja na razie najlepsze efekty. Praktyka wykazała, iż użycie psów
daje lepsze efekty; odstraszają one wszystkie gatunki ptaków ( niektóre ptaki nie boją się sokołów), nie zabijają
P. Nalepa
Zderzenia statków powietrznych z ptakami
PN -4
ich, mogą pracować w każdych warunkach atmosferycznych, ponadto szybko się uczą. Wykorzystanie sokołów
do walki z ptakami jest mniej skuteczne. Sokoły, w przeciwieństwie do psów, nie są w stanie działać w deszczu i
w nocy, a poza tym same stanowią zagrożenie dla statków powietrznych.
Metody bioakustyczne polegają na nagrywaniu na taśmę magnetofonową tzw. krzyku trwogi ptaków,
sygnalizującego niebezpieczeństwo i odtwarzaniu go, po odpowiednim wzmocnieniu przez stacjonarny lub
ruchomy system głośników. Najlepsze efekty uzyskuje się przez okresowe włączanie oddzielnych grup
głośników według określonego programu. Wadą tego sposobu jest to, iż nie wszystkie gatunki ptaków reagują
na ten sam krzyk strachu. Mimo to, badania przeprowadzone w Kanadzie i Holandii wykazały wysoką jej
skuteczność, jednakże spełniony muszą być warunki zastosowania zapisu o wysokiej jakości i prawidłowego
odtwarzania.
Fizyczne sposoby odstraszania polegają na
podjechaniu zespołu grupy ludzi samochodem, która
może być wyposażona w środki pirotechniczne lub
akustyczne, lub psy i ptaki drapieżne. Zazwyczaj
samo podjechanie samochodu przynosi pożądany
skutek.
Środki chemiczne są dość skutecznym narzędziem. Ich użycie powoduje, że czasem ptaki nie
wracają na lotnisko przez kilka miesięcy. Zasięg tych
preparatów, rozpylanych z wiatrem wynosi około 500
m.
Należy pamiętać jednak, iż każda z powyższych
meto jest skuteczna tylko przez pewien okres, gdyż
ptaki się do nich przyzwyczajają. Wobec tego
Photo 6. Fogging with a methyl anthranilate
najlepsze efekty przyniesie stosowanie ich przeformulation may help disperse birds, such as tree
miennie i z różnym nasileniem w zależności od
swallows and killdeer, at airports. Photo by J. T.
gatunków ptaków i ich aktywności.
Peterla, USDA.
Najskuteczniejszą metodą jednak jest takie planowanie lotów, aby nie przebiegały na wysokościach i
trasach przelotów migrujących ptaków. [ 1-5 ]
5. Odpowiednie planowanie i wykonywanie lotów.
Odpowiednie postępowanie załóg statków powietrznych podczas planowania lotu, jak i podczas samego
lotu może istotnie przyczynić się do uniknięcia zderzenia z ptakami. Należy przestrzegać następujących zasad:
a. Należy przed każdym lotem sprawdzić informacje w NOTAM-ach (niektóre państwa publikują
BIRDTAM-y) pod kątem sezonowej aktywności ptaków w pobliżu trasy przelotu oraz lotnisk odlotu
i docelowego.
b. Przelot należy planować tak wysoko, jak to możliwe. Tylko 1% zderzeń miało miejsce powyżej 2500
stóp.
c. Trzeba unikać przelatywania nad
rezerwatami, wysypiskami śmieci
i zakładami przetwórstwa ryb.
d. Powinno się unikać la- tania na
małej wysokości wzdłuż brzegów
morskich i rzek, ze względu na to,
iż są one używane przez ptaki
jako obiekty nawigacyjne.
e. Należy unikać niskiego latania
nad zbiornikami wodnymi, między innymi jeziorami i ujściami
rzek, gdyż są to obszary, gdzie
mewy wykonują regularne loty,
zazwyczaj o świcie i zmierzchu.
Figure 4. Number of reported bird strikes to civil aircraft by
f. Aby uniknąć zderzenia z pod altitude, USA,1990-1998.
rywającymi się do lotu dużymi
grupami ptaków nie należy nisko
przelatywać nad wysepkami, cyplami i klifami, które są częstym miejscem ich gniazdowania.
P. Nalepa
Zderzenia statków powietrznych z ptakami
PN -5
g.
Jeśli załoga jest dwuosobowa, przed startem powinno się omówić postępowanie w razie utraty
łączności wewnątrz kabiny, lub w przypadku zniszczenia osłony kabiny przez ptaka.
h. Pamiętać należy, iż niektóre ptaki mogą atakować samoloty i szybowce.
i. Szczególnie wiosną, w czasie przeglądu przedlotowego trzeba zwrócić uwagę, czy nie ma w
samolocie gniazd, przede wszystkim w gondolach silników, gdyż mogą one spowodować poważną
awarię.
j. W czasie kołowania, podczas odsłuchiwania komunikatu ATIS, należy zwrócić uwagę ,czy nie
zawiera on informacji o aktywności ptaków.
k. W czasie kołowania należy obserwować płytę lotniska i zgłaszać ATC wszystkie większe grupy
ptaków.
l. Gdy przed startem dostrzeżona zostanie grupa ptaków na pasie startowym, trzeba poprosić ATC, aby
przysłano ekipę do ich odstraszenia. Nigdy nie wolno używać do tego samolotu.
m. W czasie startu i podejścia do lądowania powinno używać się świateł do lądowania, aby samolot był
bardziej widoczny.
n. Gdy zderzenie z ptakiem wystąpi na ziemi, i pozostaje jeszcze wystarczająca długość pasa do
wyhamowania, należy przerwać start.
o. Jeśli miało miejsce wessanie ptaka przez silnik, należy wykonać procedurę lotu z niesprawnym
silnikiem.
p. Wykonując manewr uniku przed ptakami, trzeba pamiętać, że ptaki zawsze uciekają w dół od
zagrożenia, zatem pilot powinien w mirę możliwości przejść do lotu wznoszącego.
q. Po zderzeniu z ptakiem należy w miarę możliwości wykonać próbę sterowności samolotu przed
rozpoczęciem podejścia do lądowania.
r. Jeżeli podejście do lądowania będzie wykonywane w rejonie dużych koncentracji ptaków, należy
unikać zniżania z dużymi prędkościami pionowymi, związanymi ze zwiększonymi prędkościami lotu,
aby skutki ewentualnego zderzenia były jak najmniejsze.
s. Jeśli w czasie podejścia końcowego zostanie zauważone stado ptaków na kierunku lotu samolotu, to
należy wykonać procedurę nieudanego podejścia. [ 2,4 ]
6. Zakończenie.
Ponieważ ptaki zawsze będą towarzyszyły aktywności człowieka w powietrzu, niemożliwym będzie
całkowite zniwelowanie zagrożenia z ich strony. Wręcz przeciwnie; gwałtowny rozwój transportu lotniczego,
jaki miał miejsce w latach dziewięćdziesiątych będzie kontynuowany w latach następnych, a zatem zwiększy się
liczba operacji lotniczych na świecie, co powiększy roczną liczbę kolizji z ptakami.
Summary
The bird strikes appeared at the beginning of aviation. Due to rising speeds and number of planes, birds
became a serious problem for aviation. Aside from the victims, bird strikes cause financial losses. The financial
factor of bird strikes is biggest in a military aviation. There every bird strike, apart victims, means big damages
to planes due to very high speeds of flights. To solve the problem of bird strikes, aviation companies brought a
special organizations into existence. One of them is Bird Strike Committee Europe connected with International
Civil Aviation Organization. Such institutions make many researches that bring information about birds, for
example about their habits. These informations allow us to work out methods of fighting against bird strikes.
There are many methods of scaring birds in an airport vicinity. The most common are: firearms, pyrotechnics,
pesticide applications, distress call tapes, propane cannons and other miscellaneous techniques. But still one of
the basic methods of decreasing the number of bird strikes will be appropriate behavior on the ground, in the air
and proper flight planning, using knowledge about birds residences and habits.
Literatura
1.
2.
3.
4.
5.
P. Nalepa
Ppłk pil. mgr Nawrocki J.: Ptaki – wciąż aktualne zagrożenie bezpieczeństwa lotów. Biuletyn Wyższej
Szkoły Oficerskiej Sił Powietrznych 3/2000.
Federal Aviation Administration - Wildlife strikes to civil aircraft in the United States 1990-1999.
Edward C. Cleary, Richard A. Dolbeer - Wildlife hazard management at airports.
http://www.tc.gc.ca
stan z dnia : 06.04.2002
http://www.birdstrike.org
stan z dnia : 06.04.2002
Zderzenia statków powietrznych z ptakami
PN -6