Защита самолетов и других объектов от птиц

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК
Институт проблем экологии и эволюции
им. А.Н. Северцова
Ответственный редактор
доктор биологических наук О.Л. Силаева
Товарищество научных изданий КМК
Москва  2007

ББК 28.081
УДК 591.5 577.4.620.197
И 46
Авторы: Ильичёв В.Д., Силаева О.Л., Золотарёв С.С., Бирюков В.А., Нечваль Н.А., Якоби В.Э., Титков А.С.
В.Д. Ильичёв, О.Л. Силаева, С.С. Золотарёв и др. Защита самолётов и других объектов от птиц. М.: Товарищество научных изданий КМК. 2007. 320 с.
Первая книга из будущей серии «Авиационная орнитология». Описана история становления авиационной орнитологии в бывшем СССР и России,
начиная примерно с середины прошлого века. Большой раздел посвящён
экологии видов, которые наиболее часто сталкиваются с самолётами. Отдельный раздел посвящён методике эколого-орнитологического мониторинга
крупных аэродромов на примере Шереметьево. Один из разделов посвящён
акустическим методам анализа голосов самолётоопасных видов птиц на примере чаек. Голоса этих видов используются для конструирования репеллентов. В книге имеются сведения по уже созданным техническим средствам,
отпугивающим птиц. Над разработкой этих средств авторы успешно работают уже около 30 лет. В книге есть раздел, посвящённый статистическому
оцениванию вероятности столкновений самолётов с птицами; высокий математический уровень расчётов обеспечит надёжность прогнозирования.
Книга предназначена для широкого круга авиационных специалистов, экологов, работающих на стыке с инженерно-техническими проблемами, работников сельского хозяйства и урбанологов.
Рецензенты:
д.б.н., к.физ.-мат.н., проф. Е.В. Романенко
ведущий конструктор ОАО «ОКБ П.О. Сухого» С.Г. Финкель
Ответственный редактор — д.б.н. О.Л. Силаева
Проект «Биологические ресурсы России: фундаментальные основы
рационального использования»
ISBN  978-5-87317-390-7
© Коллектив авторов, 2007
© Т-во научных изданий КМК, 2007

ПРЕДИСЛОВИЕ
В книге обобщён опыт многолетней работы в области авиационной орнитологии и технической экологии Лаборатории экологии и управления поведением птиц ИПЭЭ РАН под руководством проф. В.Д. Ильичёва, а также опыт
инженерно-математических исследований д.т.н. В.Я. Бирюкова и проф. Н.А. Нечваля. В монографии собраны фундаментальные работы в этой области. В основе исследований лежала оптимизация взаимоотношений между человеком и птицами. С одной стороны, это защита самолётов от птиц, с другой, — сохранение
птиц от гибели в столкновениях с самолётами. Приоритетное значение во всех
работах по авиационной орнитологии должно придаваться экологическим методам предотвращения столкновений. При этом птицу необходимо рассматривать как ценный биологический ресурс.
Решению этих задач в первую очередь и посвящена книга. Она рассчитана,
прежде всего, на авиационных орнитологов. Однако, может быть полезна и для
экологов, занимающихся проблемой защиты от биоповреждений с непременным условием — охраны птиц. Книга представляет интерес для аспирантов и
студентов как биологических, так и технических вузов. Возможно, школьники
старших классов смогут использовать монографию как ориентир для выбора
направления своей будущей профессии — технической экологии, авиационной орнитологии, математической экологии.
Работа выполнена в рамках проекта «Биологические ресурсы России: фундаментальные основы рационального использования»
Экспериментальные исследования частично проводились на биостанции
ИПЭЭ РАН «Малинки».
Авторы выражают благодарность за техническую помощь А.С. Титкову,
П.В. Бирюкову, А.С. Гаглову, Г.В. Гуменюк, А. В. Дмитриеву.
д.б.н. О.Л. Силаева

НЕМНОГО ИСТОРИИ1
Предположительно столкновения птиц с летательными аппаратами начались
задолго до их официальной регистрации. На заре авиации ничтожные скорости
полёта самолётов позволяли птицам избегать столкновений, успевать отворачивать от летящей машины. Но если птице это и не удавалось сделать, то удар
столкнувшейся птицы об обшивку самолёта был настолько слабым, что серьёзные повреждения он не причинял. К счастью попадание птицы в тогдашний
поршневой мотор, да и в теперешний карбюраторный маловероятно из-за малой площади входа. Наиболее опасным было попадание птицы на винт, так как
винты тогда изготовлялись целиком из дерева без «переклейки» и повреждались очень легко. При соударении с винтом птицы более 300 г весом создавалась аварийная ситуация. Тихоходный самолёт того времени почти всегда мог
спланировать и приземлиться, обнаружив подходящую для себя ровную площадку.
Однако, уже в 1912 г. было зарегистрировано столкновение самолёта с птицей (ССП), окончившееся трагическими последствиями. Это произошло в Калифорнии в июне, когда пилот-испытатель совершал тренировочный полёт на
недостаточно доработанной машине в процессе её облётывания. Он не успел
отвернуть от летящей навстречу птицы, в результате чего разбился самолёт и
погиб сам пилот.
С ростом скоростей летательных аппаратов в 1920–1930-е гг., лёгкие самолёты все чаще сталкивались с орлами, грифами и другими птицами-парителями. Увидев перед самолётом крупную птицу, пилоты стремились отвернуть в
сторону, но далеко не всегда им это удавалось. Особенно часто под удар попадали остекления кабин и узлы управления самолётом. Пробившее кабину птичье
тельце нередко наносило смертельный удар и самому лётчику. Известный лётчик-испытатель М. Галлай описал такой случай, который произошел в 1940 г.
при столкновении лёгкого самолёта с грачом [8]. Трагична судьба молодого Гржимека, сына известного зоолога. Самолёт, который пилотировал молодой пилот,
столкнулся с грифом и разбился.
В 1941–1945 гг. боевые самолёты, выполняющие задание, неоднократно сталкивались с водоплавающими птицами. В 1946 г. самолёт Ил-2, низко летевший
над озером Чаны, столкнулся с взлетевшим лебедем и врезался в воду. В 1953 г.
другой такой случай произошёл в окрестностях Казани, но в этот раз с самолётом Ил-12 столкнулась утка.
Весь этот период авиация была только поршневой. Имея небольшие взлётно-посадочные скорости, самолёты сами по себе были достаточно птицестой1 Рецензент книги С.Г. Финкель сделал ценные замечания к этой главе, которые с благодарностью были приняты авторами главы и редактором.

кими и, как правило, не разрушались при столкновении с птицей. От таких
ССП страдали в основном птицы.
В пятидесятые годы прошлого столетия самолёты обрели турбовинтовые и
турбореактивные двигатели, что привело к резкому возрастанию скоростей полёта. Птицы практически не могли избегать столкновений с такими самолётами.
Опасность увеличивалась и за счёт резко возросших площадей воздухозаборников, которые подавали воздух в компрессоры турбовинтовых и турбореактивных двигателей. Птицы, попадавшие в двигатели, выводили из строя лопатки
компрессоров, вращающиеся со скоростью более 10 тысяч оборотов в минуту.
Часто происходили обрывы лопаток, что могло вызвать пожар. Остатки птиц забивали приёмные отверстия датчиков двигательной автоматики. Двигатели останавливались самопроизвольно или их вынуждены были останавливать лётчики.
На однодвигательных боевых машинах это приводило как минимум к потере самолёта.
Особенно серьёзные последствия сопровождали столкновения с птицами пассажирских самолётов. Две такие катастрофы произошли в США в  1960 и 1962
гг. Попадания птиц в двигатели становились всё более опасными для скоростных пассажирских самолётов, особенно на взлёте.
Птицы против самолёта. На первый взгляд их противопоставление кажется
несерьёзным. Какую конкуренцию может составить воробей, такой слабый и
беззащитный, могучему многотонному лайнеру, затянутому в алюминий и пластик, вооружённому моторами в тысячи лошадиных сил. Что ему одна воробьиная сила? Но в действительности всё сложнее.
На самолёт, летящий со скоростью 700 км/час, столкнувшаяся с ним птица
весом около 400 г действует втрое сильнее, чем снаряд 30-миллиметровой пушки
с силой удара, достигающей 20000 килограммов. А теперь представьте себе
боевой самолёт, летящий со скоростью значительно большей, чем 1000 км/час
и вспомните формулу из школьного курса физики P = mv2 /2. Хорошо, что дробь,
но ведь V-то в квадрате!  Лобовое стекло не пробивает пуля, но птичье тельце,
встретившееся на пути скоростного истребителя, его пробивает.
Таким образом, для стоящего самолёта воробей не опасен. Но для самолёта
бегущего, набирающего скорость для взлёта, для взлетевшего воробей — фактор, с которым пилот не может не считаться. ССП может оказаться смертельным для обоих. Но вот лайнер набрал высоту 9–10 километров — лётчик может
успокоиться. На таких высотах птицы не летают. Мягкое птичье тельце, попавшее на пути летящему самолёту, способно пробить обшивку фюзеляжа и крыльев, разрушить остекление кабины, засосаться двигателем.
Чем всё это грозит самолёту? В обшивке фюзеляжа или крыльев появится
отверстие, которое будет всё увеличиваться, ухудшая аэродинамику, разрушая
самолёт. Могут быть повреждены элементы управления воздушных судов (ВС).
Повреждение стёкол разгерметизирует кабину — на больших высотах это создаёт смертельную опасность для экипажа и пассажиров. Осколки стекла мо

гут поранить лётчика. Попав в воздухозаборник двигателя, птичье тельце деформирует или даже оторвёт лопатки ротора, компрессора; двигатель потеряет
мощность, заглохнет, может возникнуть пожар.
Каждая их этих ситуаций может стать причиной катастрофы. В лучшем случае столкновение с птицей окончится дорогостоящим ремонтом. От чего зависит характер последствий? Естественно, что в первую очередь от того, какая
часть самолёта стала мишенью для удара. Процент попаданий птиц в двигатель, например, зависит от типа самолёта.
Так, для самолётов гражданской авиации (ГА) примерно 40% столкнувшихся птиц попадает в двигатели, 33% — в крылья, 16% — в лобовое стекло кабины, 7% — в фюзеляж. Для военных самолётов статистика показывает иную
картину: двигатель — 55% столкновений; фюзеляж — 11%, лобовое стекло —
10%; крылья и рули — 14%. Вероятность попадания птицы в самолёт вообще и
в двигатель, в частности, для одномоторного реактивного истребителя, летающего на малых высотах, выше, чем для многомоторного турбовинтового лайнера, рабочие высоты которого (8–10 тыс. м) лежат за пределами птичьих возможностей. Лайнер может столкнуться с птицей только при взлёте или посадке. Последствия столкновений для истребителя и пассажирского лайнера будут
тоже разными — отказ единственного мотора в воздухе равносилен гибели, тогда
как отказ одного из многих двигателей оставляет шанс на спасение.
Какие птицы чаще всего сталкиваются с самолётами? По данным орнитолога В.Э. Якоби в общей статистике столкновений разные виды составляют (в %):
куропатка
0,55
ястребиные
8,71
перепел
0,68
стриж
0,28
голубь
11,9
ворона
1,64
лысуха
0,42
грач
7,13
журавль
1,09
галка
0,41
дрофа
1,09
сорока
0,14
чибис
1,50
скворец
5,21
чайка
7,13
жаворонок
3,29
гусь
3,15
дрозд
0,41
утка
4,53
ласточка
3,98
цапля
0,41
В целом на долю представителей отряда воробьиных приходится 32,2%,
чаек — 15,9%, дневных хищников и голубей — около 15%.
Как же велика вероятность ССП? Оценим её, приведя следующие цифры. В
гражданской авиации нашей страны ежегодно происходит свыше 1500 таких столкновений. Хотя это и ничтожный процент относительно всего объёма перевозок
(свыше 10 миллиардов тонно-километров), но в абсолютных цифрах за этим стоит значительный материальный ущерб, и, что самое главное, жизнь людей.

Проблемой ССП, разработкой биологических и технических мер, предупреждающих столкновения занимается специальная, недавно возникшая область на стыке науки и техники — авиационная орнитология. Другой задачей
авиационной орнитологии является охрана самих птиц от столкновения с воздушными судами. Эта область получила официальные права гражданства в
1963 г., когда в Ницце по вопросам защиты самолётов от птиц собрался специальный симпозиум. Этот симпозиум был созван французской торговой палатой и Институтом агрономических исследований. В работе симпозиума
приняли участие представители 10 стран, сделавших более 70 докладов. Это
были биологи, акустики, авиационные специалисты — учредители и будущие партнёры.
Признание авиационной орнитологии, созыв специального симпозиума не
были случайным или преждевременным мероприятием. К этому времени авиация уже накопила некоторый опыт, и опыт этот был весьма печальным.
Так, в США с 1942 по 1946 г. зафиксировано 473 столкновения, с 1956 по
1966 г. — 1566, из них только в одном 1965 г. — 837 столкновений. В Канаде с
1957 по 1963 г. зарегистрировано 181 столкновение, а Англии с 1956 по 1960 г. —
783, в Голландии с 1960 по 1966 г. — 413, в Австралии только в 1963 г. — 183, в
1964 г. — 208 столкновений.
В ГА США убытки из-за столкновений ВС с птицами составляют ежегодно
свыше 10 млн. долларов, такое же положение отмечено в Англии, Канаде, Японии и многих других странах. Так, только в одной Канадской авиакомпании изза попадания птиц было заменено 23 двигателя, и прямой убыток составил более миллиона долларов за год. Другая авиакомпания за 2,5 года заменила из-за
птиц 75 двигателей. Замена одного повреждённого двигателя обошлась в 200–
300 тысяч долларов. В среднем канадские авиакомпании оценивают стоимость
ежегодного убытка по вине птиц в 1 млн. долларов [68].
В нашей стране в 1963 г. с птицами столкнулось 40 самолётов гражданской
авиации, в 1966 г. — 101, в 1969 г. — 221 самолёт. Было подсчитано, что в мире
ежегодно сталкиваются с птицами около 4000 самолётов, и общий ущерб от
этих столкновений исчисляется, по оценкам экспертов, приблизительно в несколько миллиардов долларов в год. В целом на каждые 1000 полётов гражданских самолётов приходится до восьми столкновений с птицами. В ГА бывшего
СССР регистрировалось в год до 300 столкновений (при налаженной системе
регистрации эта цифра может возрасти в 5–6 раз) и 80–90 повреждений авиадвигателей, из которых 50–60% подлежат срочной замене при стоимости от
10000 руб. для Ту-134 и 227000 руб. для Ту-154 [57].
В 1987 г. было зарегистрировано не менее 393 случаев столкновений ВС ГА
с птицами, или на 20% больше, чем в 1986 г. Следует отметить, что в последние
годы наблюдается устойчивая тенденция к увеличению числа столкновений ВС
ГА с птицами: 1972 г. — 121, 1977 г. — 166, 1982 г. — 298, 1987 г. — 393. Данная
тенденция вызвана главным образом следующими причинами:

— увеличением количества полётов;
— ростом численности наиболее опасных для самолётов птиц (чаек, грачей,
голубей, скворцов, уток и др.) и концентрацией их вблизи аэропортов, особенно в зимнее время;
— увеличением парка реактивных самолётов, более подверженных риску
столкновения с птицами (из-за большой скорости полёта ВС, уменьшения шума
перед самолётами, способности газотурбинных двигателей засасывать пролетающих мимо птиц);
— низким уровнем организации и осуществления на аэродромах мероприятий по орнитологическому обеспечению безопасности полётов.
В результате ССП в 1987 г. были повреждены 99 двигателей, из них 48 досрочно сняты; совершено 20 вынужденных посадок (Ми-8 — 6 случаев, Ан-24 — 4,
Ан-2 и Ми-2 — 3, Як-40 и Ан-26 — по два случая). Было три прекращённых
взлёта (Ту-154, Як-40, Ан-24), имели место 7 задержек рейса и 23 случая простоя
турбореактивных ВС (общей продолжительностью около 330 ч). Затраты на один
только ремонт повреждённых ВС составили свыше 600 тыс. руб. При этом следует учитывать, что ущерб не сообщался примерно по половине повреждённых
двигателей, а также практически по всем случаям вынужденной посадки. Таким
образом, есть все основания предполагать, что в 1987 г. птицы причинили ущерб
ГА СССР на сумму в несколько миллионов тогдашних рублей.
В Великобритании убытки от столкновения самолёта с птицами оценивается специалистами в сумму до 100 тысяч фунтов стерлингов. Важно учитывать,
что эти цифры характеризуют стоимость ремонта, то есть те ситуации, которые
окончились для экипажа и пассажиров сравнительно благополучно, и самолёту
удавалось приземлиться. Если столкновение оканчивалось катастрофой, цифры материальных потерь многократно возрастали. И главное, — при этом гибли люди. В начале шестидесятых годов ситуация настолько обострилась, что
проблема столкновений с птицами привлекла внимание государственных учреждений. В разных странах стали создаваться специальные комитеты с широкими полномочиями, включающие представителей авиации, инженеров и орнитологов. В 1962 г. такой комитет был создан в Канаде, в 1964 г. — в ФРГ, в 1966 г. —
в США и других странах. Возникла необходимость международного сотрудничества, международной координации.
В 1966 г. возник Европейский комитет, объединивший усилия 15 стран Европы и Америки в разработке мер защиты самолётов от птиц. Международная
организация гражданской авиации (ИКАО) активно включилась в решение проблемы. Международное сотрудничество оказалось очень плодотворным. После первого учредительного собрания авиационных орнитологов в Ницце в 1963
г. состоялось несколько очень важных консультативных встреч и конференций.
В 1969 г. в Кингстоне (Канада) работала Первая Международная конференция
по опасности птиц для самолётов, собравшая 250 участников из 19 стран, в том
числе и от бывшего СССР.

Проблемам защиты самолётов от птиц были посвящены специальные заседания ИКАО (1966, 1968). На ежегодных заседаниях Европейского комитета
(ЕКОПС) и шести его рабочих группах обсуждались насущные задачи авиационной орнитологии, методы предотвращения ССП, международное сотрудничество в этой области. На первых порах заседания ЕКОПС проводились ежегодно. Затем было решено увеличить интервал между ними до 1,5–2 лет. Специалисты нашей страны приняли участие в работе ЕКОПС на седьмом заседании
(Лондон, 1972), на котором присутствовали 57 представителей из 13 стран, являясь с тех пор его постоянными членами. Поскольку ЕКОПС выполняет функции консультативного органа, его рекомендации необязательны для государств,
однако они часто находят отражение в решениях ИКАО и приобретают вследствие этого законную силу.
В мае 1990 г. в Хельсинки (Финляндия) проходило уже 20-е совещание Европейского комитета по опасности птиц для самолётов, в работе которого участвовали специалисты большинства западноевропейских стран, США, Канады, бывшего СССР, а также ряда ближневосточных и азиатских стран. Представленные
на совещании материалы показали, что проблема защиты самолётов от птиц
остается весьма актуальной во многих странах, даже, более того, значимость её
возрастает, несмотря на интенсивно принимаемые организационно-практические меры.
Что же достигнуто за эти годы? К чему привели объединённые усилия учёных и практиков?
Прежде всего, были проанализированы все ситуации, сопутствующие ССП.
Каждый случай изучался с разных точек зрения — биологической и авиационно-технической. Большую работу в этом направлении в нашей стране провели
ныне покойный сотрудник Института проблем экологии и эволюции имени А.Н.
Северцова РАН В.Э. Якоби, а также авиационные инженеры И. Липинский,
В. Никитин, В. Белевский, В.И. Лебединский2.
В результате анализа выявились важные закономерности. Оказалось, что число
столкновений по сезонам распределяется неравномерно, возрастая в апреле–
мае, достигает пика в июле и сентябре, далее спадает к ноябрю и декабрю. Как
объяснить такую неравномерность? Конечно, зимой самолётов летает меньше.
Но дело не только в этом. Обращает на себя внимание отчётливое совпадение
пиков со сроками весенних и осенних миграций (май, сентябрь) с одной стороны, массовым появлением молодняка и его летними кочёвками (июль). Благодаря тому, что птиц в эти периоды становится значительно больше, и ведут они
очень подвижный образ жизни, вероятность столкновения их с самолётами возрастает. Возрастает на трассах горизонтального полёта, которые пересекаются
мигрирующими стаями (здесь случается около половины всех столкновений), и
2 К сожалению, статистика ССП военной авиации труднодоступна и могла быть обработана нами только частично.

в районах аэродромов, где концентрируются и местные птицы, особенно молодые, и мигрирующие. По статистике около четверти всех столкновений приходится на аэродромные условия. Следовательно, столкновения птиц с взлетающим или садящимся самолётом вносят в общую статистику весомый вклад.
Изучение аэродромных ситуаций важно ещё и потому, что использование различных средств, предотвращающих столкновения, даёт здесь больший эффект,
чем в условиях горизонтального полёта.
Так, например, комплекс мероприятий, проведённых с этой целью в Таллинском аэропорту, значительно уменьшил число столкновений. Аэродром и его
окружение привлекают птиц по многим причинам. Полоса отчуждения, окружающая аэродром и недоступная посторонним посетителям, представляет птицам для отдыха, кормёжки и размножения наилучшие условия. Рядом с этим
своеобразным заповедником — взлётная полоса, где много корма — дождевые
черви, грызуны, насекомые. Мусорные свалки, кучи хозяйственных отбросов,
соседствующие с аэродромом, — ещё один фактор, привлекающий галок, ворон, голубей и других птиц. Близость водных пространств — многие крупные
аэродромы располагаются вблизи морских побережий и рек — способствует
постоянным визитам чаек, уток, куликов и других околоводных птиц.
В силу этих причин на аэродроме и в его окрестностях создается своеобразный аэродромный биоценоз со своими специфическими связями и отношениями, со своей экологией. Птичье население аэродрома резко увеличивается во
время миграций и после появления молодых. В этот период птицы представляют особую опасность для самолётов. Не только потому, что птиц становится
много. Но и потому, что среди них большинство составляют неопытные особи,
не знакомые с аэродромными условиями и не боящиеся самолётов. Поведение
таких птиц по отношению к самолёту трудно предугадать.
Анализируя последствия ССП, инженеры пришли к выводу о том, что тяжесть их можно значительно уменьшить, внеся в конструкцию самолётов соответствующие технологические изменения. Для остекления кабины предлагается применять гнутые ориентированные органические стёкла, плоские многослойные блоки на базе силикатных стёкол, толстых, до 20 миллиметров, поликарбонатных пластин; применять различные способы защиты входных каналов двигателей, повышать самозащищённость двигателей за счёт различных
конструктивно-технологических мероприятий; предусматривать быстрое восстановление мощности двигателя при попадании птиц; укреплять передние
кромки крыла и хвостового оперения и т.п. Технологические способы защиты
самолётов от птиц широко используются в современной авиации.
На специальных стендах самолёты испытывают на птицестойкость, обстреливая их птичьими тушками из пневмопушек при испытаниях двигателя и при
испытаниях остекления. В техническом паспорте самолёта делается соответствующая запись. Согласно международным стандартам, продавать самолёты
без испытаний на птицестойкость не разрешается.