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飛機“眼睛”的那些事兒

時間:2021年07月09日   來源:

20216,某航空公司一架波音737客機在萬米高空突遇駕駛艙左前風擋外層玻璃破裂。在公司和機組的共同決策下,航班在臨近機場安全降落。該公司發布聲明稱,本次發生破裂的為外層玻璃。外層玻璃不是結構層,不承受結構力,只提供剛度、硬度,以防劃傷、鳥擊和外來物損傷。經檢測,該飛機風擋承受結構力的中間層和內層均完好。

一時間,飛機風擋的安全性再次成為大家關注的話題。飛機的玻璃窗戶到底結不結實?如果風擋玻璃破裂,飛機還能安全飛行嗎?

飛機“眼睛”的由來

如果將飛機比作人的話,那么駕駛艙風擋這一航空結構透明件就是飛機的“眼睛”。飛機風擋的制造歷史,其實也是一部飛機的發展史。

早期的飛機壓根兒就沒有風擋,飛行員只需戴一副風鏡。20世紀20年代,制造商生產出了帶風擋的飛機,一開始使用的材料還是普通玻璃,后來隨著飛行速度的加快,風擋材料變成了復合玻璃。直到20世紀50年代,有機玻璃或鋼化玻璃的多層復合結構風擋才出現。

第二次世界大戰后,飛機開始變成增壓飛行。飛機風擋逐漸往一體化、集成化與輕薄化的方向發展,實現了光學性能、結構強度與特殊功能的綜合優化,為飛行員創造了更加安全、舒適、高效的駕駛環境。

早期飛機的風擋使用的是平面玻璃,多數采用非承載的結構形式,由主風擋、側窗和固定窗共6塊玻璃組成。風擋僅承受自身的氣密載荷,而不參與機身載荷的傳遞,因此窗框比較笨重,氣動阻力大。到了20世紀末,新一代飛機采用流線型機頭的雙曲風擋設計,風擋玻璃熱加工成曲面,質量高、外形美觀,不僅減小了機頭阻力,還減輕了機頭的重量,符合空氣動力學的原理。例如,國產大飛機C919的駕駛艙就采用了4塊曲面承重風擋的寬視窗設計,像一個全景天窗,為機組提供了非常開闊的視野。

隨著科技的發展,制造技術向高可靠性、低成本、高效率方向發展,材料技術更加追求多功能性、智能化與輕量化。波音787飛機的4扇式風擋與飛機外形渾然天成,風擋最外層采用化學鋼化玻璃以提高強度和耐磨性,內層則選用定向有機玻璃。二者的結合既減輕了整體重量,又保證了足夠的安全性能。

飛機“眼睛”的功能

風擋是飛機重要的功能部件。作為機身的一部分,它不僅要保持機頭的流線型外形,還具有保證結構完整的功能。這是現代民航客機風擋像千層餅那樣有多層結構的原因,也使得單層玻璃破裂難以影響飛機的飛行安全。例如,空客A320飛機的風擋重量約為35千克,共有3層,總厚度為3厘米~4厘米,最外層為熱鋼化玻璃,中層和內層為化學強化玻璃。為避免飛行員受到尖銳碎片的傷害,風擋的內層玻璃必須采用非碎裂性材料。各層玻璃通過聚氨酯層和PVB層粘連在一起。

在正常情況下,駕駛艙風擋可以承受5倍飛機最大內外壓差載荷。在一層結構層(內層或者中層)破裂后,其仍然可以承受2倍飛機最大壓差載荷,是非常安全的。另外,風擋還可以承受1.8公斤的鳥在最快飛行速度(約0.8倍音速)下的撞擊。

作為飛機的“眼睛”,風擋還須具備良好的光學性能,哪怕是在特殊的氣象條件下,也能為飛行員提供清晰的視野。由于飛機前風擋是由多層玻璃復合而成的,這就為其他功能的設計創造了空間。例如,最外層玻璃的內側安裝有透明的導電覆蓋膜用于除冰,而內層的玻璃之間有除霧層。

為確保飛機在大雨中安全落地,早期的外層風擋玻璃上還會涂抹防雨劑,讓雨水在表面快速滑落?,F在的外層風擋玻璃則刷上了特殊的防雨材料,令雨水不會沾在上面。而且飛機在高速飛行的狀態下,風擋玻璃邊緣產生渦流,更容易帶走積冰或者雨水。

飛機“眼睛”不會隨便失明

那么,什么會導致如此結實的飛機風擋玻璃破裂呢?從理論上講,起因大致可分為兩類:一是外物損傷,如鳥擊、冰擊、雷擊;二是系統問題,如風擋玻璃有質量問題,或是加熱系統發生故障導致玻璃過熱,抑或是風擋玻璃安裝有問題。無論何種原因導致破裂,都不該出現爆碎的情況,這是飛機設計的安全標準。

美國事故調查委員會曾做測試,當一架波音747飛機上出現一個約0.3平方米的洞時,坐在洞旁邊的人會被大約半噸的力向外拉扯,直到100秒鐘后飛機內外氣壓達到平衡。

所以,安裝或更換飛機風擋是一件非常慎重的事情。一架空客A320飛機要更換風擋,程序包括拆裝螺絲、拆裝蓋板、鏟除密封膠等,需要4名機務人員花費12個小時才能完成工作。

當然,即使發生風擋玻璃破裂的情況,受過嚴格訓練的飛行員也有讓飛機平安落地的方法。飛行員可以用筆或者指甲來檢測內層玻璃有沒有破損。如果內層玻璃沒有破損,只是外層或者中層有裂紋,那么飛機暫時是安全的,可以繼續飛行。如果內層玻璃破損,則應該立即下降,降低飛機內外壓差,避免情況進一步惡化。不過,大部分飛機都可以依靠自動著陸系統實現落地,因此旅客在乘坐飛機時,沒有必要對風擋破裂杞人憂天。

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