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飞机“眼睛”的那些事儿

时间:2021年07月09日   来源:

20216,某航空公司一架波音737客机在万米高空突遇驾驶舱左前风挡外层玻璃破裂。在公司和机组的共同决策下,航班在临近机场安全降落。该公司发布声明称,本次发生破裂的为外层玻璃。外层玻璃不是结构层,不承受结构力,只提供刚度、硬度,以防划伤、鸟击和外来物损伤。经检测,该飞机风挡承受结构力的中间层和内层均完好。

一时间,飞机风挡的安全性再次成为大家关注的话题。飞机的玻璃窗户到底结不结实?如果风挡玻璃破裂,飞机还能安全飞行吗?

飞机“眼睛”的由来

如果将飞机比作人的话,那么驾驶舱风挡这一航空结构透明件就是飞机的“眼睛”。飞机风挡的制造历史,其实也是一部飞机的发展史。

早期的飞机压根儿就没有风挡,飞行员只需戴一副风镜。20世纪20年代,制造商生产出了带风挡的飞机,一开始使用的材料还是普通玻璃,后来随着飞行速度的加快,风挡材料变成了复合玻璃。直到20世纪50年代,有机玻璃或钢化玻璃的多层复合结构风挡才出现。

第二次世界大战后,飞机开始变成增压飞行。飞机风挡逐渐往一体化、集成化与轻薄化的方向发展,实现了光学性能、结构强度与特殊功能的综合优化,为飞行员创造了更加安全、舒适、高效的驾驶环境。

早期飞机的风挡使用的是平面玻璃,多数采用非承载的结构形式,由主风挡、侧窗和固定窗共6块玻璃组成。风挡仅承受自身的气密载荷,而不参与机身载荷的传递,因此窗框比较笨重,气动阻力大。到了20世纪末,新一代飞机采用流线型机头的双曲风挡设计,风挡玻璃热加工成曲面,质量高、外形美观,不仅减小了机头阻力,还减轻了机头的重量,符合空气动力学的原理。例如,国产大飞机C919的驾驶舱就采用了4块曲面承重风挡的宽视窗设计,像一个全景天窗,为机组提供了非常开阔的视野。

随着科技的发展,制造技术向高可靠性、低成本、高效率方向发展,材料技术更加追求多功能性、智能化与轻量化。波音787飞机的4扇式风挡与飞机外形浑然天成,风挡最外层采用化学钢化玻璃以提高强度和耐磨性,内层则选用定向有机玻璃。二者的结合既减轻了整体重量,又保证了足够的安全性能。

飞机“眼睛”的功能

风挡是飞机重要的功能部件。作为机身的一部分,它不仅要保持机头的流线型外形,还具有保证结构完整的功能。这是现代民航客机风挡像千层饼那样有多层结构的原因,也使得单层玻璃破裂难以影响飞机的飞行安全。例如,空客A320飞机的风挡重量约为35千克,共有3层,总厚度为3厘米~4厘米,最外层为热钢化玻璃,中层和内层为化学强化玻璃。为避免飞行员受到尖锐碎片的伤害,风挡的内层玻璃必须采用非碎裂性材料。各层玻璃通过聚氨酯层和PVB层粘连在一起。

在正常情况下,驾驶舱风挡可以承受5倍飞机最大内外压差载荷。在一层结构层(内层或者中层)破裂后,其仍然可以承受2倍飞机最大压差载荷,是非常安全的。另外,风挡还可以承受1.8公斤的鸟在最快飞行速度(约0.8倍音速)下的撞击。

作为飞机的“眼睛”,风挡还须具备良好的光学性能,哪怕是在特殊的气象条件下,也能为飞行员提供清晰的视野。由于飞机前风挡是由多层玻璃复合而成的,这就为其他功能的设计创造了空间。例如,最外层玻璃的内侧安装有透明的导电覆盖膜用于除冰,而内层的玻璃之间有除雾层。

为确保飞机在大雨中安全落地,早期的外层风挡玻璃上还会涂抹防雨剂,让雨水在表面快速滑落。现在的外层风挡玻璃则刷上了特殊的防雨材料,令雨水不会沾在上面。而且飞机在高速飞行的状态下,风挡玻璃边缘产生涡流,更容易带走积冰或者雨水。

飞机“眼睛”不会随便失明

那么,什么会导致如此结实的飞机风挡玻璃破裂呢?从理论上讲,起因大致可分为两类:一是外物损伤,如鸟击、冰击、雷击;二是系统问题,如风挡玻璃有质量问题,或是加热系统发生故障导致玻璃过热,抑或是风挡玻璃安装有问题。无论何种原因导致破裂,都不该出现爆碎的情况,这是飞机设计的安全标准。

美国事故调查委员会曾做测试,当一架波音747飞机上出现一个约0.3平方米的洞时,坐在洞旁边的人会被大约半吨的力向外拉扯,直到100秒钟后飞机内外气压达到平衡。

所以,安装或更换飞机风挡是一件非常慎重的事情。一架空客A320飞机要更换风挡,程序包括拆装螺丝、拆装盖板、铲除密封胶等,需要4名机务人员花费12个小时才能完成工作。

当然,即使发生风挡玻璃破裂的情况,受过严格训练的飞行员也有让飞机平安落地的方法。飞行员可以用笔或者指甲来检测内层玻璃有没有破损。如果内层玻璃没有破损,只是外层或者中层有裂纹,那么飞机暂时是安全的,可以继续飞行。如果内层玻璃破损,则应该立即下降,降低飞机内外压差,避免情况进一步恶化。不过,大部分飞机都可以依靠自动着陆系统实现落地,因此旅客在乘坐飞机时,没有必要对风挡破裂杞人忧天。

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