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飞机舷窗为什么不是方的

2017-07-12 15:30 来源:大飞机报

  资料图

  透过飞机舷窗从上帝视角俯瞰地面美景,向从未到过的城市说“Hello”,或者是对久居离别的城市说“So Long”,你有千百种理由选择靠窗户的座位。毫不夸张的说,飞机舷窗就是乘客的天空之眼。当你在欣赏窗外美景的同时是否关注过窗户本身,是否想过飞机窗户为什么比汽车或者高铁的窗户小那么多,它的形状为什么不是方形的呢?

  民航史“窗”之殇

  20世纪50年代,德哈维兰公司生产的“彗星”把商用航空业带入喷气时代,这是航空运输史上一个重大的事件,但也是一个不幸的事件。1953年两架飞机相继在空中解体,总共56人罹难。调查事故的原因,竟然仅仅是因为这款飞机采用了方形的窗户设计。

  当时人们对应力集中的影响还没有足够的认识。应力集中与开口尺寸大小和几何尖锐程度密切相关。方形窗四个尖角处的应力水平明显高于平滑过渡的椭圆和圆形。压力差、金属疲劳和应力集中这些因素的综合影响是致命的,机体残骸分析证明方形窗两个尖角处的应力集中正是飞机空中解体的始作俑者。今天,所有的飞机都使用椭圆形的窗户,以避免这种应力集中,并需要根据适航要求开展综合疲劳试验进行验证。

  “黑”旋风来袭

  德哈维兰·彗星事故之后,在设计飞机舷窗时,需要反复权衡开口形状和尺寸,分析验证开口周边的补强结构设计。很长一段时间,飞机舷窗的尺寸大小几乎没有变化,直到波音787客机的出现。其中显而易见的黑科技是用电致变色技术替换了机械式遮阳板,给飞机舷窗戴上了可以调节明暗度的超大墨镜,瞬间提升了客舱的科技感。

  目前最先进的民机超过50%的“骨骼和肌肉”由碳纤维复合材料组成。复合材料是名符其实的“黑”科技,不但长相“黑”,同时具有轻质、高比强度、抗疲劳、耐腐蚀和可设计等一系列优点。飞机舷窗尺寸的变大正是得益于复合材料优异的抗疲劳性能。

  为适应复合材料特点,结构构型必须做出改变,制造工艺必须找到结构性和经济性之间的平衡点。为此航空巨头也是煞费苦心,在原材料和工艺的选择上给出了不同的答案。经过数十年的研究和积累,波音在787客机上设计了扁平的窗框构型,采用短切纤维加模压工艺的制造方案,其最大的特点是成型速度快。而空客选择了“L”型的窗框截面,制造方案采用编织复合材料加液体成型工艺。两家的共同点是都改变了传统金属窗框的构型,并且根据制造工艺和能力选择材料和结构构型。这也是航空业秉持面向制造的设计思想的体现。

  无“窗”减重,颠覆还是疯癫

  为弥补窗框开口带来的结构刚度和强度的损失而设计的补强结构重量大约是开口切除部分的3倍。无窗的设计可以避免开口对结构削弱,也不需要额外的补强结构,减少了零件数量,因此无窗的飞机不但更轻更坚固,而且装配工时和成本更低。从飞机结构设计师角度出发,理想的飞机结构是没有窗的。

  通过在机身外侧安装的摄像机,将捕捉到的图像投射到机舱内的屏幕上,营造出“敞篷飞机”般的视觉效果,屏幕也可以华丽转身变成娱乐系统。当然任何新的飞机技术的发展都充满挑战和质疑。其中最大的质疑声来自人为因素和安全隐患。航空制造商根据航空公司需求生产飞机,航空公司则根据乘客需求订购飞机。波音调查数据显示,大部分乘客还是习惯有窗的飞机。在一个密封的容器中飞行而不清楚外部情况,大部分人会感觉到恐慌。同时飞机舷窗存在的意义不仅仅是让乘客向外看,也是方便在紧急事件发生时救援人员能看到机舱内部情况,依据舱内情况实施救援措施。(唐凌巍)

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