關于飛機舷窗有哪些你不知道的？
2020年08月24日
乘飛機出行，不少旅客喜歡選擇靠窗的座位。畢竟，從空中俯瞰地面的體驗非常不錯，窗外的風景也是美不勝收的。可是對于飛機上的窗戶（學名叫作舷窗），還有哪些你不知道的知識呢？
飛機上的窗戶為什麽不能打開
民航客機巡航高度往往在1萬米左右，這個海拔高度的氣壓和溫度都不適宜人類生存，只有把飛機客艙設計成密閉型的，同時為客艙增壓，才能保證旅客在飛行途中的安全、舒適。
我們知道：海拔越高，大氣壓越小，含氧量就越少，萬米高空的氣壓大約是30千帕（1個標准大氣壓約為101千帕），含氧量只有海平面的30%左右。一般而言，飛機巡航時客艙內的壓力會被增加到相當于海拔2400米~3000米的大氣壓力水平，溫度也會調整至讓旅客感到舒服的範圍。客艙增壓後，飛機內外的壓力差很大，如果突然打開飛機窗戶，或者窗戶出現破裂，就會導致飛機艙內氣壓瞬間降低，艙內物品包括旅客都會被吸出窗外。即使沒被吸出去，由于氣壓和溫度驟降，人暴露在這樣的環境下，瞬間就會有生命危險。
此外，海拔每升高1000米，溫度會下降6攝氏度。在萬米高空，飛機外的溫度為零下50攝氏度~零下30攝氏度，人在這樣的溫度下很快就會失去意識。民航客機的巡航速度在800千米/小時左右，在這種情況下打開窗戶，巨大的風阻會把客艙內吹得七零八落。
不少人都看過根據川航3U8633航班備降成都事件創作的電影《中國機長》，影片真實還原了飛機風擋爆裂脫落、客艙釋壓的瞬間：副駕駛半個身子一下子被吸出窗外，幸好有安全帶綁著，又幸虧破裂的是正面風擋，他被風頂回了駕駛艙。如果是側窗破裂被吸出去，副駕駛幾乎沒有生還機會。當時飛機在9800米高空，飛行速度為800千米/小時，風擋破裂後駕駛艙內溫度驟降至零下40攝氏度，釋壓瞬間駕駛艙內沒有固定的物品幾乎全被吸走，機長的平板電腦一下子就飛出窗外，各種儀表包括駕駛員身上的衣物都被大風破壞、撕裂。
世界航空史上類似的飛機窗戶破裂事件還有不少。1990年6月10日，英國航空一架飛機從伯明翰起飛後，駕駛艙一塊風擋玻璃突然飛脫，並將機長上半身吸出機外，機組人員拼死拉住機長的雙腿，最終由副駕駛駕駛飛機安全降落，機長才奇迹般生還。2018年4月17日，美國西南航空一架波音737型客機在巡航時，突然左側引擎爆炸、碎片擊碎舷窗，1名女性旅客半個身子被吸出窗外，最終傷重不治。
飛機上的窗戶為什麽是圓角的
經常坐在靠窗位置的旅客肯定會注意到，飛機的舷窗都是圓角的，而不是像家裏的窗戶那樣是直角矩形。這樣設計是為什麽呢？
其實，這種設計也跟現如今飛機越飛越高有關系。飛機在巡航高度時，客艙需要增壓增溫，才能讓旅客舒適乘機。當飛機飛到一定高度後，機艙開始增壓，會導致內部壓力比外部高，所以機身會向外膨脹。物理學中有一個小知識，如果在一個物體上持續施加壓力，到了臨界點，物體就會斷裂或破碎。以飛機來說，當內部壓力持續往外推的時候，機殼就會脹裂。
這跟飛機窗戶是圓是方有何關系呢？這就要講到“應力集中點”。一般而言，在平滑的表面上，壓力是平均分散的，但如果上面多了一個方形窗戶，壓力就會特別集中在窗戶的四個角，這就是所謂的“應力集中”。應力集中通常發生在物體表面有尖角、孔洞、缺口、溝槽的地方，該處所受的應力會比其他地方更大。舉一個簡單的例子，如果你把一條粗細跟狀態都相同的繩子剪出一個小缺口，並兩端施力，先斷裂的地方必定是缺口處。
在飛機機身這樣一個完美的圓筒上，壓力會很順利地穿過材料，但是它的流動會被窗戶打斷，如果這個窗口是矩形的話，那麽它對壓力流的打斷將會更加明顯。最重要的一點是，壓力會積壓在矩形窗戶的四個鋒利尖銳的角上，這有可能最終導致舷窗玻璃破碎以及機體受損。而如果窗戶是橢圓形或圓形的，壓力的分布會更加平衡，能更好地保護飛機機身的完整性。
而在發現這一點之前，人類已為此付出了沈重的代價。20世紀50年代，英國研制出人類曆史上第一款噴氣式民航客機——彗星（Comet）號，這款飛機不僅速度快（可達788千米/小時，這是當時其他客機無法相比的），而且采用密封式座艙，可飛得更高，平穩性和舒適性也是前所未有的。但是，1952年~1953年，“彗星”號接連發生了3次飛行事故。後來，事故調查報告顯示，其失事原因是窗戶角附近所承受的壓力比預期高了非常多，而且機身所承受的壓力也比之前實驗的和預期的要高，而罪魁禍首就是因為窗戶的形狀是正方形。由于彗星可飛行于萬米高空，機艙的加壓是必不可少的，頻繁的加壓使得結構金屬疲勞，方形窗框應力集中于四角，四角的金屬疲勞尤為嚴重，容易産生裂紋，最後裂紋開裂，客艙釋壓，最終導致飛機解體。
這之後，客機舷窗采用圓形或設計有很大的圓角，圓角的舷窗雖然也造成壓力不平均，但是壓力點均勻分布在圓弧的各個點上，就不會産生像方形窗戶那樣應力集中的情形。
飛機舷窗玻璃上為什麽會有一個小孔
細心的旅客一定會發現，在飛機舷窗玻璃都有一個小孔，它有什麽用處呢？
其實，這個小孔叫“呼吸孔”，也可稱為“通氣孔”。飛機舷窗分內、中、外三層，呼吸孔位于中層玻璃的中下部，能夠平衡夾層內的空氣氣壓與艙內氣壓，防止中層玻璃破裂，並使所有的壓力作用在外層窗戶上。並且當飛機飛行在萬米高空時，大氣溫度通常在零下50攝氏度，當窗戶玻璃承受不同的壓力或溫度時，可能産生水氣，此時的通氣孔可以通過“呼吸”來平衡濕度和溫度等，避免玻璃起霧或結霜，給旅客提供清晰的視野。
生活中，我們習慣說法為飛機舷窗玻璃，但舷窗卻不是真的玻璃，這種透明材料叫作丙烯酸類樹脂。這種樹脂有比玻璃輕、堅韌性更強及加工方便等特點，飛機舷窗的三層都是樹脂材料的，還具有一定的彈性。在這三層窗戶中，外層窗戶和中層窗戶屬于結構窗戶。這些結構窗戶的周邊均用橡膠進行封閉並被安置在飛機的機身上。內層窗戶，又被稱作保護罩，處于乘客這一邊，被安裝在機艙的內側。目的是當一層窗戶出現破損的時候，不會影響整機的安全。這三層窗戶的組合密封導致外層窗戶和中層窗戶之間留有微小間隙。這是兩層窗戶氣隙設計的關鍵部分，其中外層窗戶為主要結構窗戶，承受著飛行過程中的機艙氣壓。可以肯定地說，這種組裝形式構建了一個最安全的環境。這一組裝能確保中層窗戶受損後飛機還能安全著陸。維修手冊還警告說，若中層窗戶上出現裂縫，那麽客艙內不應繼續增壓。
進入21世紀後，航空領域因為大量複合材料的使用進入了新紀元。波音787因為大量使用強度較大的複合材料，減少了結構加強件，所以波音787的窗戶也增大不少。並且采用了“智能窗”技術，無須用手推拉機械式的遮陽板，按下電鈕，就可以隨心調節窗玻璃的色彩。這種智能控制透明度的智能窗戶采用了電致變色材料，可以在電壓作用下發生氧化還原反應，而不同的氧化還原態材料的吸收光譜不同，所以産生了深藍、淺藍和透明狀態。飛機上利用這種原理，通過施加電壓，控制材料的氧化還原狀態而達到顔色變深變淺，控制窗戶“開關”，還能控制半透明，不影響觀看風景。
說到波音787夢想飛機前所未有的大舷窗，就要講講為何一般飛機舷窗會很小。要知道，當年超音速飛機“協和號”的舷窗只有明信片那麽大。這與飛機的結構有關，飛機機體主要由蒙皮、桁條、隔框等組成，彼此交錯，橫豎組合，相連在一起。舷窗嵌在其中，所以大小會受到限制。“協和號”由于需要超音速飛行，對飛機結構的要求更高，機體上的加強件連接也更密集，所以在當時的材料技術條件下，它的舷窗就只能往更小設計了。（《中國民航報》、中國民航網 記者柏蓓）
新聞來源：中國民航網
