然而,随着飞机变得越来越先进,人们让它们飞得越来越高,以避免低层大气的气流颠簸、降低阻力、减少燃油消耗。因此,客舱必须密封加压,使乘客们能够在稀薄大气中保持舒适。
在一个完美的圆筒上,压力会很顺利的穿过材料,但是它的流动会被窗户打断,如果这个窗口是矩形的话,那么它对压力流的打断将会更加明显。最重要的一点是,压力会积压在矩形窗户的四个锋利尖锐的角上,这有可能最终导致玻璃破碎以及机体受损。而如果窗户是椭圆形的,压力的分布就会更加平衡。
比如:一个正方形的窗户弄出4个90° 的凹槽,创造了4个脆弱的部分。如果你家的墙上能看到砖或者灰泥,你也能发现如上图所示的从4个角延伸出去的裂缝。从工程的角度来说,那些尖锐的角叫应力集中点,会比其余部分承受约两到三倍的压力,因此很容易断裂开。
假如你是飞机设计者,你会怎么改造它?仔细观察的话,可以看到现在每一扇飞机窗户都是圆角的。曲线将压力分散到曲线上的每一点上,而不是像直角那样将压力集中到一点。后者倾向于拉扯飞机,并久而久之导致裂缝的出现。
不幸的是,直到两架飞机坠毁之后,工程师们才明白问题出现在方形窗户上。此后,所有航天器的窗户都被设计为圆形,用以保护机身的完整性。同样的原则也被应用在货船和舱室门上。当然了,船和航天器的窗户之所以是圆形,还因为它们有着更好的结构完整性。
原因一:飞机结构
客机的窗户小,主要是与飞机的结构有关。飞机的机体主要由蒙皮,桁条,隔框等组成。他们彼此交错,横竖组合,相连在一起。舷窗则镶嵌在其中,故它的大小受到限制。
其中,典型代表就是“协和”客机,该机由于需要超音速飞行,对飞机结构的要求更高,机体上的加强件连接也更密集,所以它的窗户只有明信片那么大。
原因二:窗户强度
此外,客舱窗户强度也是非同一般的。飞机上的舷窗不是玻璃的,它采用的是丙烯酸类树脂。这种树脂比玻璃轻、坚韧性强且加工方便。
通常,客舱内的窗户都采用“fail-safe”的设计理念,一般都由三层树脂材料组成,每扇圆形机窗都由三层分工明确的玻璃组成:外层负责承受舱内加压带来的压力;中层是为以防外层破裂而设置的保险层,虽然外层玻璃破裂的情况极为罕见;内层则充当画板,可供乘客随心所欲地涂涂抹抹。当一层窗户出现破损时,不会影响整机的安全。
梦想787
舷窗没有采用传统的遮光板,而是让通过电子按钮调节透光度
进入21世纪之后,航空领域因为大量复合材料的使用进入了新纪元。波音787因为大量使用强度较大的复合材料,减少了结构加强件,故它的窗户也增大不少,比起通常的客机大出近3成。
此外,上世纪80年代,电致变色材料被提出应用于建筑物、汽车、飞机等节能采光系统中,能动态调节太阳辐射透过率的“智能窗”(Smart window)也加入现代客机领域。2008年7月,波音公司在波音787飞机上采用了智能窗技术,舱窗玻璃淘汰了机械式舷窗遮阳板,采用了电致变色技术。相信随着技术的发展,飞机的窗户会越来越人性化~~~~~~
除此之外,你可能还会想到一个问题,那就是出现在所有的飞机窗户上的“透气孔”。它其实和内部和外部压力差所产生的压力和张力的管理有关系。用来确保外层玻璃能承受压力的冲击,同时保证中层的备用玻璃在发生紧急情况时能发挥作用。
一END一
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