科普科教

科学普及

素材来源:航空工业

北航教授,中国工程院刘大响院士做客央视“开讲了”节目时,一位小朋友提了一个问题:为什么飞机的舷窗是圆的,而不是方的?刘院士现场做了简单回答,之后还专门请教了C919大型客机总设计师吴光辉院士,请他作了专业解答。两位院士的严谨学风令人赞叹。

建筑物的窗户大都是方的,为什么飞机的舷窗却是圆的?其实,飞机的舷窗原来也是方的,在一些老照片中还能看到老飞机的方形舷窗。飞机的舷窗由方改圆,始于20世纪50年代英国“彗星”号客机失事以后。

英国“彗星”号喷气式客机

“彗星”号客机是英国德哈维兰航空公司研制成功的世界上第一款喷气式客机,在民航飞机的发展史上具有里程碑意义。1949年7月27日首飞,1952年交付英国海外航空公司(BOAC),同年5月2日投入商业运营。相比于活塞式运输机,“彗星”号在技术上有许多重大创新,例如采用铝合金蒙皮,机身修长,光洁如镜;巡航速度达到788千米/小时,大约是当时活塞式运输机的1.5倍;巡航高度达到了12000米,进入了平流层,避免了对流层恶劣天气的影响,飞行更加平稳;采用机内增压系统,客舱内舒适温暖。

飞机首航,从英国伦敦飞往南非约翰内斯堡,一切顺利,乘客好评如潮,一时间飞机订单滚滚而来。

然而,厄运也在悄悄降临。

1954年1月10日,英国海外航空公司781号航班从意大利罗马飞回英国伦敦。飞机起飞后26分钟,空中解体,坠入地中海,机上乘客和机组乘员全部遇难。这起事故震惊了世界,英国成立了事故调查组,暂停“彗星”号飞行。

1954年4月,“彗星”号停飞不到两个月,在事故原因尚未查明的情况下,英国政府迫于航空公司的经济压力,同意其复飞。无奈决定刚刚做出,空难再次降临。4月8日下午6点32分,一架“彗星”号客机从罗马飞往埃及,机上21人,飞机起飞后33分钟,在地中海上空坠毁,无一幸免。

英国政府坐不住了!3个月内,接连摔下2架飞机。时任首相丘吉尔下令,由英国皇家航空研究院全权调查事故原因。10月19日,历时半年,在做了大量调查、分析与实验之后,事故调查组的最终结论是:导致“彗星”号空难的罪魁祸首是方形舷窗设计!

当然,这不是原话,事故调查组的原话是:“彗星”号飞行中由于飞机上的金属部件产生裂纹并扩展而造成解体事故。产生裂纹的具体原因是“彗星”客机高空飞行时使用增压座舱,长时间飞行、频繁起降使结构反复承受增压和减压产生的交变应力引发飞机铝制蒙皮金属疲劳,并在舷窗拐角处由于应力集中而产生微观裂纹,进而发展成为可见裂痕导致解体。

也正是由于这一原因,此后,飞机的舷窗统统改用了大圆角的椭圆形设计。

客观地说,在“彗星”号空难之前,人们对于金属疲劳问题并没有多少认识,在设计飞机时也不可能有所考虑。金属疲劳是指材料、零构件在循环应力或循环应变作用下,在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤,经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。疲劳破坏有一个突出特点,就是当材料和结构受到交变载荷的作用后,应力值虽然从未超过材料的强度极限,甚至在比弹性极限还低的情况下就有可能发生破坏。这就类似于反复弯折一段铁丝,用不大的外力就可以把它折断。抗疲劳,已经成为现代飞机设计的重要内容,航空从业者绝不允许“彗星”号的悲剧重演。

“彗星”号空难之后,英国德哈维兰公司一直试图扭转颓势,相继推出了“彗星”2、“彗星”3和“彗星”4等喷气式客机,无奈大势已去,同时波音和道格拉斯等后起之秀也强势崛起,相继推出了飞行性能、舒适性和经济性都更优越的民航客机,“彗星”号从此一蹶不振,1982年完成了最后一次载客飞行后,一代名机彻底陨落。“流水落花春去也,天上人间。”

TOP
Baidu
sogou