2018年5月14日，四川航空一架空客A319飛機(jī)從重慶飛拉薩。在巡航階段，駕駛艙右座前風(fēng)擋玻璃意外破裂脫落，機(jī)組緊急下降高度并備降成都。
而在一個(gè)多月前，美國(guó)西南航空一架波音737飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片斷裂，打穿了飛機(jī)客艙的窗戶，飛機(jī)緊急下降。
這兩起飛機(jī)嚴(yán)重機(jī)械故障事件都因?yàn)轱w行機(jī)組的成功處置而安全落地。一時(shí)間，飛機(jī)風(fēng)擋再次成為大家關(guān)注的話題。人們不禁要問：飛機(jī)的玻璃窗戶結(jié)實(shí)嗎？我們乘坐飛機(jī)還安全嗎？
飛機(jī)“眼睛”的由來
如果將飛機(jī)比作人的話，那么飛機(jī)駕駛艙風(fēng)擋玻璃這一航空結(jié)構(gòu)透明件就是飛機(jī)的“眼睛”。飛機(jī)風(fēng)擋的設(shè)計(jì)制造歷史，其實(shí)也是一部飛機(jī)的發(fā)展史。
早期的飛機(jī)壓根兒就沒有風(fēng)擋，飛行員只戴一副風(fēng)鏡。后來在飛行員和旅客的鼓勵(lì)下，制造商生產(chǎn)出帶風(fēng)擋的飛機(jī)。上世紀(jì)20年代，飛機(jī)風(fēng)擋最早使用的是普通玻璃；后來隨著飛機(jī)飛行速度的加快，開始使用復(fù)合玻璃；在上世紀(jì)50年代后，變成了有機(jī)玻璃或鋼化玻璃的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)風(fēng)擋。
第二次世界大戰(zhàn)后，飛機(jī)開始變成增壓飛行，為了提高風(fēng)擋的抗鳥撞能力及防止飛機(jī)座艙玻璃突然破裂，美國(guó)和蘇聯(lián)開展了有機(jī)玻璃拉伸定向方面的研究工作。飛機(jī)風(fēng)擋逐漸往一體化、集成化與輕薄化方向發(fā)展，也更加注重透明件的人機(jī)功效，實(shí)現(xiàn)光學(xué)性能、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與特殊功能的綜合優(yōu)化，為飛行員提供更加安全、舒適、高效的駕駛環(huán)境。
早期飛機(jī)的主風(fēng)擋還使用平面玻璃，多數(shù)采用的是非承載的結(jié)構(gòu)形式，由主風(fēng)擋、側(cè)窗和固定窗共6塊玻璃組成。風(fēng)擋僅承受自身的氣密載荷，而不參與機(jī)身載荷的傳遞，因此非承載式風(fēng)擋的窗框比較笨重，氣動(dòng)阻力大。到20世紀(jì)末，新一代飛機(jī)采用了流線型機(jī)頭的雙曲風(fēng)擋設(shè)計(jì)，曲面質(zhì)量高，外形比較美觀，減少了風(fēng)擋數(shù)量和機(jī)頭阻力，并減輕了機(jī)頭重量。例如，我們的國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919飛機(jī)駕駛艙就采用了4塊曲面承重風(fēng)擋的寬視窗設(shè)計(jì)，感覺就是一個(gè)全景天窗，為機(jī)組提供了非常開闊的視野。
隨著科技的發(fā)展，制造技術(shù)向高可靠性、低成本、高效率、低應(yīng)力方向發(fā)展，材料技術(shù)更加追求多功能性、智能化、輕量化。波音787飛機(jī)4扇式風(fēng)擋與飛機(jī)外形渾然天成，風(fēng)擋玻璃熱加工成曲面，符合空氣動(dòng)力學(xué)。同樣，波音787飛機(jī)還改變了滑動(dòng)側(cè)窗設(shè)計(jì)，讓風(fēng)擋免受破壞性負(fù)載。其復(fù)合結(jié)構(gòu)風(fēng)擋玻璃最外層采用化學(xué)鋼化玻璃以提高強(qiáng)度和耐磨性，內(nèi)層選用定向有機(jī)玻璃。二者的結(jié)合既減輕了整體重量，又保證了足夠的結(jié)構(gòu)安全性能。
飛機(jī)“眼睛”的功能
對(duì)于現(xiàn)代民航客機(jī)來說，風(fēng)擋玻璃并不是薄薄的一層，而是像千層餅?zāi)菢佑卸鄬咏Y(jié)構(gòu)，這使得單一玻璃破裂也難以影響飛機(jī)的飛行安全。空客A320飛機(jī)的風(fēng)擋重量約為35千克，總厚度3厘米~4厘米。風(fēng)擋玻璃共有3層，最外層為熱鋼化玻璃，中層和內(nèi)層為化學(xué)強(qiáng)化玻璃。各層玻璃通過聚氨酯層和PVB層粘連在一起，旨在提高飛機(jī)防鳥擊能力和失效安全能力。最外層鋼化玻璃的內(nèi)側(cè)安裝有透明的導(dǎo)電覆蓋膜用于除冰，而內(nèi)層的玻璃之間有除霧層。
在正常情況下，駕駛艙風(fēng)擋可以承受5倍飛機(jī)最大內(nèi)外壓差載荷；在一層結(jié)構(gòu)層（內(nèi)層或者中層）破裂后，仍然可以承受2倍最大壓差的載荷，是非常安全的。另外，風(fēng)擋還可以承受1.8公斤的鳥在最快飛行速度（約0.8倍音速）下的撞擊。據(jù)統(tǒng)計(jì)，鳥撞風(fēng)擋/座艙蓋的次數(shù)占所有鳥撞事故的21.4%，居首位。為避免飛行員受到尖銳碎片的嚴(yán)重傷害，風(fēng)擋玻璃的內(nèi)層必須采用非碎裂性材料。
風(fēng)擋玻璃是飛機(jī)重要的功能部件。作為機(jī)身的一部分，它不僅要保持機(jī)頭流線型外形，還具有保證結(jié)構(gòu)完整安全和提供清晰視野的功能。作為飛機(jī)的“眼睛”，它要有良好的光學(xué)性能，為飛行員提供良好的視野。
飛機(jī)的風(fēng)擋如何確保飛機(jī)在大雨中安全落地？其實(shí)，最早的民航客機(jī)外層風(fēng)擋上有雨刮器，并且會(huì)涂抹防雨劑。防雨劑是在風(fēng)擋外形成一層厭水的膜，讓雨水在表面形成水滴狀并快速滑落。防雨劑最早在空客飛機(jī)上使用，由于早期的防雨劑含有氟利昂，自1996年起被禁止使用。而現(xiàn)在的飛機(jī)風(fēng)擋外層會(huì)有特殊的防雨材料，讓雨水不沾在玻璃上。而且飛機(jī)的駕駛艙玻璃是微凸流線型的，可以實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)除冰。飛機(jī)在高速飛行狀態(tài)下，風(fēng)擋邊緣產(chǎn)生一些渦流，更容易帶走積冰或者雨水。
可見，為飛行員提供清晰的視野并非易事。風(fēng)擋玻璃必須具備除冰、除霧、泄靜電、防雨水等多種功能，能通過電加熱、雨刷等措施保證在特殊氣象條件下飛行員有清晰的視野。飛機(jī)前風(fēng)擋是由多層玻璃復(fù)合而成的，不僅提高了風(fēng)擋的強(qiáng)度，也為其他功能的擴(kuò)展留下了空間，其中之一就是電加溫技術(shù)。如波音777飛機(jī)的風(fēng)擋加溫是自動(dòng)打開的，并在飛機(jī)關(guān)車后關(guān)閉。
一次罕見的駕駛艙開“天窗”
四川航空飛機(jī)風(fēng)擋破裂脫落事件發(fā)生后，中國(guó)民航立即對(duì)同一型號(hào)飛機(jī)的風(fēng)擋玻璃進(jìn)行了排查，并展開調(diào)查。
那么，什么會(huì)導(dǎo)致如此結(jié)實(shí)的飛機(jī)風(fēng)擋玻璃破裂呢？從理論上講，起因大致可分為兩類：一是外物損傷，如鳥擊、冰擊、雷擊；二是風(fēng)擋和相關(guān)系統(tǒng)問題，如風(fēng)擋玻璃有質(zhì)量問題，玻璃加熱系統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致過熱，或飛機(jī)風(fēng)擋安裝有問題。但無論何種原因破裂，都不能爆碎，應(yīng)該在破裂后保持原有完整性，這是飛機(jī)設(shè)計(jì)的安全標(biāo)準(zhǔn)。
在商業(yè)飛行超過百年的歷史中，風(fēng)擋玻璃發(fā)生像川航這樣嚴(yán)重的事件實(shí)屬罕見。飛機(jī)因?yàn)轱L(fēng)擋破損而造成的嚴(yán)重釋壓，幾乎是飛行員遇到的最嚴(yán)重的故障。美國(guó)事故調(diào)查委員會(huì)曾做過測(cè)試，當(dāng)一架波音747飛機(jī)上出現(xiàn)一個(gè)0.3平方米的洞，坐在洞旁邊的人會(huì)被大約半噸的力向外拉扯，直到100秒鐘后飛機(jī)內(nèi)外氣壓取得平衡。
1990年6月10日7時(shí)20分，英國(guó)航空5390航班準(zhǔn)時(shí)從英國(guó)伯明翰起飛，前往西班牙馬拉加。機(jī)長(zhǎng)是42歲的蘭開斯特，經(jīng)驗(yàn)豐富；副駕駛是39歲的阿奇森，有7500小時(shí)飛行經(jīng)歷。當(dāng)飛機(jī)爬升到5400米時(shí)，駕駛艙開了一個(gè)“天窗”，風(fēng)擋玻璃突然消失，機(jī)長(zhǎng)蘭開斯特的上半身被巨大的氣流吸出飛機(jī)。千鈞一發(fā)之際，沖進(jìn)駕駛艙的空服人員奧格登抓住了蘭開斯特的腰帶，副駕駛阿奇森則在全力地控制飛機(jī)。
因?yàn)轳{駛艙風(fēng)擋玻璃脫落，雖然飛機(jī)已經(jīng)在下降高度，但機(jī)艙內(nèi)的溫度很快降到了零下17攝氏度。副駕駛阿奇森將飛機(jī)的飛行高度調(diào)整到3000米，這一高度的大氣中富含氧氣，而且沒有其他飛機(jī)飛行。機(jī)組將飛機(jī)減速到300公里每小時(shí)，并向地面報(bào)告緊急情況。然而，呼嘯的風(fēng)聲讓阿奇森完全聽不清塔臺(tái)的回復(fù)，他焦急地等待地面同意落地的指令。
最終，在風(fēng)擋玻璃脫落后的第22分鐘，副駕駛阿奇森成功將飛機(jī)降落在跑道上，機(jī)上所有旅客毫發(fā)無損。機(jī)長(zhǎng)蘭開斯特和空服人員奧格登被送往醫(yī)院，經(jīng)過治療后身體都康復(fù)了。
英航事后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，風(fēng)擋玻璃脫落的原因竟然是螺絲釘！這架飛機(jī)在起飛前27小時(shí)曾更換風(fēng)擋玻璃，維修主管確認(rèn)，在90顆固定風(fēng)擋玻璃的螺絲釘中，有84顆的直徑比設(shè)計(jì)規(guī)格細(xì)0.026英寸（0.66毫米），其余6顆的長(zhǎng)度比設(shè)計(jì)規(guī)格短0.1英寸（2.5毫米）。這84顆稍微細(xì)一些的螺絲釘是導(dǎo)致風(fēng)擋玻璃高空脫落的罪魁禍?zhǔn)住?/p>
這次事故讓飛機(jī)設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)，如果從飛機(jī)內(nèi)側(cè)安裝風(fēng)擋玻璃，會(huì)比從外側(cè)安裝更牢固，因?yàn)楦呖罩械目諝鈮毫κ莾?nèi)部高于外部的。如果從內(nèi)側(cè)安裝風(fēng)擋玻璃，那么大部分空氣壓力將由玻璃外側(cè)的窗框承受，而不是小小的螺栓。所以，飛機(jī)此后就改進(jìn)了安裝方式，現(xiàn)在安裝更換風(fēng)擋是一件非常慎重的事情。如果一架空客A320飛機(jī)要更換風(fēng)擋，更換程序包括擰拆裝螺絲、拆裝蓋板、鏟除密封膠后再涂抹等，由4名機(jī)務(wù)人員花12個(gè)小時(shí)才能完成工作。
當(dāng)然，即使風(fēng)擋玻璃破裂，受過嚴(yán)格訓(xùn)練的飛行員也能駕駛飛機(jī)安全落地。隨著技術(shù)的進(jìn)步，飛機(jī)上的窗戶只會(huì)越來越多、越來越大。空客公司已經(jīng)在2010年巴黎航展上提出了全透明飛機(jī)的設(shè)計(jì)理念。可以肯定的是，飛機(jī)的“眼睛”會(huì)越來越明亮，飛行也會(huì)越來越安全。（《中國(guó)民航報(bào)》特約撰稿人 姚永強(qiáng)）
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