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科技小故事
飞机窗为什么不是方形?
  飞机的舷窗为什么是圆角而不是方形?这要从飞机的演变历程开始讲起。
  曾几何时,飞机给人的印象还不是一种交通工具,更多的是军事武器,民航事业只能在夹缝中发展。后来,全新的喷气式发动机技术诞生了,英国人率先将它从军事领域下放至民航客机上。彗星型客机是第一种以喷射引擎为动力的民用飞机,成为航空史上耀眼的里程碑。
  彗星型客机集成了当时几乎所有最先进的科技。4台内埋式喷气式发动机提供动力,超轻铝合金蒙皮,宽大敞亮的方形舷窗。这种新式客机能飞上12000米的平流层,躲避恶劣天气,还能以接近800公里的时速稳定飞行。为了抵抗万米高空的低气压,彗星型客机史无前例地搭载了加压系统,使舱内温暖舒适。
  1952年,彗星型客机迎来了首次航行,平稳舒适又不失速度的乘坐体验让它毫不费力地登上了头版头条。所有乘坐过彗星型客机的人都给予了完美的评价。
  然而,危机却也悄悄到来。1954年的一天,一架编号781的彗星型客机即将出航。飞机正常起飞,随后便快速爬升至10000米的高空,增压装置随之启动。在平流层,781号遇上了另一架同一航线客机,两架客机用无线电互相报告了飞行情况。突然,781号航班的信号毫无征兆地中断了,之后机场空管中心尝试了无数次也没能联系上。
  与此同时,离罗马机场不远的厄尔巴岛上,一群正在补网的渔民眼睁睁看着一堆飞机残骸砸向海面。
  当时的客机并没有现在的“黑匣子”。意大利病理学家赶到现场对遇难者进行尸检。尸检的结果让所有人都震惊了,多数遇难者的四肢骨折,很多尸体的颅骨发生了骨折,并且所有人的肺部都像气球一样爆裂。从来没有人见过这样的伤势,客机的事故引发社会的恐慌。没过多久,空难又一次上演,惊人的相似预示着两起事故绝非巧合!
  经过4个月的残骸打捞,调查组终于收集到足够的残骸还原事故的经过。事故中大量行李物品、杂物都被甩到了机舱尾部,这证明了爆炸发生在机舱的前方。两次事故最让人费解的地方就是遇难者离奇的颅骨骨折与肺部爆炸。调查组认为肺部的爆炸损伤可能与彗星型客机独一无二的加压舱有关。果然,在实验中,调查组模拟了彗星型客机在11000米高度时的内外气压条件。然后有意让机身模型开裂,结果模型发生了剧烈爆炸。但是最关键的问题依旧没有答案。究竟是什么力量让机舱在平稳的飞行中开裂的呢?
  彗星型客机的蒙皮采用的是当时颇为前卫的铝合金材质,厚度虽不大,但强度绝对可靠。飞机制造商的实验证明这种机身设计的使用寿命可以达到1万次起降。调查又一次陷入了僵局,调查组只能用最粗暴的方法求证——完全模拟飞机的实际工作情况。
  他们斥巨资建造了一个超大型水槽,容量达到1190立方米。水槽可以产生与实际飞行相同的载荷,从而模拟飞机从起飞到着陆过程中的变化。
  实验才进行了不到一个月,实验机身就出现了意想不到的状况。水槽中的机身蒙皮出现了一个两米长的裂痕,顺着舷窗与舱门延伸开来。而此时实验机身仅仅相当于经历了3000个起降周期,根本没有达到制造商承诺的水平。进一步的针对性实验发现,裂痕最初产生的部位正是舷窗处,而真正的元凶竟然是方方正正的舷窗!
  原来,这种设计用在运输机上并不会有任何问题。但客机需要添加舷窗和舱门,蒙皮的开口将承受巨大的应力。偏偏“彗星”客机采用了新式的加压机舱,在高空平流层,内外的压力差产生了额外的应力。而方形舷窗边角处的应力集中尤为严重,实际要承受数倍的应力。在交变应力的作用下,舷窗边角处的铝合金材料因金属疲劳产生微观的裂纹,进而发展为可见的裂痕。至此,“彗星”客机的悲剧终于真相大白。
  这场事故不仅提高了人们对金属疲劳和应力集中的认识,让方形的窗户几乎在客机上销声匿迹,更重要的是直接促成了“黑匣子”的诞生,让空难的原因变得更易调查。悲剧时有发生,但一次次惨痛教训后的反思与总结所体现出的精神才是人类最伟大的一面。

(张军)


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