问题

客机窗户为什么是圆的?

回答
客机窗户之所以被设计成圆形(或者更准确地说,是带圆角的方形),背后其实蕴含着不少工程学的智慧和对安全的考量,这可不是随便哪个形状都能胜任的。

你想想,飞机在天上飞,可不是安安静静地待着。它要承受巨大的内外压差。飞机在高空飞行时,外面空气稀薄,气压很低,而客舱内为了让乘客舒适,需要保持一个相对较高的气压。这就像你把一个气球吹得鼓鼓的,里面的气压肯定比外面高。

如果窗户是尖锐的、有棱角的,比如方形,那么在压力差的作用下,应力(就是材料承受的拉扯力)就会集中在那些尖角上。你可以想象一下,就像你用手指使劲按压一张纸的边缘,那个点受到的力就特别大。在材料科学里,这种情况叫做“应力集中”。

如果窗户是方形的,这些应力就会在窗户的四个角上不断叠加,尤其是飞机在起降过程中,气压变化会更剧烈,每一次起降都是对窗户的一次考验。时间一长,这些集中在尖角的应力很容易导致材料出现裂纹,进而引发灾难性的后果——窗户破裂。一旦窗户破裂,客舱内的空气会瞬间喷出,巨大的气压差会瞬间改变,飞机结构也会受到严重破坏,这是绝对不允许发生的。

所以,工程师们就想到了一个办法:把窗户的角做成圆的。圆角的作用是什么呢?它提供了一个平滑的过渡,把原本集中在尖角的应力分散开来,均匀地分布在整个圆形的边缘上。就像你用圆润的石头去压纸,应力分布会更加均匀,不容易造成局部过载。这样一来,窗户承受压力的能力就大大增强了,也更不容易因为应力集中而损坏。

其实,你仔细看,客机窗户也不是一个完美的圆。它更像是把一个方形的角给切掉,然后变成了一个圆角。这种设计既能保证视野相对开阔,又能有效地分散应力。

你知道吗,早期的飞机,比如螺旋桨飞机时代,有些飞机窗户也用过方形的。但随着喷气式飞机在高空高速飞行,内外压差越来越大,这种方形窗户的潜在危险也暴露了出来。历史上就发生过几次因为窗户破裂导致飞机失事的惨剧,其中一个著名的例子就是1954年“哈德森河空难”之前的英国“彗星”客机事故。调查发现,事故原因之一就是金属疲劳在机窗的尖角处引发了裂纹,最终导致了飞机的解体。

正是这些血的教训,让工程师们更加重视窗户设计的重要性,并将圆角设计变成了客机窗户的标配。

所以,下次你坐飞机,看到那些圆圆的窗户时,可以想一想,这不仅仅是为了好看,更是为了让你们一路平安,背后凝聚了多少心血和智慧。每一个小小的设计细节,都关乎着飞行安全。

网友意见

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这其实都是些血和泪的教训

世界上第一架喷气式客机彗星客机由英国德·哈维兰公司制造并投入使用,采用0.5cm铝制蒙皮包覆,飞行高度可达10000米。

彗星客机的出现和使用本标志着民航飞机步入喷气时代,但1953年至1954年期间,“彗星”1型客机接连发生了3次坠毁事故,导致彗星客机停飞。大大打击了人民对喷气式客机的热情,有不少报社,砖家对喷气式飞机提出了质疑,人是否可以适应如此高速的巡航,现在看来这些都是啪啪的打脸……

彗星客机失事调查随之展开,由于彗星可飞行于万米高空,机舱的加压是必不可少的,但请注意!!!频繁的加压使得结构金属疲劳,对没错,我说的就是窗框,大家可以把图片放大,彗星的窗框是方形,应力集中于四角四角的金属疲劳尤为严重,容易产生裂纹,最后裂纹开裂,客舱失压,机毁人亡……

飞机里一堆匪夷所思的规定和设计,其实很多都是航天航空史里血和泪的教训,这些教训帮助飞机飞的更快更高更安全,保障着我们的出行。(图来自real engineering,由评论区纠正)

以下来自百度百科

1954年1月10日,一架英国海外航空公司(BOAC)的“彗星”1型客机(航班编号781号)从意大利罗马起飞飞往目的地英国伦敦。飞机起飞后26分钟,机身在空中解体,坠入地中海。飞机上所有乘客和驾驶舱乘员全部遇难。这次事故震惊了全世界,英国成立了专门的调查组调查事故。该型停飞两个月。由英国海外航空公司总裁保证不会出事后时隔不久,另一架彗星客机也发生了同样的空中解体事故,坠毁在意大利那不勒斯附近海中。在一年的时间里,有3架彗星客机在空中解体坠毁。

“彗星”号空难事件的调查,一方面由英国政府组织打捞失事的“彗星”号残骸和遇难者的尸体进行研究。检查发现,死者肺部有因气体膨胀而引起的破裂伤痕,说明内部气压突然减小,使人肺内气体急骤膨胀而破裂。打捞出来的飞机残骸中,在飞机舷窗发现有裂痕。这个事实支持了尸检得出的结论。另一方面的调查由德·哈维兰公司主持,对正在生产和已经停飞的“彗星”号客机逐个进行严格的检查,并将一架飞机放在水槽中进行试验,对水反复加压,加大流速,模拟飞机在空中高速飞行时受到各种影响。这项实验进行了9000多个小时,发现飞机蒙皮发生了裂痕,与失事飞机残骸上的裂痕一样。最后得出的结论是:“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了解体事故。产生这种裂纹的原因是由于高空飞行的“彗星”客机使用增压座舱,长时间飞行频繁起降使结构反复的承受增压和减压引发飞机铝制蒙皮的金属疲劳。

“彗星”号空难事件原因是当时对于金属疲劳并没有多少认识,飞机设计并没有相应的对策,使飞机结构上产生裂纹并扩展。对事故的调查让航空界开始重视对于压力反复变化对飞机结构影响和研究金属疲劳问题,为后来飞机研制解决金属疲劳问题打下了基础。例如彗星客机最初采用方形舷窗,使用加压客舱的客机多次起降,在方形舷窗拐角处会出现金属疲劳导致的裂隙。后来客机舷窗采用圆形或设计有很大的圆角,是为了减小应力集中,提高金属疲劳强度。



更新一哈:

感谢评论区的用户所做的补充

航空事业发展中血和泪的教训是在太多,无法一一列出,我选了以下几个说明

  1. 乘务员在起飞前强调的救生衣,机舱内不可充气。

1996 年11月23日,由埃塞俄比亚飞往肯尼亚的埃塞俄比亚航空公司767-260型飞机ET961,在飞行过程中被劫持,飞机在接近科摩罗的印度洋上燃料耗尽而坠毁,机上175名乘客和机组人员,有125人遇难。

飞机以320km/h在海上迫降,在此之前机师曾以广播的方式告知乘客不得在机舱内充气救生衣,但仍有不少乘客将之充气,机舱入水后,由于救生衣巨大的浮力,将乘客牢牢卡在机舱天花板上,从而溺死……事故中只有50人生还,本可以有更多,但是却因为救生衣机舱内充气成了“夺命”衣而遇难……

2. 禁止托运锂电池

2010年9月3日 美国联合包裹运输公司747-400F(SCD)全货机,在迪拜机场起飞不久,驾驶舱出现烟雾,不久坠毁,2名飞行员丧生。


调查人员发现,在飞行途中,货舱中所搭载的81000颗锂电池起火,导致飞机操作困难,机组人员只能用自动驾驶维持平衡。机长打算返回迪拜,但烟雾慢慢笼罩了驾驶舱,使机组人员看不清仪表盘。大火迅速蔓延,使得机长的氧气罩无法提供氧气,机长在摸索备用氧气罩的过程中,被浓烟呛倒,失去意识。

此时,仅剩副驾驶独自驾驶飞机,驾驶舱的烟雾太浓,使其无法更改通信频率。在飞出巴林的雷达信号后,巴林的航管员只得获取阿布扎比的航管员提供的飞行数据,然后通过另一架飞机转告。

尽管如此,飞机最后还是在迪拜的一个军事基地附近坠毁,2名机组人员死亡,但是副驾驶在最后时刻避开了迪拜的居民区,避免了更大伤亡。

本次事故导致美国政府对航空货运实行新的限制措施,并实行锂电池包装新方法。该措施将包括对锂电池包装的新要求及对锂电池和电子产品运输的限制。UPS在事后不仅设计了一款全新的货柜,能够抵挡住更加剧烈的大火,而且引进了全罩式氧气面罩(单手带上只需要三秒)以及EVAS(视景增强保护系统,Enhanced Vision Assurance System,这套系统会提供一个全密闭的气囊,即使驾驶舱被浓烟笼罩也可以看清仪表及窗外)。



持续更新………

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