想象一下飛機(jī)的風(fēng)擋的工作環(huán)境，從夏季高溫50-60度的機(jī)場起飛，20分鐘后到達(dá)零下40度的萬米高空，享受著時(shí)速900公里的自然風(fēng)和機(jī)艙內(nèi)外的壓力差。接受溫度、高度、速度的三重考驗(yàn)。

 現(xiàn)代客機(jī)駕駛艙風(fēng)擋玻璃

    三層防護(hù)

    飛機(jī)的風(fēng)擋玻璃起初就是為飛行員遮風(fēng)避雨的，因?yàn)楦缙诘娘w機(jī)壓根就沒有風(fēng)擋，飛行員只有一副風(fēng)鏡。

    后來在飛行員和乘客鼓勵(lì)下，制造商生產(chǎn)帶篷子的飛機(jī)，這下就舒服了。不過那時(shí)候的飛機(jī)沒有增壓技術(shù)飛不高，所以風(fēng)擋有點(diǎn)像今天的私家車風(fēng)擋，能加溫但復(fù)雜程度不如今天的飛機(jī)。

    飛機(jī)風(fēng)擋進(jìn)化史大約是這個(gè)樣子：上世紀(jì)20年代用的是平板退火玻璃→30年代曲膠層纖維素復(fù)合玻璃→40年代用熱淬火膠層聚乙烯醇玻璃→50年代以后是有機(jī)玻璃或鋼化玻璃的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)風(fēng)擋。

    我們?cè)诓┪镳^看到的老飛機(jī)，很多風(fēng)擋玻璃都發(fā)黃了，這就是早期纖維素酯類玻璃的缺點(diǎn)。

    如今的波音、空客飛機(jī)的風(fēng)擋更像是一塊透明的玻璃墻，性能不俗，重量不輕。一塊A320的風(fēng)擋玻璃重達(dá)35公斤。

    既要承受壓力、溫度變化，又要承受鳥擊不碎。所以現(xiàn)代客機(jī)風(fēng)擋采用三層加密設(shè)計(jì)。

     空客320大修窗框拆解，螺絲口要涂抹油灰和鋅鉻酸鹽，主要起到防腐作用，而且上緊螺絲要使用扭力扳手。

    分為外層鋼化玻璃、中層樹脂玻璃、內(nèi)層化學(xué)鋼化玻璃，玻璃與玻璃之間還有其他材料的涂層和膠層。

    中層和內(nèi)層風(fēng)擋玻璃是機(jī)身結(jié)構(gòu)的一部分，根據(jù)飛機(jī)風(fēng)擋制造商PPG的數(shù)據(jù)，每層厚度約為8毫米，承擔(dān)著氣壓負(fù)載。

    中層風(fēng)擋是一個(gè)防失效結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)層玻璃破裂，它可以防止碎片飛濺，同時(shí)也承擔(dān)著一定的結(jié)構(gòu)負(fù)載。

    外層風(fēng)擋玻璃厚度約為3mm，是一個(gè)堅(jiān)硬耐磨的剛性表面，是外來物沖擊飛機(jī)的第一道防線，起到防止外來物體損傷和磨損的屏障作用，比如能抵抗1.8公斤重的鳥，以600公里時(shí)速撞擊。

    越南航空A321客機(jī)前風(fēng)擋加溫短路導(dǎo)致風(fēng)擋破裂，更換一次程序包括擰拆裝螺絲，拆裝蓋板，鏟除密封膠后在涂抹，4個(gè)機(jī)務(wù)12小時(shí)完成。

    43度恒溫加熱

    在外層和中層之間有一個(gè)納米厚的導(dǎo)電涂層，采用氧化銦錫，氧化銦錫是一種N型氧化物半導(dǎo)體，主要的特性是其電學(xué)傳導(dǎo)和光學(xué)透明的組合，其價(jià)格昂貴。

    在導(dǎo)電層與風(fēng)擋內(nèi)部通過匯流條連接，電流通過匯流條進(jìn)入導(dǎo)電層，氧化銦錫涂層通電產(chǎn)生熱量為風(fēng)擋加熱。風(fēng)擋加溫控制組件使風(fēng)擋溫度保持在43度。

    由于涂層原因，每個(gè)風(fēng)擋導(dǎo)電層的電阻不一樣，一般會(huì)在風(fēng)擋上有電阻代碼標(biāo)識(shí)，不同代碼代表不同的導(dǎo)電層的電阻值，便于匹配電壓與導(dǎo)電層電阻。

    根據(jù)波音737NG排故手冊(cè)，飛行中，若風(fēng)擋溫度小于37度時(shí)，加溫電路連通加溫；當(dāng)達(dá)到43度時(shí)，會(huì)降低電流保持溫度；如果溫度超過62度時(shí)，繼電器斷電，加熱電路切斷。

    加溫是防止風(fēng)擋結(jié)冰，飛機(jī)在中低空飛行時(shí)，空氣中的水汽大，有利于結(jié)冰；而高空的空氣干燥，隨不具備結(jié)冰條件，但在提高安全的前提下，依然要開啟。

    有知乎網(wǎng)友說，加溫不僅是為了防冰防霧，而是保證玻璃強(qiáng)度。飛機(jī)駕駛艙風(fēng)擋用的不是普通玻璃，而是復(fù)合材料，低溫下會(huì)變脆，所以加熱。

    美國航空周刊曾在一篇《風(fēng)擋失效》的文章中提及，溫度的變化會(huì)導(dǎo)致玻璃彈性發(fā)生變化。 因?yàn)楹涞拇皯艉艽嗳酰挚棺矒舻哪芰τ绕澍B擊的能力較弱，而溫暖的窗戶則更能抵抗撞擊造成的損害。

    另外，有20%的風(fēng)擋故障來自加熱失效，加熱失效警告發(fā)出不久后，一扇窗戶開始破裂，風(fēng)擋必須在短時(shí)間內(nèi)承受溫差導(dǎo)致的熱脹冷縮，而產(chǎn)生的局部應(yīng)力變化，此時(shí)，機(jī)組立刻采取應(yīng)急處置程序。

空客320的側(cè)窗上也的風(fēng)擋溫度傳感器

    在擋風(fēng)玻璃內(nèi)有恒溫器，以防止過度加熱，但恒溫器或溫度傳感器有可能會(huì)失效。 如果在飛行中發(fā)生這種情況，飛機(jī)的速度將被限制。 如果在地面誤操作加熱，并且沒有冷空氣降溫，可能會(huì)導(dǎo)致過熱，從擋風(fēng)玻璃上觀察時(shí)景物出現(xiàn)波浪變形。

    從波音777飛機(jī)開始時(shí) ，風(fēng)擋加溫是自動(dòng)打開，并在最后關(guān)閉，這一改進(jìn)旨在從繁瑣的“家務(wù)”勞動(dòng)中解脫，消除潛在隱患更專注飛行。

    曲面大屏玻璃

    在波音787的4扇式風(fēng)擋出現(xiàn)之前，客機(jī)的風(fēng)擋玻璃受成本、工藝、力學(xué)結(jié)構(gòu)、技術(shù)限制，都是近乎于平面的6扇窗結(jié)構(gòu)。為了與787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)。注意過787機(jī)頭的網(wǎng)友肯定會(huì)發(fā)現(xiàn)，787的風(fēng)擋面積很大，而且不能打開。國產(chǎn)C919也是采用這種設(shè)計(jì)。

    這就是駕駛艙設(shè)計(jì)的思路差異，駕駛艙風(fēng)擋設(shè)計(jì)者必須與不同的安裝要求相抗衡。在以往的飛機(jī)上，例如767、777、A330等，窗框被固定在機(jī)身結(jié)構(gòu)中，機(jī)長可以在地面開窗通風(fēng)，但這意味著玻璃不能承重。

    為了提高結(jié)構(gòu)可靠性，波音787取消了滑動(dòng)側(cè)窗設(shè)計(jì)，旨在讓風(fēng)擋免受破壞性負(fù)載。

 A350風(fēng)擋溫度傳感器

    空客A350也曾想采用4扇式風(fēng)擋，但是這就需要對(duì)機(jī)頭進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，重新風(fēng)動(dòng)吹風(fēng)，而且時(shí)間和成本上也耽誤不起，無奈只有采用老式六扇式風(fēng)擋。

    潮濕短路引發(fā)爆炸

    2013年1月15日，一架塞斯納獎(jiǎng)狀X公務(wù)機(jī)，從薩摩亞飛往悉尼的途中，高度45000英尺平飛，EICAS顯示左風(fēng)擋加溫故障，2分鐘后左風(fēng)擋外層爆裂，機(jī)組立即帶上氧氣面罩下降高度，宣布處于緊急狀態(tài)MAYDAY MATDAY，并轉(zhuǎn)向附近的斐濟(jì)納迪國際機(jī)場，飛行員報(bào)告風(fēng)擋裂縫沒有擴(kuò)大，安全落地。

    澳洲交通安全委員會(huì)（ATSB）調(diào)查結(jié)果，風(fēng)擋玻璃飛行時(shí)間3200小時(shí)，其頂部密封件磨損，水氣進(jìn)入?yún)R流條，并導(dǎo)致匯流條與加熱膜之間的電氣連接失效。 最終加熱膜開始燒壞，進(jìn)而導(dǎo)致玻璃外部非結(jié)構(gòu)面層的電弧和失效。

 破裂左前風(fēng)擋

    NASA曾做過測試，當(dāng)一架波音747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秒后飛機(jī)內(nèi)外氣壓取得平衡。

    外層風(fēng)擋破裂的飛機(jī)正在降落，客機(jī)的外層風(fēng)擋上會(huì)涂抹防雨劑，也稱為厭水涂層，所以不能再干風(fēng)擋上開啟雨刮器。

 防雨劑效果，左未涂，右涂抹。

    關(guān)于防雨劑多說一句，防雨劑最早使用在空客飛機(jī)上，由于早期的防雨劑含有氟利昂，在1996年1月1日起開始被禁。1998年，空客找到了不錯(cuò)的替代品，滿足環(huán)保和適航的要求。

    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。

    風(fēng)擋遭鳥擊保持形狀完好，看殘肢這鳥真不小，不過也有鳥擊撞穿后傷及機(jī)組的案例發(fā)生。鳥擊測試更多的是側(cè)重驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)的防護(hù)能力，壓縮空氣炮在不到一秒的時(shí)間內(nèi)模擬鳥群撞擊，向飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片發(fā)射8只剛解凍的重量達(dá)到680克的雞。模擬了高速飛行狀態(tài)下的鳥群撞擊。

    在正常情況下，駕駛艙玻璃可以承受5倍飛機(jī)最大內(nèi)外壓差載荷，當(dāng)一層破損后，仍然可以承受2倍最大壓差的載荷，也是非常安全的。有時(shí)我們會(huì)看到飛機(jī)玻璃破碎嚴(yán)重，但絕對(duì)比我們想象的要堅(jiān)固的多。

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