這其實都是些血和淚的教訓

世界上第一架噴氣式客機彗星客機由英國德·哈維蘭公司製造並投入使用,採用0.5cm鋁製蒙皮包覆,飛行高度可達10000米。

彗星客機的出現和使用本標誌著民航飛機步入噴氣時代,但1953年至1954年期間,「彗星」1型客機接連發生了3次墜毀事故,導致彗星客機停飛。大大打擊了人民對噴氣式客機的熱情,有不少報社,磚家對噴氣式飛機提出了質疑,人是否可以適應如此高速的巡航,現在看來這些都是啪啪的打臉……

彗星客機失事調查隨之展開,由於彗星可飛行於萬米高空,機艙的加壓是必不可少的,但請注意!!!頻繁的加壓使得結構金屬疲勞,對沒錯,我說的就是窗框,大家可以把圖片放大,彗星的窗框是方形,應力集中於四角四角的金屬疲勞尤為嚴重,容易產生裂紋,最後裂紋開裂,客艙失壓,機毀人亡……

飛機裏一堆匪夷所思的規定和設計,其實很多都是航天航空史裏血和淚的教訓,這些教訓幫助飛機飛的更快更高更安全,保障著我們的出行。(圖來自real engineering,由評論區糾正)

以下來自百度百科

1954年1月10日,一架英國海外航空公司(BOAC)的「彗星」1型客機(航班編號781號)從義大利羅馬起飛飛往目的地英國倫敦。飛機起飛後26分鐘,機身在空中解體,墜入地中海。飛機上所有乘客和駕駛艙乘員全部遇難。這次事故震驚了全世界,英國成立了專門的調查組調查事故。該型停飛兩個月。由英國海外航空公司總裁保證不會出事後時隔不久,另一架彗星客機也發生了同樣的空中解體事故,墜毀在義大利那不勒斯附近海中。在一年的時間裡,有3架彗星客機在空中解體墜毀。

「彗星」號空難事件的調查,一方面由英國政府組織打撈失事的「彗星」號殘骸和遇難者的屍體進行研究。檢查發現,死者肺部有因氣體膨脹而引起的破裂傷痕,說明內部氣壓突然減小,使人肺內氣體急驟膨脹而破裂。打撈出來的飛機殘骸中,在飛機舷窗發現有裂痕。這個事實支持了屍檢得出的結論。另一方面的調查由德·哈維蘭公司主持,對正在生產和已經停飛的「彗星」號客機逐個進行嚴格的檢查,並將一架飛機放在水槽中進行試驗,對水反覆加壓,加大流速,模擬飛機在空中高速飛行時受到各種影響。這項實驗進行了9000多個小時,發現飛機蒙皮發生了裂痕,與失事飛機殘骸上的裂痕一樣。最後得出的結論是:「彗星」號飛行中由於飛機上的金屬部件產生裂紋並擴展而造成了解體事故。產生這種裂紋的原因是由於高空飛行的「彗星」客機使用增壓座艙,長時間飛行頻繁起降使結構反覆的承受增壓和減壓引發飛機鋁製蒙皮的金屬疲勞。

「彗星」號空難事件原因是當時對於金屬疲勞並沒有多少認識,飛機設計並沒有相應的對策,使飛機結構上產生裂紋並擴展。對事故的調查讓航空界開始重視對於壓力反覆變化對飛機結構影響和研究金屬疲勞問題,為後來飛機研製解決金屬疲勞問題打下了基礎。例如彗星客機最初採用方形舷窗,使用加壓客艙的客機多次起降,在方形舷窗拐角處會出現金屬疲勞導致的裂隙。後來客機舷窗採用圓形或設計有很大的圓角,是為了減小應力集中,提高金屬疲勞強度。


更新一哈:

感謝評論區的用戶所做的補充

航空事業發展中血和淚的教訓是在太多,無法一一列出,我選了以下幾個說明

  1. 乘務員在起飛前強調的救生衣,機艙內不可充氣。

1996 年11月23日,由衣索比亞飛往肯亞的衣索比亞航空公司767-260型飛機ET961,在飛行過程中被劫持,飛機在接近葛摩的印度洋上燃料耗盡而墜毀,機上175名乘客和機組人員,有125人遇難。

海邊的遊客所拍下的

飛機以320km/h在海上迫降,在此之前機師曾以廣播的方式告知乘客不得在機艙內充氣救生衣,但仍有不少乘客將之充氣,機艙入水後,由於救生衣巨大的浮力,將乘客牢牢卡在機艙天花板上,從而溺死……事故中只有50人生還,本可以有更多,但是卻因為救生衣機艙內充氣成了「奪命」衣而遇難……

2. 禁止託運鋰電池

2010年9月3日 美國聯合包裹運輸公司747-400F(SCD)全貨機,在迪拜機場起飛不久,駕駛艙出現煙霧,不久墜毀,2名飛行員喪生。

美國聯合包裹運輸公司747-400F(SCD)

調查人員發現,在飛行途中,貨艙中所搭載的81000顆鋰電池起火,導致飛機操作困難,機組人員只能用自動駕駛維持平衡。機長打算返回迪拜,但煙霧慢慢籠罩了駕駛艙,使機組人員看不清儀錶盤。大火迅速蔓延,使得機長的氧氣罩無法提供氧氣,機長在摸索備用氧氣罩的過程中,被濃煙嗆倒,失去意識。

此時,僅剩副駕駛獨自駕駛飛機,駕駛艙的煙霧太濃,使其無法更改通信頻率。在飛出巴林的雷達信號後,巴林的航管員只得獲取阿布扎比的航管員提供的飛行數據,然後通過另一架飛機轉告。

儘管如此,飛機最後還是在迪拜的一個軍事基地附近墜毀,2名機組人員死亡,但是副駕駛在最後時刻避開了迪拜的居民區,避免了更大傷亡。

本次事故導致美國政府對航空貨運實行新的限制措施,並實行鋰電池包裝新方法。該措施將包括對鋰電池包裝的新要求及對鋰電池和電子產品運輸的限制。UPS在事後不僅設計了一款全新的貨櫃,能夠抵擋住更加劇烈的大火,而且引進了全罩式氧氣面罩(單手帶上只需要三秒)以及EVAS(視景增強保護系統,Enhanced Vision Assurance System,這套系統會提供一個全密閉的氣囊,即使駕駛艙被濃煙籠罩也可以看清儀錶及窗外)。


持續更新………


客機窗戶本來不是圓的。比如著名的1936年進入市場的,早期客機中的佼佼者,道格拉斯DC3,窗戶就是方形的。一眾當今的小型輕型客機窗戶也是方的,比如塞斯納208。

一架1945年生產的道格拉斯DC3,現價只要100萬美元哦。
一架嶄新的塞斯納208,請看這扇窗,它又方又寬。

如上圖所示,從老古董DC3(我國前幾年購買了一架幾十年機齡的DC3改型飛機改裝後用於南極科考,命名為雪鷹601,實在是老驥伏櫪啊。)到小夥子cessna208,都使用了方形窗戶。仔細看看,真的很方。

不過,我們平常乘坐的噴氣式客機窗戶的形狀是非常圓潤的。這其中的原因,還要從一個民航史上的慘劇說起。請看圖:

德·哈維蘭公司製造的彗星客機原型機,看到它方形的窗戶了嗎?

上圖是歷史上第一款噴氣式民航客機的原型機,是英國德·哈維蘭公司設計製造的,公司將其命名為彗星。1943年,二戰的結局已經基本定調,英國決定著手研究如何應對未來英國的航空需求,提出製造一款直飛橫跨大西洋、載荷一噸以上、能以640km/h飛行的增壓客艙的飛機。德·哈維蘭公司大膽提出使用當時飽受質疑的噴氣式發動機作為這款新型飛機的動力,公司老闆德·哈維蘭利用個人影響力,成功擊敗螺旋槳飛機的方案,拿下了這一項目。1949年7月,彗星飛機進行了首飛。隨後的試飛非常順利,到1951年1月就投入市場,進行了第一次商業飛行,民航業從此邁入了噴氣時代。

可惜好景不長,從1953年3月到1954年4月這短短一年多的時間,彗星客機就發生了四次嚴重墜機事故,機上無一人倖存,其中三起被認為是飛機設計的缺陷導致的。為找到事故原因,調查團隊展開了研究。

彗星客機是一架客艙增壓的噴氣式飛機,能夠在13000米的高空以740km/h的速度巡航。噴氣式飛機能夠在高空中飛行,但人卻不能生存在高空中,因為高空氣壓極低,極為寒冷,缺乏氧氣。在這樣的高空飛行,客艙必須增壓纔行。比如,我們常乘坐的噴氣式客機的機艙會維持海拔2600m左右的氣壓,即便飛機飛行在海拔13000m的高空。

調查團隊通過對飛機殘骸的分析,發現飛機蒙皮開裂導致事故的嫌疑極大。而由於客艙增壓,在飛行中機身內外的壓力差會對機身內壁施加很大的力。調查人員隨後對一架全尺寸慧星客機進行增壓實驗。這架飛機已經在空中積累了1221次增壓,並在實驗的水箱中繼續進行了1836次內部增壓循環。最後,在測試中,當壓力增加到通常壓力的133%時,飛機蒙皮發生了撕裂,在飛機的多個窗口拐角發現了金屬疲勞導致的裂紋。調查人員認為這是飛機最先開始破裂的地方。

測試時在飛機逃生窗發現的裂紋
在自動測向器窗口發現的裂紋

不僅如此,在裂紋不斷生長的過程中,遇到了連接飛機不同部件的鉚釘孔洞和供承力梁穿過的機身框架切口進一步擴大了開裂的範圍,導致飛機在空中就發生了解體。

鉚釘孔和框架的切口導致開裂進一步惡化

調查的結論是,飛機在飛行中機體反覆承受飛機內外壓力差導致的應力變化,在應力集中的地方發生了嚴重的金屬疲勞,最後這些地方變得非常脆弱,無法承受正常飛行產生的機身變形而開裂,裂紋快速擴大導致飛機墜毀。

物體受力,力會集中在物體的孔洞、裂縫、拐角等地方。我們手撕薯片袋,袋子從來不會從鋸齒的尖端撕開,而永遠是從鋸齒的底端撕開;我們撕一張紙,將紙對摺就能輕易地從摺痕處整齊地撕成兩半。而我們扯衛生紙,衛生紙也都從打孔的地方斷開——這就是由於力會集中在薯片袋鋸齒的底端、紙的摺痕處、衛生紙的打孔處的原因。當飛機機體受力,力也會集中在窗戶的拐角、鉚釘的孔洞等地方。所以,如果這些地方的開口邊緣太過尖銳而又不增加其強度,就很容易由於受力過大而產生裂紋。而較為緩和的形狀,如圓形,則能很好地向四周分散這種應力,不至於使其集中於一處(當然,完全不設置窗戶強度更高,但乘坐體驗就很差了)。彗星客機的事故,正是設計人員沒有充分考慮到這一點導致的。

後來,德·哈維蘭吸取教訓,對機體進行了改進,窗戶也改為了圓形。雖然我們製造飛機使用的材料性能越來越好,但將窗戶設計成接近圓形或具有大圓角的形狀能在保證窗孔強度的情況下節省材料減輕重量(不需要過分增加窗角部位的強度),後來製造的客機也都沿用了這一做法。不僅在飛機上,凡是會受到很大應力而又要打洞的地方,也都是用圓滑的形狀,譬如船艙窗戶、飛船窗戶、隧道等。

一架彗星4B,注意其圓咚咚的窗戶。

737-800的窗戶從裡面看還是挺方的?

但從外面看窗戶就圓潤多了。

雖然德·哈維蘭是現代客機的先驅,但這些開創性的飛機糟糕的安全記錄和較差的經濟性最終還是搞垮了這家公司。有時候,創新的代價不僅僅是金錢,也是生命。

回到開頭提到的DC3和塞斯納208。它們之所以使用方形窗戶,是因為它們的機艙不加壓,飛機也較小較輕,不用承受那麼大的應力。而方形窗戶卻能帶來寬闊的視野,飛機內也更能接受自然光。


well,客機的窗戶一直都不是圓的而是長方形呀

客機的窗戶是長方形,邊緣是圓角,而不是直角
客機的窗戶是長方形,邊緣是圓角,而不是直角

就像高票dalao舉的例子,上世紀五六十年代,民航客機進入高空高速的噴氣時代以後,高空飛行時客艙加壓,窗戶的直角邊因為應力集中導致金屬疲勞而發生機身開裂

出了幾次空難以後就把窗戶邊緣拐角給改成圓潤的圓角了

包括駕駛艙的前擋風玻璃,也是方形圓角

駕駛艙玻璃拐角處也都是圓滑角度

目前我所知道飛機上圓形的窗戶,只有飛機艙門上的觀察窗

~~~~~~~更新線~~~~~~~

評論區有兩位知友認為這個窗戶是橢圓而不是方形圓角,我想了一下,大概知道怎麼回事了,你們看到的是飛機內飾窗戶,比如下圖,可以看到平時旅客看到的窗戶其實是內飾部分

被拆開的飛機內部,可以看到窗戶的洞是開在機身表面上的

比如下面這兩張空客A320的窗戶從裏往外看是橢圓形

但是飛機機身上開的窗戶就是方形圓角的。內飾是可以根據航空公司定製做成橢圓形或者其他形狀都沒問題的,比如下面這張就是飛友乘坐東航A320青海號拍的照片,這個就是最大化了的飛機窗戶內飾,長方形圓角,怎麼看都不是橢圓吧

而從飛機外面看,機身上的窗戶,就是長方形,拐角處做了圓角處理

中國商飛董事長張慶偉到北京航空材料研究院調研,正在查看飛機舷窗樣品

你們看這個舷窗的四個邊都是直線,怎麼都跟橢圓扯不上關係吧

@末城via @帥的不明顯


應力集中。


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