川航風擋玻璃破裂,關於風擋玻璃聽聽航空材料專業人士怎麼說
5月14日,川航3U8633航班風擋玻璃高空破裂,英雄機長與“奇蹟迫降”刷屏了微博與朋友圈,其驚險程度堪比好萊塢動作大片,關於飛機風擋玻璃,我們來聽聽專業人士怎麼說。
失去的風擋玻璃,是飛行員的生命護盾
客機的風擋玻璃不僅要爲飛行員提供清晰的視野,具備良好的光學性能,還要具備除冰、除霧、泄靜電、防雨水等多種功能。同時,在萬米高空、在各種飛行狀態下,風擋玻璃還要能承受高速撞擊和機艙反覆增減壓力,必須滿足高透光率和高強度。
生命護盾,層層防護
▲A319飛機風擋結構示意圖
按照空客飛機手冊,本次事故的A319飛機的前風擋玻璃有6層,從外到內分別是:外層①、加溫塗層④、夾層⑤、中間層②、夾層⑤、內層③。
其中,外層有加溫,主要是起保護作用。飛機空中飛行時外界溫度會低至零下60多度,加溫的風擋可以有效保持一定的強度和韌性。中間層和內層稱爲結構層,無論中間層或者內層,任何一層都具有承擔兩倍于飛機最大壓差的能力,所以只要有中間或者內層任何一層玻璃在,飛機都是安全的。
夾層結構透明件主結構材料多選用無機玻璃,而爲了實現整體減重,又避免無機玻璃抗裂紋擴展能力差、安全性不足的問題,人們逐漸探索將無機玻璃與透明高分子材料結合使用的方法。
如波音787應用的複合結構風擋透明件最外層採用化學鋼化玻璃以提高強度與耐磨性,內層選用定向有機玻璃,這樣結合了二者的優點,既降低了整體重量又保證了足夠的結構安全性能。
▲波音787風擋結構示意圖
川航的“英雄機長”是“軍轉民”的飛行教員,對於戰鬥機飛行員,這種操作真的可以有。
英國BAE公司也曾在事先做好安全措施的情況下,讓飛行員嘗試在各種速度下的無艙蓋操作。沒有艙蓋的保護會讓飛行員出現各種不適,但是相比民用客機和運輸機,對飛行員的限制和危害要小一些。
戰鬥機多采用單層結構,至今應用最爲廣泛的是航空有機玻璃,有機玻璃又可以分爲澆注有機玻璃、定向拉伸有機玻璃以及微交聯有機玻璃。定向有機玻璃是目前戰鬥機上使用的最重要的透明塑料,如美國的F-14、F-15,法國的幻影、陣風等。
除微交聯有機玻璃和定向有機玻璃外,聚碳酸酯(PC)具有很好的光學性能(2mm厚板材的透光率可達90%以上),在航空座艙透明件中也得到了初步應用,其衝擊強度是有機玻璃的5倍以上,衝擊韌性是所有透明材料中最高的,且其熱變形溫度可達138°C以上。美國的F-22使用的就是聚碳酸酯材料。
護盾是怎樣“煉成”的
冷彎、自由吹塑與真空輔助成型
▲有機玻璃吹塑成型過程示意圖
冷彎、自由吹塑與真空輔助成型技術是將透明材料板材(如有機玻璃)加熱至玻璃化轉變溫度附近,經靠模、真空吸塑或高壓氣體吹塑成型出所需形狀的過程。冷彎、自由吹塑與真空輔助成型技術被廣泛用於國內外先進戰機座艙透明件的製造。
注射壓縮成型
注射壓縮成型技術相對於傳統成型技術具有很多優點,如成型週期短、製品內應力小表面質量高,能夠得到複雜外形制件,是一種高效率、低成本、高精度透明件製造技術,已經被廣泛用於汽車風擋、車燈以及光學顯示屏等領域,但是目前在航空結構透明件領域應用較少,僅F-22、T-38等。
熱壓複合成型
複合結構透明件多采用熱壓複合工藝實現,其原理是將製件加熱至聚合物膠片的粘流溫度附近,利用加壓的方法使其與結構材料進行粘接。該工藝過程容易控制,製件缺陷較少,成品率高,因此得到了廣泛使用。(中國航發航材院 張曉雯)