民航飛機(jī)駕駛艙擋風(fēng)玻璃破裂原因

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1、北京理工大學(xué)珠海學(xué)院2020屆本科生畢業(yè)論文 民航飛機(jī)駕駛艙擋風(fēng)玻璃破裂原因 民航飛機(jī)駕駛艙擋風(fēng)玻璃破裂原因 摘 要 提起飛機(jī)技術(shù)性要求非常高的部件，很少有人會(huì)提及駕駛艙擋風(fēng)玻璃的研發(fā)難度，但在現(xiàn)實(shí)生活中，飛機(jī)擋風(fēng)玻璃卻扮演著重要作用。本文首先介紹了飛機(jī)擋風(fēng)玻璃與其他高科技產(chǎn)品的相似，且現(xiàn)在關(guān)鍵技術(shù)依然掌握在國外大公司手中。接著文中分析飛機(jī)擋風(fēng)玻璃的特殊功能及重要作用，并從外層、內(nèi)層、中間層及膠合層的角度具體分析了飛機(jī)擋風(fēng)玻璃的結(jié)構(gòu)，認(rèn)為結(jié)構(gòu)層和非結(jié)構(gòu)層各司其職才能有效發(fā)揮擋風(fēng)玻璃作用。其次文中分析了飛機(jī)擋風(fēng)玻璃的受載情況，這與飛機(jī)的飛行環(huán)境，飛行安全性要求與玻璃

2、的安裝結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系，是飛機(jī)擋風(fēng)玻璃設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。接著文中從潮氣入侵導(dǎo)致外層玻璃破裂，對(duì)細(xì)小損傷的忽視導(dǎo)致破裂，復(fù)合玻璃本身缺陷導(dǎo)致疲勞破裂，人為原因與外來物撞擊等角度分析了可能造成擋風(fēng)玻璃破碎的原因。并提出一定的解決方案，其關(guān)鍵點(diǎn)還是加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與原材料的把關(guān)上。最后文中認(rèn)為個(gè)人應(yīng)理性看待飛機(jī)事故，并在乘坐飛機(jī)時(shí)積極做好個(gè)人防護(hù)。 關(guān)鍵詞：民航飛機(jī) 擋風(fēng)玻璃 外層 內(nèi)層 材料 The causes of windshield rupture in cockpit of civil aviation aircraft Abstract Wh

3、en it comes to the most technically demanding parts of an airplane, few people mention the difficulty of developing a cockpit windshield, but in real life, an airplane windshield plays an important role. This paper first introduces the similarity of aircraft windshield and other high-tech products,

4、and now the key technology is still in the hands of large foreign companies. Then the paper analyzes the special and important function of the aircraft windshield, and analyzes the structure of the aircraft windshield from the outer layer, inner layer, middle layer and adhesive layer. Secondly, the

5、load on the windshield of the aircraft is analyzed, which has a great relationship with the flight environment of the aircraft, the flight safety requirements and the installation structure of the glass, which is the basis of the design of the windshield of the aircraft. Then the paper analyzes the

6、possible causes of windshield breakage from the perspectives of moisture intrusion leading to the rupture of the outer glass, the neglect of minor damage leading to the rupture, the fatigue rupture caused by the defects of the composite glass itself, the impact of human factors and foreign objects.

7、And put forward a certain solution, the key point is to strengthen the structure design and raw material control.At last, the author thinks that the individual should take a rational view of the aircraft accident, and do a good job of personal protection when taking the plane. Key words: civil ai

8、rcraft windshield the outer layer the inner layer material  目錄 摘要 I Abstract II 引言 1 1. 民航飛機(jī)駕駛艙擋風(fēng)玻璃結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析 1 1.1民航飛機(jī)擋風(fēng)玻璃功能特點(diǎn) 1 1.2民航飛機(jī)駕駛艙擋風(fēng)玻璃概況 2 1.3民航飛機(jī)駕駛艙擋風(fēng)玻璃結(jié)構(gòu) 3 2. 民航飛機(jī)駕駛艙擋風(fēng)玻璃受載分析 5 2. 1民航飛機(jī)擋風(fēng)玻璃受載情況分析 5 2.2民航飛機(jī)擋風(fēng)玻璃受載與飛行安全性 6 2.3民航飛機(jī)擋風(fēng)玻璃受載與擋風(fēng)玻璃裝配 6 3. 民航飛機(jī)駕駛艙擋風(fēng)玻璃破裂原因分析 7 3.1潮

9、氣入侵導(dǎo)致外層玻璃破裂 7 3.2對(duì)細(xì)小損傷的忽視導(dǎo)致破裂 7 3.3復(fù)合玻璃本身缺陷導(dǎo)致疲勞破裂 8 3.4人為原因與外來物撞擊 9 4. 民航飛機(jī)駕駛艙擋風(fēng)玻璃防止破裂策略 10 4.1加大檢查力度，定期維護(hù)擋風(fēng)玻璃 10 4.2建立更加嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 10 4.3強(qiáng)化擋風(fēng)玻璃材料標(biāo)準(zhǔn) 11 5. 結(jié)束語 11 參考文獻(xiàn) 13 致謝 14 14 引言 2018年川航3U8633次航班擋風(fēng)玻璃破裂脫落使人們重新對(duì)民航飛機(jī)擋風(fēng)玻璃的重要性與安全性的認(rèn)識(shí)欲望逐漸加強(qiáng)[1]，這次事件使人們重新對(duì)擋風(fēng)玻璃的技術(shù)含量有了新的認(rèn)識(shí)。傳統(tǒng)觀念中，擋風(fēng)玻璃與機(jī)翼、發(fā)動(dòng)機(jī)

10、和飛行控制等很多復(fù)雜技術(shù)相比，飛機(jī)的座艙擋風(fēng)玻璃似乎并沒有什么技術(shù)含量，但是它涉及到機(jī)械學(xué)、材料學(xué)、光學(xué)、化學(xué)、熱力學(xué)等眾多學(xué)科[2]，是眾多學(xué)科理論疊加后的綜合產(chǎn)物，它不僅要保持機(jī)頭流線型外形，還擔(dān)負(fù)著保證結(jié)構(gòu)完整安全和提供清晰視界的功能。技術(shù)含量與專業(yè)性非常高，不是隨便的模仿就能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的，全球飛機(jī)玻璃先進(jìn)制造廠商在美英法三國，美國 PPG公司，英國GKN 公司，法國圣戈班 sully公司[4]，與其他高科技產(chǎn)品相似，我國目前還沒有廠家可以獨(dú)立提供飛機(jī)擋風(fēng)玻璃，充分體現(xiàn)了該領(lǐng)域的高科技含量。這直接關(guān)系到飛行員和整個(gè)飛機(jī)的安全，能實(shí)實(shí)在在地體現(xiàn)飛機(jī)研發(fā)的技術(shù)實(shí)力。在任何的飛行情況下，風(fēng)擋

11、玻璃還需要承受結(jié)構(gòu)載荷與氣動(dòng)力沖擊，因此需要具備足夠的強(qiáng)度，這樣才不至于出現(xiàn)破裂的現(xiàn)象[3]。因此尋找民航飛機(jī)駕駛艙擋風(fēng)玻璃破裂原因，對(duì)于飛機(jī)的安全具有非常重要的保證作用。 1. 民航飛機(jī)駕駛艙擋風(fēng)玻璃結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析 1.1民航飛機(jī)擋風(fēng)玻璃功能特點(diǎn) 生活中大家都有這樣的經(jīng)歷，在下雨時(shí)開車，這時(shí)車子的視線顯得非常狹窄，雨水、霧氣會(huì)明顯影響駕駛員的視線，尤其是在夜間，加上路上雨水的反光作用，使駕駛員基本對(duì)前面的路況判斷水平下降很多，因此汽車上有雨刷器和空調(diào)除霧可以適當(dāng)緩沖雨霧對(duì)駕駛員視線的影響。那么飛機(jī)呢？飛機(jī)又會(huì)在擋風(fēng)玻璃上必須滿足什么樣的特點(diǎn)呢？飛機(jī)在結(jié)冰、起霧、下雨氣象條件下飛行時(shí)，作為

12、唯一與外界可以光線聯(lián)系的擋風(fēng)內(nèi)外表面上必然會(huì)受到相應(yīng)的影響，也會(huì)妨礙駕駛員的視線。因此擋風(fēng)玻璃具有加溫排霧系統(tǒng)外（下節(jié)有所介紹），同時(shí)還對(duì)擋風(fēng)玻璃進(jìn)行打蠟處理，這樣雨水落在上面會(huì)形成大的水滴，這是利用了打蠟的極性很小，與水的極性相差大，從而不會(huì)覆蓋整個(gè)擋風(fēng)。另外較大的雨滴也不會(huì)一直呆在擋風(fēng)玻璃上，螺旋槳的旋轉(zhuǎn)滑流和迎面氣流會(huì)將水滴吹走，保持擋風(fēng)玻璃最大的清晰度。擋風(fēng)玻璃還具有出色的排水系統(tǒng)，擋風(fēng)刮水刷與汽車上的功能相似，使用方法也相當(dāng)，其一般在起飛和降落過程中使用，因?yàn)轱w機(jī)速度遠(yuǎn)比汽車快，因此必須能夠經(jīng)受高速氣動(dòng)的載荷，才能發(fā)揮作用[9]。 1.2民航飛機(jī)駕駛艙擋風(fēng)玻璃概況 飛機(jī)擋風(fēng)玻璃位

13、于飛機(jī)飛行員的正前方，是飛機(jī)人為控制的最重要窗口，因此基本的光學(xué)穿透性是基本要求。另外擋風(fēng)玻璃是飛機(jī)整體的一部分，正所謂一桶水首先破碎的部位一定是其最脆弱的地方，因此擋風(fēng)玻璃必須具有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度,這樣才能均衡飛機(jī)各個(gè)部位的抗承受能力要求[4]。再加上飛機(jī)擋風(fēng)位于飛機(jī)的正前方，遭受撞擊，與不確定環(huán)境的概率更大，更多的時(shí)候飛機(jī)擋風(fēng)玻璃比機(jī)身其他部位具有更高的強(qiáng)度和耐久實(shí)用性。一直以來飛機(jī)擋風(fēng)玻璃也作為飛機(jī)研發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)來看待。最后防冰霜，高的密封特性及抗紫外線等功能的要求也更高，可以說小小的飛機(jī)擋風(fēng)玻璃承載著整個(gè)飛機(jī)的穩(wěn)定性與實(shí)用性。這種夾層玻璃之所以被認(rèn)為是安全玻璃，中間層的變形會(huì)使玻

14、璃層間有一個(gè)相對(duì)滑動(dòng)，其在破壞后玻璃碎片仍能黏附在中間層上且能防止沖擊物穿透。 運(yùn)輸類飛機(jī)在發(fā)展早期曾采用單層無機(jī)玻璃作為擋風(fēng)玻璃，這種玻璃就類似我們?nèi)粘Ｊ褂玫钠胀úＡВ捎跓o機(jī)化合物具有高的結(jié)晶性，微觀結(jié)構(gòu)看各元素的排列非常緊密，致密性好，透明性好，但脆性大、抗沖擊性能差，容易破碎飛濺，特別是受到應(yīng)力集中時(shí)，更容易產(chǎn)生裂紋。后來隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，各種有機(jī)復(fù)合材料得到廣泛開發(fā)，為提高飛機(jī)擋風(fēng)玻璃的安全性和耐久性，增加綜合性能，擋風(fēng)玻璃開始選用復(fù)合結(jié)構(gòu)，使用有機(jī)玻璃與無機(jī)比例搭配的形式進(jìn)行復(fù)合，充分運(yùn)用了有機(jī)化合物的彈性和韌性，無機(jī)化合物的交聯(lián)作用和很好的強(qiáng)度，兩者的有效搭配成為目前應(yīng)用最普

15、遍，技術(shù)先進(jìn)且成熟的工藝產(chǎn)品。但在實(shí)際生產(chǎn)中無機(jī)化合物在有機(jī)化合物中的分散性，以及兩者之間夾層的膠黏劑開發(fā)依然是科學(xué)界研究的重點(diǎn)課題。相關(guān)的生產(chǎn)技術(shù)也都掌握在少數(shù)世界級(jí)公司中，我國目前仍然處于代加工階段，無法實(shí)現(xiàn)技術(shù)的獨(dú)立研發(fā)生產(chǎn)。 1.3民航飛機(jī)駕駛艙擋風(fēng)玻璃結(jié)構(gòu) 民航飛機(jī)駕駛艙擋風(fēng)玻璃現(xiàn)普遍采用平面形狀的復(fù)合結(jié)構(gòu)形式， 制造成本低，但其結(jié)構(gòu)重量較重，外形設(shè)計(jì)難度高，玻璃通常是由有機(jī)玻璃、無機(jī)硅酸鹽玻璃和透明中間膜等材料組合而成，由外層玻璃、粘結(jié)層、擋風(fēng)中間層、密封膠、粘結(jié)層和內(nèi)層擋風(fēng)6個(gè)具體的細(xì)節(jié)部分組成，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。而戰(zhàn)斗機(jī)則有所不同，戰(zhàn)斗機(jī)的一大特點(diǎn)是機(jī)動(dòng)性與靈活性，其擋風(fēng)

16、玻璃一般是澆鑄的有機(jī)玻璃，它所飛行的距離與高度不需要民航飛機(jī)那么苛刻，載重也沒有民航飛機(jī)大，因此可以設(shè)置成具有曲面的外形，或更為復(fù)雜的形狀，就像地面上行走的汽車前引擎蓋一樣，根據(jù)戰(zhàn)斗機(jī)本身的結(jié)構(gòu)與性能要求，不同的形狀可以獲得更好的氣動(dòng)性能，同時(shí)有機(jī)玻璃雖然強(qiáng)度沒有符合玻璃大，但有機(jī)化合物的密度與致密性遠(yuǎn)低于無機(jī)玻璃，可以有效減輕擋風(fēng)玻璃的重量，進(jìn)而增加戰(zhàn)斗機(jī)靈活性。對(duì)于民航飛機(jī)擋風(fēng)玻璃，簡(jiǎn)單來說擋風(fēng)玻璃就包括外層玻璃，中間粘結(jié)結(jié)構(gòu)和內(nèi)層玻璃構(gòu)成，主要是3部分。以空客321機(jī)型為例，從外到內(nèi)分別是：外層、加溫涂層、夾層、中間層及內(nèi)層，其中外層玻璃是外來物沖擊飛機(jī)的第一道防線，通過透明導(dǎo)電膜層（主

17、要無聚酯類導(dǎo)電涂料），加溫涂層，飛機(jī)空中飛行時(shí)外界溫度會(huì)低至零下60多攝氏度，可以為擋風(fēng)玻璃除霜除霧。另外加溫的擋風(fēng)玻璃可以有效保持一定的強(qiáng)度和韌性，減少材料的脆性，外層是玻璃一個(gè)堅(jiān)硬耐磨的剛性表面，表面有防水涂層，提高了在雨天的透視性，一般情況下不會(huì)出現(xiàn)刮花現(xiàn)象，但外層是非結(jié)構(gòu)層，不能承受外部任何載荷，只是起到保護(hù)作用，這是擋風(fēng)的最外層結(jié)構(gòu)。外層結(jié)構(gòu)的另外一個(gè)特點(diǎn)就是使用表面能非常低的材料，且非常光滑致密，使雨水，灰塵等很難吸附在上面，這種結(jié)構(gòu)的材料含有自然界表面能最低的無機(jī)非金屬元素氟，使得外層結(jié)構(gòu)致密，耐水，耐酸堿的侵蝕[5]，如果配合合適的透光性及導(dǎo)電性，則能有效避免影響駕駛員視線，提

18、升安全性。中間層和內(nèi)層則稱為結(jié)構(gòu)層，是擋風(fēng)玻璃中最堅(jiān)硬的一層，可以起到支撐加固的作用。承受艙內(nèi)增壓后產(chǎn)生的增壓載荷及可能所遇到的外部沖擊載荷，這種結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的剛性，但韌性相對(duì)較差，一旦瞬時(shí)遭到猛烈撞擊，可能會(huì)發(fā)生結(jié)晶性的破裂，即整個(gè)結(jié)構(gòu)基本均勻的發(fā)生損壞。從使用安全性角度考慮，無論中間層或者內(nèi)層，任何一層都具有承擔(dān)兩倍于飛機(jī)最大壓差的能力，所以任何一層都可以足夠保護(hù)飛機(jī)本身帶來的壓差強(qiáng)度，但如果受到不可控的外部撞擊，則可能會(huì)破壞一層結(jié)構(gòu)層，另一層依然可以在很大程度上保障飛機(jī)安全返回地面。中間層是一個(gè)防失效結(jié)構(gòu)，一般為乙烯基玻璃或是丙烯酸塑料材質(zhì)，是保障內(nèi)層玻璃發(fā)生意外而設(shè)計(jì)的一層重要結(jié)構(gòu)層，

19、內(nèi)層玻璃一旦破裂，由于其本身脆性與剛性都很大的特點(diǎn)，很容易產(chǎn)生飛濺，而中間層可以有效可以防止碎片飛濺，另外為使該層承擔(dān)一定的強(qiáng)度，中間的厚度與內(nèi)層往往也很接近，是飛機(jī)擋風(fēng)玻璃的主要結(jié)構(gòu)，當(dāng)然兩者都比外層玻璃厚很多。在擋風(fēng)玻璃外層與兩個(gè)結(jié)構(gòu)層之間的連接必須使用透明的柔性材料才能滿足相關(guān)性能要求，我們知道對(duì)于一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)，澆筑一體的強(qiáng)度與韌性，一般比焊接的強(qiáng)度與韌性好很多，且安全隱患少。而民航飛機(jī)擋風(fēng)玻璃為滿足不同的使用要求，（單一材料無法滿足各個(gè)性能的平衡），只能采用復(fù)合結(jié)構(gòu)，多種結(jié)構(gòu)之間的粘結(jié)劑就必須能夠起到熱補(bǔ)償和抗撞擊的緩沖作用，當(dāng)然提供牢固的連接是基本要求。從而最大化的使各層之間更像一個(gè)整

20、體發(fā)揮作用，而不是各自獨(dú)立[6]。粘結(jié)層本身的透明度與耐惡劣環(huán)境的性能也必須滿足。膠黏劑產(chǎn)業(yè)也是國際社會(huì)的熱門產(chǎn)業(yè)，是我國重點(diǎn)發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，技術(shù)含量與玻璃結(jié)構(gòu)的研發(fā)相當(dāng)，是國家特種材料的研發(fā)范疇。密封材料主要用于膠合層密封防護(hù)，滿足對(duì)密封作用，同時(shí)能夠消除一定的接觸應(yīng)力，比如飛機(jī)飛行時(shí)不可避免的多次循環(huán)的高低溫工作環(huán)境切換，帶來材料的熱脹冷縮效應(yīng)，膠黏劑可以在一定程度上消除或抵消這種影響。 圖1-1 飛機(jī)風(fēng)擋玻璃基本結(jié)構(gòu) 2. 民航飛機(jī)駕駛艙擋風(fēng)玻璃受載分析 2. 1民航飛機(jī)擋風(fēng)玻璃受載情況分析 飛機(jī)在飛行時(shí)如果不考慮任何意外情況的發(fā)生，它必須面對(duì)的是在不同飛行速度下的氣

21、流變化，擋風(fēng)玻璃作為飛機(jī)飛行時(shí)的最主要接觸者，其承擔(dān)最多的氣流壓力。根據(jù)相關(guān)研究可知，隨著飛機(jī)飛行速度的不同，擋風(fēng)玻璃所承受的壓力必然會(huì)發(fā)生變化，其中隨著飛機(jī)飛行速度的增加，擋風(fēng)玻璃所接觸的最大壓強(qiáng)顯著增加，而最小壓強(qiáng)則有下降的趨勢(shì)，也就是說飛機(jī)擋風(fēng)的中間部位可能承受的壓力逐漸增大，邊緣部位承載的壓強(qiáng)逐漸變小，使整塊玻璃各個(gè)部位的壓力明顯存在不同。這就表明在風(fēng)載的作用下，擋風(fēng)玻璃可能由于受力不均而發(fā)生一定程度的變形，這種變形由于材料的剛性無法通過肉眼觀察處理，但擋風(fēng)部件表面極易出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象是不爭(zhēng)的事實(shí)[7]。另外飛機(jī)飛行是一個(gè)復(fù)雜的與環(huán)境交替過程，在不同的飛行階段，在排除飛行速度影響的情

22、況下，飛機(jī)擋風(fēng)玻璃也會(huì)面臨來自各個(gè)方向的風(fēng)力影響，使擋風(fēng)玻璃各個(gè)部位承受了不同的壓力，比如降落與平穩(wěn)飛行就明顯存在差異。最后再加上不確定外來物的撞擊，使得飛機(jī)擋風(fēng)玻璃的受載情況非常復(fù)雜，不僅具有基本的強(qiáng)度與剛性要求，還必須能夠承受各個(gè)部位之間由于不同應(yīng)力作用而產(chǎn)生的形變。因此。在設(shè)計(jì)中擋風(fēng)玻璃是應(yīng)對(duì)玻璃擋風(fēng)時(shí)的受載情況進(jìn)行大量研究與推算，從而最大程度保證飛機(jī)飛行時(shí)的安全性。 另外民航飛機(jī)擋風(fēng)玻璃受載與飛機(jī)使用要求有關(guān)，飛機(jī)的飛行高度都在云層之上，一般都超過6千米，當(dāng)飛機(jī)離開地面飛行高度不斷增加時(shí)，飛機(jī)艙內(nèi)氣和溫度也將隨之降低，而壓力差所帶來的力量是非常大的，比如我們生活中常見的高壓鍋，水蒸氣

23、的壓力可以達(dá)到很大。當(dāng)飛行高度超過3千米時(shí)，就會(huì)因艙內(nèi)氣壓和溫度的因素影響人員正常工作，使人明顯感覺到不適。這就是我國青藏高原空氣稀薄所帶來的高原反應(yīng)現(xiàn)象，高空飛行的飛機(jī)為了使艙內(nèi)人員能正常工作，必須采取一定的手段來改善飛機(jī)艙內(nèi)環(huán)境，使之適合人類在地球上的生活環(huán)境，這時(shí)候必然產(chǎn)生飛機(jī)內(nèi)外的增壓載荷。當(dāng)然飛機(jī)的各個(gè)外部都需要承受相似的壓力，但機(jī)身更多的采用金屬材質(zhì)，與擋風(fēng)玻璃的透明性要求有很大不同。隨著飛機(jī)飛行高度逐漸達(dá)到平穩(wěn)，且飛行速度基本不變，此時(shí)擋風(fēng)玻璃所承受的增壓載荷基本恒定，成為飛機(jī)飛行過程中擋風(fēng)玻璃所承受的最基本壓力狀況。這種壓力差的存在使得擋風(fēng)玻璃必須常年經(jīng)受一定的載荷，因此它的持

24、久穩(wěn)定性顯得非常關(guān)鍵。 2.2民航飛機(jī)擋風(fēng)玻璃受載與飛行安全性 擋風(fēng)玻璃是飛機(jī)的窗口，位于飛機(jī)飛行方向的正前方，在飛行過程中有遇到飛鳥撞擊或外物撞擊的可能性，它伴隨著飛機(jī)的誕生而產(chǎn)生，這會(huì)對(duì)擋風(fēng)玻璃造成極大的破壞，嚴(yán)重吋會(huì)造成飛機(jī)的墜毀，是飛機(jī)飛行時(shí)無法忽視的威脅之一，這種不確定性必須加以防范才能有效提高飛行的安全性。在國內(nèi)由于鳥撞原因造成的飛行事故具有非常高的比例，名列各類飛行事故之首，并造成了多起飛機(jī)擋風(fēng)玻璃，機(jī)體結(jié)構(gòu)等部位損傷和破壞，威脅到飛機(jī)的安全飛行，鳥撞也會(huì)給航空公司運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)成本帶來了巨大的壓力，鳥撞事故已被國際航空聯(lián)合會(huì)定位為A類空難[7]。其中飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部位是最容易發(fā)生鳥

25、撞的位置，其次是位于正前方的擋風(fēng)玻璃，由于擋風(fēng)玻璃關(guān)鍵的作用和位置，擋風(fēng)玻璃一旦出現(xiàn)意外，結(jié)構(gòu)必然會(huì)發(fā)生一定的結(jié)構(gòu)損傷，飛行員的視野將會(huì)被遮擋，嚴(yán)重影響飛行員對(duì)于飛機(jī)的操控。 研究認(rèn)為，飛機(jī)擋風(fēng)玻璃能夠承受1.8公斤物品撞擊時(shí)的安全速度在160m/s附近，此時(shí)不允許發(fā)生影響飛機(jī)飛行的結(jié)構(gòu)性損傷，這也是《運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)》的一般性規(guī)定，一旦超過180m/s則擋風(fēng)將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞。這與飛機(jī)常規(guī)的飛行速度有明顯差異，表明在飛機(jī)正常速度行駛時(shí)如果受到撞擊，鳥體會(huì)展現(xiàn)出彈塑性、甚至流體特性，擋風(fēng)玻璃的承載能力將受到極大挑戰(zhàn)。擋風(fēng)玻璃的抗鳥撞要求與飛機(jī)的飛行速度有很大關(guān)系，鳥撞過程屬于復(fù)雜的非線性動(dòng)力

26、學(xué)問題，鳥撞過程會(huì)涉及到大變形動(dòng)力學(xué)相關(guān)理論知識(shí)，又屬于撞擊動(dòng)力學(xué)問題，擋風(fēng)玻璃的結(jié)構(gòu)形式、材料選用等因素是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，不同的鳥體形狀必然會(huì)對(duì)鳥撞產(chǎn)生不同的結(jié)果，因此必須通過相關(guān)驗(yàn)證才可投入使用擋風(fēng)玻璃。 2.3民航飛機(jī)擋風(fēng)玻璃受載與擋風(fēng)玻璃裝配 對(duì)于機(jī)械制造來說，結(jié)構(gòu)決定性能，飛機(jī)擋風(fēng)玻璃的裝配形式差異在一定程度上會(huì)影響其受力性能[10]。壓板連接、非承載螺接及承載螺接式連接方式是目前民航飛機(jī)擋風(fēng)玻璃的主要裝配方式。其中前兩種連接方式僅承受氣密性相關(guān)載荷，相對(duì)比較簡(jiǎn)單，不承擔(dān)結(jié)構(gòu)傳力作用，但對(duì)擋風(fēng)周圍窗框的強(qiáng)度和剛度有較高的要求，他們將會(huì)承擔(dān)更多的強(qiáng)度要求，這就顯得比較笨重，類似一個(gè)大框

27、框中安裝一個(gè)輕巧的透明物體，且會(huì)減小駕駛員視線，穩(wěn)定性不好，運(yùn)動(dòng)軌跡還會(huì)占用駕駛艙不小的空間。承載螺接式連接方式參與座艙結(jié)構(gòu)傳力，擋風(fēng)必須是曲面擋風(fēng)玻璃，目前常用的中小型飛機(jī)都采用只承載氣密性應(yīng)力的連接方式，擋風(fēng)玻璃對(duì)其周圍的窗框結(jié)構(gòu)起著加強(qiáng)作用，擋風(fēng)玻璃面積大的可以采用承接式連接方式，主要應(yīng)用在支線客機(jī)和公務(wù)機(jī)上。 3. 民航飛機(jī)駕駛艙擋風(fēng)玻璃破裂原因分析 3.1潮氣入侵導(dǎo)致外層玻璃破裂 由前文相關(guān)介紹可知，飛機(jī)飛行過程中必然受到受增壓載荷作用，而外層作為擋風(fēng)玻璃的功能層，并非結(jié)構(gòu)層，主要承受拉伸載荷，增壓變形大，但自身為保障硬度，柔韌性欠缺，其破裂后會(huì)形成網(wǎng)格狀，其中擋風(fēng)破裂的突出誘

28、因是潮氣入侵。外層玻璃與飛機(jī)其他任何部位的連接基本都是通過有機(jī)膠黏劑實(shí)現(xiàn)，其對(duì)室外惡劣環(huán)境的抵抗能力有限，尤其是抗紫外線能力，裂紋、脫膠、風(fēng)蝕等的隆起封嚴(yán)失效現(xiàn)象經(jīng)常存在，這是一個(gè)逐漸發(fā)展的過程，使潮氣可以入侵到玻璃夾層，與其中的電加熱設(shè)備相互作用，最終導(dǎo)致玻璃破裂。而在民航飛機(jī)的實(shí)際使用中，航空公司并未把將擋風(fēng)的定期的檢查方法與要求作為基本維護(hù)任務(wù)，導(dǎo)致航空公司沒有主動(dòng)檢查擋風(fēng)的意識(shí)和措施，當(dāng)封嚴(yán)出現(xiàn)破損時(shí)機(jī)務(wù)人員很難在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題，機(jī)組飛行中聽到封嚴(yán)擊打擋風(fēng)的噪聲才有可能得到潮氣入侵導(dǎo)致?lián)躏L(fēng)隨時(shí)可能損壞的風(fēng)險(xiǎn)。擋風(fēng)運(yùn)營環(huán)境多樣化，運(yùn)營中的拆換原因也多種多樣，進(jìn)一步增加了擋風(fēng)玻璃受潮氣入

29、侵的可能性。 3.2對(duì)細(xì)小損傷的忽視導(dǎo)致破裂 飛機(jī)擋風(fēng)玻璃在實(shí)際使用過程中都會(huì)有增壓變形現(xiàn)象，雖然擋風(fēng)外層是堅(jiān)硬的保護(hù)層，但長(zhǎng)期收到雨刮器或者灰塵等物品的磨損，再加上偶爾的小范圍撞擊影響，出現(xiàn)的裂紋、劃痕等損傷非常細(xì)小，不易察覺，但早期出現(xiàn)的損傷不能被及時(shí)處理修復(fù)，非常容易引發(fā)更大的安全事故。根據(jù)飛機(jī)維修手冊(cè)規(guī)定，在飛機(jī)擋風(fēng)玻璃出現(xiàn)肉眼無法看見的裂紋是可以接受的，且不影響正常使用，所以航空公司檢測(cè)方法與排除障礙的能力相對(duì)有限。但如果在特殊情況下裂紋超出規(guī)定程度，就存在擋風(fēng)玻璃破損脫落的可能。 另外，有飛機(jī)擋風(fēng)玻璃的復(fù)合結(jié)構(gòu)可知，外層玻璃里面是有一層加熱導(dǎo)電層的，由于飛行過程中，高

30、空機(jī)艙的溫度極低，此時(shí)有機(jī)玻璃的性能會(huì)變的很脆，不能維持應(yīng)有的強(qiáng)度。就像我們生活中使用的橡膠輪胎，在合理的溫度下，其具有明顯的彈性，起到緩沖作用，但事實(shí)上在東北等極寒的情況下，輪胎硬度會(huì)明顯加強(qiáng)，彈性會(huì)損失很多，如果溫度更低，橡膠輪胎就有可能變的完全沒有彈性，像玻璃一樣脆，此時(shí)橡膠就上去了使用性能。因此高空飛行時(shí)，擋風(fēng)玻璃只有在合適的溫度范圍內(nèi)才能維持最佳性能，并保證使用的持久性，因此要靠前擋風(fēng)玻璃加溫從而維持強(qiáng)度。但是道理雖然簡(jiǎn)單，實(shí)施起來卻有明顯的技術(shù)性難度，這層透明導(dǎo)電膜在加溫過程中如果出現(xiàn)短路，或失去加熱功能，會(huì)間接影響玻璃的使用性能，從而導(dǎo)致玻璃強(qiáng)度變化，造成細(xì)小的缺陷，甚至產(chǎn)生破裂

31、。 3.3復(fù)合玻璃本身缺陷導(dǎo)致疲勞破裂 飛機(jī)擋風(fēng)玻璃在裝機(jī)前都會(huì)進(jìn)行鍍膜處理，以滿足對(duì)擋風(fēng)玻璃除強(qiáng)度以外的其他需求，但會(huì)降低玻璃的強(qiáng)度，彈性模量在低溫情況下也會(huì)略低一些，這就使得復(fù)合玻璃在保障耐磨，防霜等基本功能的前提下，犧牲一定的強(qiáng)度和耐久性。另外玻璃內(nèi)表面的膠接區(qū)域往往是擋風(fēng)玻璃最弱的區(qū)域，因?yàn)槠涮幱谶B接點(diǎn)位置，會(huì)承載各層玻璃的應(yīng)力及位移等不確定影響，從而容易產(chǎn)生一定的疲勞度，進(jìn)而使膠黏劑帶有一定的被腐蝕特性，產(chǎn)生一定的裂紋并快速向其他區(qū)域擴(kuò)展。從某些玻璃的斷面裂紋可以判斷是由于腐蝕造成了玻璃的粘接區(qū)的力學(xué)性能下降。最后裝機(jī)有機(jī)玻璃表面因材料本身的不規(guī)整性，存在固有缺陷，且缺陷無法判斷

32、，在出廠和服役期間極易使有機(jī)玻璃產(chǎn)生應(yīng)力銀紋和溶劑銀紋，即這是由于材料本身由于結(jié)晶不完整，或制造工藝的輕微波動(dòng)導(dǎo)致的，在飛行載荷和溫差載荷等循環(huán)作用下，玻璃強(qiáng)度容易產(chǎn)生疲勞，進(jìn)而產(chǎn)生疲勞裂紋，也就是說這是材料本身的耐久性缺陷帶來的，是飛機(jī)擋風(fēng)玻璃在反復(fù)使用過程中導(dǎo)致的缺陷。這就是玻璃材質(zhì)存在問題， 是綜合考慮各種因素之后需要平衡的一個(gè)因素。 3.4人為原因與外來物撞擊 玻璃、螺釘、裝配時(shí)如果沒有做到百分之百匹配，則會(huì)存在預(yù)應(yīng)力，遭遇高空內(nèi)外十倍的壓差，且具有來回顛簸震動(dòng)，很容易造成松動(dòng)，從而使擋風(fēng)玻璃產(chǎn)生意外。安裝擋風(fēng)玻璃時(shí)，也需要按照規(guī)章操作，不能有任何投機(jī)取巧的心里，如使用的螺絲不合格

33、，安裝操作不規(guī)范導(dǎo)致安裝時(shí)用力過猛，人為增加擋風(fēng)玻璃連接處的應(yīng)力，且這種應(yīng)力是長(zhǎng)期性的，容易產(chǎn)生裂紋，帶來一系列隱形作用，造成一定的隱患。 歷史上的上世紀(jì)90年代，英國航空5390航班曾經(jīng)發(fā)生過駕駛艙左側(cè)擋風(fēng)玻璃突然脫落的情況，這次擋風(fēng)玻璃脫落破裂前沒有任何征兆，在全機(jī)組人員無任何準(zhǔn)備的情況下，機(jī)長(zhǎng)蒂姆受氣流沖擊，上半身瞬間被高空中的低氣壓吸出駕駛室，只靠安全帶維持著與飛機(jī)的聯(lián)系，情景非常驚險(xiǎn)，最后在機(jī)組人員的積極努力下，飛機(jī)最終平穩(wěn)降落于跑道，給世人帶來警醒，這也是英國民航史上最驚險(xiǎn)的一次迫降。擋風(fēng)玻璃直接脫落，這種事情即使發(fā)生在陸地上跑著的汽車身上也是非常驚險(xiǎn)的，更別提高空中飛行的飛機(jī)了

34、。據(jù)事后調(diào)查，該客機(jī)曾在出事前27小時(shí)時(shí)對(duì)擋風(fēng)玻璃進(jìn)行了維修更換，但維修人員應(yīng)該是由于個(gè)人操作不規(guī)范，弄丟了原裝螺絲釘，導(dǎo)致其并沒有使用標(biāo)準(zhǔn)的螺絲釘，而是隨意找了一個(gè)更細(xì)的螺絲進(jìn)行替換，嚴(yán)重違背了飛機(jī)安裝手冊(cè)的規(guī)定，使其在隨后的飛行中由于擋風(fēng)玻璃受到反復(fù)的外力沖擊，使螺絲釘不能發(fā)揮加固的作用，最終逐漸松動(dòng)，造成擋風(fēng)玻璃在飛行途中脫落。 另外擋風(fēng)玻璃遭遇外來物撞擊是擋風(fēng)玻璃出現(xiàn)故障的最直接因素，也是最難預(yù)防的。飛機(jī)進(jìn)入云層后，環(huán)境變化較大，且不好預(yù)測(cè)，如果遭到冰雹等打擊，給擋風(fēng)玻璃帶來非常大的沖擊，可能會(huì)出現(xiàn)外擋風(fēng)玻璃破碎的情況，總之只要擋風(fēng)玻璃遭到撞擊，這個(gè)撞擊力一定會(huì)很大。但在萬米高空中，

35、地球生物生存的可能性很小，具有其他物質(zhì)的可能性也很小，一般來說是相對(duì)安全的，此時(shí)飛機(jī)遭受外來物撞擊的可能性很小。 4. 民航飛機(jī)駕駛艙擋風(fēng)玻璃防止破裂策略 近期電影《中國機(jī)長(zhǎng)》的上映為川航3u8633緊急備降事件以更加生動(dòng)的形式反映在世人面前，事發(fā)當(dāng)時(shí)，飛機(jī)駕駛艙人員聽到“嘭”的一聲悶響，隨即玻璃上分出現(xiàn)很小的裂紋，機(jī)長(zhǎng)下意識(shí)的用手摸一摸裂紋位置，當(dāng)他伸手檢查右側(cè)擋風(fēng)時(shí)，有割手的感覺，隨即可以判斷擋風(fēng)玻璃的內(nèi)層結(jié)構(gòu)破裂，這是非常罕見的飛機(jī)擋風(fēng)事故。在這一瞬間時(shí)間里，沒有人來得及思考，擋風(fēng)玻璃立即像被重物擊碎了一樣瞬間全部炸裂，此時(shí)機(jī)長(zhǎng)劉傳健的耳朵完全失聰，只有肢體還有冷冰冰被空氣吹的感覺，

36、什么也看不見，只能艱難做出一些本能的反應(yīng)來操控飛機(jī)，周圍一片死寂。驚險(xiǎn)的事情發(fā)生后，還好出現(xiàn)了良好的結(jié)局。但人們對(duì)擋風(fēng)玻璃破碎的原因解釋依然沒有官方回復(fù)，這在一定程度上使人們對(duì)飛機(jī)擋風(fēng)玻璃破裂的可能性一直充滿好奇。因此為最大程度確保飛機(jī)與乘客的安全，人們應(yīng)最大程度做好飛機(jī)擋風(fēng)玻璃破碎的預(yù)防措施。 4.1加大檢查力度，定期維護(hù)擋風(fēng)玻璃 針對(duì)擋風(fēng)玻璃潮氣入侵過程可知，應(yīng)該想辦法延緩潮氣入侵的過程，因?yàn)檫@種入侵從外觀上是看不出差異的，只有當(dāng)潮氣入侵到一定程度才會(huì)發(fā)生銀色匯流條變色或者局部過熱產(chǎn)生小氣泡，此時(shí)會(huì)帶來一定的外觀缺陷[11]。但有機(jī)密封膠粘結(jié)本身的使用年限決定了這是一個(gè)不可避免的過程，

37、這就需要航空公司采取措施以免影響未來航線運(yùn)行的破裂隱患。航空公司可以主動(dòng)增加外層玻璃定期檢查的規(guī)定，及時(shí)發(fā)現(xiàn)擋風(fēng)的損傷，其中隆起封嚴(yán)的檢查不能完全依賴目視，可以嘗試用物品撥動(dòng)的形式確認(rèn)牢固性，并對(duì)擋風(fēng)實(shí)際狀態(tài)長(zhǎng)期監(jiān)控，保障使用過程更加穩(wěn)妥。 4.2建立更加嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 對(duì)于飛機(jī)擋風(fēng)玻璃的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)驗(yàn)證，材料檢測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)的建立等必須統(tǒng)一，并嚴(yán)格實(shí)施。擋風(fēng)玻璃出現(xiàn)意外的可能性在飛機(jī)事故中所占的比例相對(duì)較低，但不能因此就忽略擋風(fēng)玻璃出現(xiàn)意外帶來的損壞，進(jìn)行前擋風(fēng)玻璃的檢測(cè)工作，且嚴(yán)格實(shí)施是非常必要的，比如老化程度，各關(guān)鍵部位的復(fù)查工作等。 4.3強(qiáng)化擋風(fēng)玻璃材料標(biāo)準(zhǔn) 材料性能可以有效決定飛機(jī)

38、擋風(fēng)玻璃破碎的可能性，其中各個(gè)部位的材料都是相關(guān)的，也許其不是結(jié)構(gòu)層，也許某一材料知識(shí)扮演非常細(xì)小的作用，但作為一個(gè)緩慢發(fā)展過程，再細(xì)小的東西也會(huì)影響整體，這就需要對(duì)飛機(jī)擋風(fēng)玻璃相關(guān)的每一個(gè)材料做出嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。比如對(duì)于膠合層材料，光學(xué)性 能不能引起 折光 等 缺 陷，膠合層在玻璃破碎時(shí)要保障玻璃不飛濺，以免造成更大的損失，材料必須在很寬的溫度范圍內(nèi)保持彈性，吸收玻璃受到的應(yīng)力，提高擋風(fēng)玻璃抗沖擊能力，同時(shí)必須具備耐高溫耐鹽霧、潮濕等苛刻的環(huán)境要求。擋風(fēng)玻璃結(jié)構(gòu)材料中的無機(jī)玻璃，是類似石頭，水泥一樣的化學(xué)物質(zhì)，本身都具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，此時(shí)如果中間的粘結(jié)層不能在水分，空氣，濕熱環(huán)境等耐候性

39、方面發(fā)揮作用，再好的擋風(fēng)玻璃也不能發(fā)揮作用，因此相關(guān)飛機(jī)制造商應(yīng)加強(qiáng)擋風(fēng)玻璃材料相關(guān)參數(shù)指標(biāo)的建設(shè)，并積極探索檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與方法，使其在人為干預(yù)下達(dá)到最苛刻的材料性能要求。 5. 結(jié)束語 飛機(jī)擋風(fēng)玻璃破碎，所帶來的后果及驚險(xiǎn)程度是我們常人難以想象的，在人類開放的各種驚險(xiǎn)刺激娛樂項(xiàng)目中也很難能有機(jī)會(huì)體會(huì)到。首先擋風(fēng)玻璃破損脫落會(huì)使整個(gè)客艙失壓，如果此時(shí)飛機(jī)外的真實(shí)外部壓力超越人的生存壓力范圍，會(huì)使人瞬間失去意識(shí)，且有可能會(huì)使人體內(nèi)臟各個(gè)器官受到嚴(yán)重破壞，畢竟壓力帶來的力量是均勻，無處不在的。其次在一定的高空中，溫度可能會(huì)降至零下40攝氏度，在高速飛行時(shí)的噪音讓人無法接受，這比生活中時(shí)速120公里

40、開汽車車窗的風(fēng)力大很多倍，此時(shí)飛行員瞬間會(huì)被吸處艙外，只能依靠安全帶連接這飛機(jī)，飛機(jī)儀表盤部分系統(tǒng)也可能受到損壞，飛機(jī)自動(dòng)駕駛功能失效的可能性很大，飛機(jī)生還的可能性很小。最后民航客機(jī)下降到安全高度時(shí)間很長(zhǎng)，民用航空下降率最大只能在30m/S，如果下降5千米高度則需要6分鐘左右的時(shí)間，暴露在低溫、低壓、低氧氣含量時(shí)，飛行員的自身生命都難以保障。這也提醒人們，雖然飛機(jī)是世界上最安全的交通出行方式，但發(fā)生意外生還率卻是最低的，因此人們?cè)诔俗w機(jī)時(shí)可以采取一定的措施適當(dāng)保護(hù)自己，以最大程度降低威脅。比如穿長(zhǎng)袖上衣和長(zhǎng)褲乘坐飛機(jī)，不隨身攜帶鉛筆、圓珠筆等物品，學(xué)會(huì)緊急出口的開啟方法，熟練掌握系上和解開安

41、全帶的方法，確認(rèn)最近的緊急出口位置等。  參考文獻(xiàn) [1] 白新鑫.高空中飛機(jī)擋風(fēng)玻璃為何破損脫落?到底有多驚險(xiǎn)?[J].方圓. 2018(10) [2] 張建軍.飛機(jī)擋風(fēng)玻璃背后的奧秘[J].大飛機(jī).2017(10) [3] 門坤發(fā),張洪俠.直升機(jī)擋風(fēng)玻璃失效分析[J].失效分析與預(yù)防. 2018(01) [4] 黃守亮,劉巖,張義武等.飛機(jī)擋風(fēng)玻璃起裂及擴(kuò)展的應(yīng)力工程仿真分析[J].玻璃. 2016(02) [5] 劉明,高蒙,張興華,駱晨等.典型航空有機(jī)玻璃在實(shí)驗(yàn)室加速條件下的老化規(guī)律[J].失效分析與預(yù)防. 2015(06) [6] 李卓然,徐曉龍.玻璃與金屬連接技術(shù)研究進(jìn)展[J].失效分析與預(yù)防. 2013 (02) [7]刁斌.飛機(jī)擋風(fēng)鳥撞有限元模擬及撞擊影響分析[D]. 南京： 南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2016. [8] 徐麗娜，蔣裕. 駕駛艙透明件安裝形式分析[J]. 民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究.2015 (17) [9] 劉剛,戴向黎,王舟.飛機(jī)擋風(fēng)玻璃結(jié)構(gòu)分析與研究[C].探索創(chuàng)新交流第七屆中國航空學(xué)會(huì)青年科技論壇文集2017. [10] 李峰.737NG飛機(jī)駕駛艙擋風(fēng)故障介紹與分析[J].內(nèi)燃機(jī)與配件. 2019 (10) [11] 余迪明.B737NG駕駛艙玻璃檢查要點(diǎn)淺析[J].裝備維修技術(shù).2019(06)