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川航客机风挡炸裂,你所不知道的飞机风挡玻璃的秘密

2018-5-17 9:34:49      点击:
5月14日,川航一架A319-100飞机执行重庆至拉萨航班,9800米巡航过程中,飞机马赫数0.74-0.75,右风挡爆裂,机组人员冒着高空零下30度和900公里的高空风坚持操纵,最终安全降落。


川航班高空事件,起因是风挡爆裂,9000米高空风和-30度低温,导致副驾驶和乘务员轻微伤。

最终检查结果,飞机无问题,爆裂风挡为空客原装零件,不是山寨品,不是水货。

大家不禁要问,为啥上亿的飞机,一块玻璃不是几百块而是十几万几十万还动不动就坏,有没有点良心了?


好好的飞着,风挡忽然爆裂,质量有大问题啊

现在问题就来了,为啥几十万的高价零件动不动就自爆?

与机翼、发动机和飞行控制等为人所熟知的技术相比,座舱风挡似乎不是什么高技术含量的核心技术。但事实上,风挡玻璃是飞机重要的功能部件,作为机身的一部分,它不仅要保持机头流线型外形,还担负着保证结构完整安全和提供清晰视界的功能。它相当于飞机的“眼睛”,直接关系到驾驶员和整个飞机的安全,能实实在在地体现客机研发单位的技术实力。
风挡结构形式比较复杂,是由透明件、夹层、玻璃纤维、紧固件、金属压板、加热系统、密封材料等组成的组合件。不同透明件材料、制造工艺、环境湿热等都对风挡强度有着明显的影响,其结构符合性验证方法不同于金属结构件。
由于长期承受光照、冰雹和气动加热等影响,风挡玻璃必须要为驾驶员提供良好的光学性能,还要具备除冰除雾、泄静电、防雨水等多种功能。



它在各种飞行状态下承受着气动载荷、增压载荷、结构载荷和气动力冲击,必须具备足够的强度,尤其当1.8公斤重的鸟与它发生撞击时,不能造成驾驶舱失压,同时穿透风挡的鸟碎块、鸟撞造成的风挡碎片不能伤及飞行员。

为避免飞行员受到尖锐碎片的严重伤害,风挡玻璃的内层必须采用非碎裂性材料。



为何川航班机风挡玻璃直接全碎了?妥妥的不留余地,不给面子?

从风挡的原理来说,确实容易碎,原因是,风挡有几个相反的设计要求,实际很难兼顾。

一个就是要透明度,高透明度,透光率往往要求90%,这个要求就限制了必须使用透明材料,主要有两大类,一类为丙稀酸脂材料,另一类为聚碳酸脂材料。

而且飞机风挡材料必须具有足够高的强度,应付高空高速空气动压,最严重的时候还要应付中低空高速飞行中遇到1.8公斤鸟撞不破,这就变成一个很严重的问题。

聚碳酸脂材料优点是韧性好,疲劳强度和抗冲击强度高,缺点是硬度低,使用中易磨损和划伤,需要在表面涂一层耐磨油脂,另外透光度( 88-91%)比丙稀酸脂材料( 91%)略低。

丙稀酸脂材料优点是透光度高,具有一定的硬度,缺点是比较脆。目前飞机座舱盖透明件普遍采用丙稀酸脂材料。丙稀酸脂又分为拉伸丙稀酸脂和铸造丙稀酸脂(也称非定向有机玻璃)两种,拉伸丙稀酸脂与铸造丙稀酸脂相比,韧性好、疲劳强度和抗冲击强度高,由于拉伸丙稀酸脂需要吹塑成形,其成形难度高。

对于风挡,由于其外形相对简单,且要满足鸟撞指标要求,一般选用抗撞击强度高的拉伸丙稀酸脂作为透明件材料,这样既能减少透明件厚度又能确保拉伸丙稀酸脂材料的成形。


这就是波音737NG一号风挡玻璃,可以看出很多层粘结在一起,外加电热加热层

为了保证足够的安全性,现代飞机风挡玻璃都是多层粘结,不容易同时坏。

而且飞机需要在各种气象条件下飞行,和汽车一样,飞机部分风挡玻璃必须具备除冰除霜功能,必须内置电阻丝加热,实际电阻丝和头发一样粗,而且排得密密麻麻的,相互之间间隙就是几个毫米。

由于玻璃起雾比干玻璃的能见度降低很多,特别是雨天和风挡玻璃结冰时影响更大,所以必须能通过电加热、雨刷等措施保证在特殊气象条件下飞行员足够的视野。电热丝实际电阻丝和头发一样粗,而且排得密密麻麻的,相互之间间隙就是几个毫米。

密封可保护胶合层和电加热元件免受环境湿气的侵蚀,对风挡玻璃的可靠性和使用寿命有决定性的影响,因此风挡玻璃必须具有良好的连接密封性。


美国航班风挡玻璃除冰加热层短路起火

在多重要求之下,设计师只好做成多层夹心结构,由于风挡材料强度比较低,所以为了防止鸟撞也很厚,比如美国俄罗斯战斗机的风挡玻璃厚度高达2cm,而普通蒙皮厚度大多才2-3毫米,相差甚远。

在飞机飞行过程中风挡盖承受多种载荷源的作用,主要有座舱增压载荷,气动载荷以及气动加热或环境温度引起的温度应力,另外还有可能承受飞鸟的撞击。在风挡制造和装配过程中还存在着比较大的成形应力和装配应力,此外由于风挡材料和金属相比硬度较低,在外场使用中容易被划伤。


F16战斗机水泡式风挡惨遭鸟撞,到处开裂,但是没穿透,飞行员命大

风挡如何检修,很简单,首先看看寿命,有没有到强制寿命,到了就换,另外一个对着光仔细看破损,划痕,裂纹等,肉眼可见裂纹直接报废,强制更换,从机务来说,这是很累眼睛很不好检查的事情。

另外一个测加温功能,先弱加温,然后强加温,为何这么麻烦?

为防止直接快速加温,导致玻璃受热不均匀爆裂。加温操作不当导致玻璃裂不是少数,但是一般是加温层完蛋,变麻子脸,假如加温功能失效,也要报废更换。


这就是电加温起始区域,风挡爆裂大多从这些地方开始

这次川航飞机风挡破裂,可能有2个原因,一个就是外国原厂产品质量问题,不到寿命就坏,老欧洲新时代,产品质量不断出现丑闻,从德国的退货军舰,到爆裂的罗罗发动机,现在又出风挡自爆,看来欧洲产品的神话也在慢慢褪色。

另外一个可能机务检查不仔细,有裂纹,没检查出来,风挡故障最多的就是加热器故障,该加热不加热,另外一个就是加热器裂纹,很简单,加热后,内外冷热不均,外加材料传热不佳,开裂常事。

希望这次不是机务背锅。



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