為什么飛機窗戶是圓的?
雪卉桑
高空中飛機內(nèi)部需要增壓,所以飛機內(nèi)外存在巨大的壓力差。如果是做成方形的窗戶,那么在窗戶的四個角,會產(chǎn)生巨大的應(yīng)力,導(dǎo)致窗戶破碎。而圓形在各個方向上的結(jié)構(gòu)相同,應(yīng)力將被平均分散,極少出現(xiàn)從某一點發(fā)生崩潰的情況。
坐飛機時我們會發(fā)現(xiàn)飛機窗戶和日常生活中的窗戶是有區(qū)別的,飛機窗戶設(shè)計的又小又圓,這是什么原因呢?
早期飛機飛行高度低,客艙不需加壓,機身需要承受的各種應(yīng)力也比較小,窗戶有時設(shè)計成方形。
但是隨著飛機速度的提高,飛機在做各種機動動作時承受的應(yīng)力提高,特別是飛行高度的增加導(dǎo)致客艙需要加壓維持較舒適的環(huán)境,這對機體的抗壓能力提出了較高的要求。
通常,結(jié)構(gòu)的開口處是各種應(yīng)力比較集中的地方,也是結(jié)構(gòu)中最容易因應(yīng)力的不斷變化而崩潰的地方。研究發(fā)現(xiàn),多邊形(包括方形)的窗戶,在拐角處更易集中應(yīng)力(70%艙內(nèi)壓力都集中在機窗的尖角上),最終因為材料疲勞導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的崩潰。而圓形在各個方向上的結(jié)構(gòu)相同,應(yīng)力將被平均分散,極少出現(xiàn)從某一點發(fā)生崩潰的情況。
圓形機窗是由三層分工明確的玻璃組成:外層負責承受艙內(nèi)加壓帶來的壓力;中層是為以防外層破裂而設(shè)置的保險層,雖然外層玻璃破裂的情況極為罕見;內(nèi)層則充當畫板,可供乘客隨心所欲地涂涂抹抹。
機窗下方的小洞則是用來確保外層玻璃能承受壓力的沖擊,出于安全考慮,這個小洞好比飛機的“呼吸孔”,是很重要的存在。機艙內(nèi)的空氣是經(jīng)過加壓的,此時飛機內(nèi)外部的壓力是不同的。
有了這個小洞,機艙內(nèi)的較高的氣壓可以直接作用在最外層玻璃上,當小洞的調(diào)節(jié)作用達到極限時,最先破裂的玻璃也會是最外面的那一層。這樣就能保證機艙還是封閉完整的,乘客才能繼續(xù)呼吸。
飛機上的窗戶相對較小,因為航空公司需要考慮飛機的成本,飛機的窗口面積基本滿足經(jīng)濟和欣賞的要求。如果飛機的窗戶要更大,飛機需要降低其飛行高度和飛行速度,或使用更昂貴的材料制造飛機窗戶。