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《中国机长》:航空玻璃事故是怎么回事

时间:2019-10-11 14:45:09

来源:中国机械社区

作者:胡狸

俗话说“外行看热闹,内行看门道”,很多观众在观看《中国机长》时只知道是3U8633的玻璃破碎导致了后续一系列险情的发生,但是却少有人知道这架飞机是空客A319机型,脱落的风挡玻璃由法国圣戈班供应。

 

玻璃为什么会破裂?

 航空玻璃是飞机的重要组成部分,不仅起到透明件的作用,主要涉及到维持飞机气动外形、客舱增压的功能。按照安装位置,它可以分为驾驶舱玻璃和客舱的舷窗玻璃。 所有的航空玻璃被装机应用之前,都需要进行一系列严格测试,必须具有抗撞击、抗裂纹等性能。


飞机的挡风玻璃的结构可以如下图所示

(放真的结构图我怕你就不看了)


最上的面饼是一层挡风玻璃,你使劲儿摁也摁不破那种,下面的菜叶番茄是一层加温膜,可以在飞行过程中对玻璃进行电加温,免得玻璃起雾或者结冰,也不会因为受热不均而炸掉。


中间的芝士和底部的面饼又是两层坚挺的玻璃,而中间的两个肉饼是中间层胶片,把三层玻璃隔开,防止外部玻璃破碎伤到人,还可以减震。这个玻璃结构总体厚度超过4CM,也不怕鸟撞。就算其中一层裂了,另外两层还坚挺着呢。所以安心啦。


此外形状方面,每一扇机窗都是圆角,这样的曲线设计将压力分散到边缘的每一点上,而不像正方形窗将压力集中在尖锐的角上(工程中将其称为应力集中点),这样可以降低机窗破碎的几率。 

▲ 川航事故图 / 东方IC



风挡玻璃在结构强度上需要做三方面验证:(1)极限强度验证;(2)破损安全验证;(3)疲劳验证。 一位从事客机风挡玻璃工作的技术专家告诉出行一客,对于设计运行高度不超过13700米的机型,风挡玻璃作为增压舱的构成部分,应能够承受1.33倍的座舱泄压阀最大设定值的压力;而且考虑1.5倍的安全系数,还需要额外采用系数2来覆盖材料性能波动、长期使用的性能衰退、环境条件的影响。因此,

为证明风挡的这一极限承载能力,需要在1.33×1.5×2=4倍的泄压阀最大调定值压力下(考虑泄压阀的压力容差上限)试验考核。

 此外,当风挡玻璃本身发生任何一层破损后,要求风挡必须能经受住座舱最大压差载荷与临界气动压力的承载能力,并考虑温度的影响;因此为证明风挡的破损安全能力,需要在仅剩一层相对薄弱的完好结构层玻璃的情况下,用座舱最大使用压差和最大气动压差叠加后压差的2倍载荷进行试验考核。 上述专家表示,特殊风险中,风挡要证明扛得住1.8公斤的鸟在飞机最大海平面巡航速度下的撞击,保证不穿透,且至少内层玻璃不会产生伤害飞行员的飞出物。 除防撞击外,风挡玻璃还要具有除冰除雾的功能。因此,最外层钢化玻璃的内侧还装有透明的导电覆盖膜-加热膜,该装置是为了帮助风挡玻璃除冰。内层玻璃中间则装有除雾装置。 按照上述情况来看,同济大学航空与力学学院教授沈海军告诉出行一客,

风挡玻璃破裂可能存在四大原因。

一是高速运动中的外来物撞击,例如鸟、冰雹等;二是窗框及安装紧固件问题;三是玻璃质量问题;四是加热系统故障。

 根据民航局通报的情况,川航3U8633航班是在正常爬升至9800米高空时,驾驶舱右座前风挡玻璃突然破裂并脱落。9800米高度接近于平流层,沈海军表示,在如此的高度,存在飞鸟、冰雹外部撞击物的可能性很低。 但这个可能性目前仍不能完全排除,上述风挡玻璃专家向表示,成都-拉萨航线就曾发生过高空鸟撞。 

▲ 图源 / 新华社



窗框及安装紧固件问题也可能存在。这位专家介绍,由于川航事件中,风挡窗框、压板、紧固件完好保留在原位置,未有任何窗框、紧固件缺陷的迹象。“可能的原因是在安装过程中,没有完全按照风挡安装的设计要求,从而导致风挡玻璃有较高的强迫装配应力,并可能造成了风挡玻璃的局部损伤。飞机在长期飞行过程中,遇到某一较高的压差载荷、飞行载荷和强迫装配应力组合,超过破裂强度故而发生突然破裂,或者初始缺陷部位疲劳损伤累积,最终导致突然破裂。” 据了解,川航3U8633航班脱落的右侧风挡玻璃为该机原装件,投入运营至事发前,未有任何故障记录。如果此次脱落调查后确属安装问题,那么事故责任很可能归咎于空客总装中心。 玻璃质量问题也不容忽视。此次出现事故的飞机为空客319型号飞机,属于空客A320系列,2011年交付川航。如果出厂时存在瑕疵,在长年累月的飞行中,也可能因疲劳负载导致瑕疵出现问题。 川航3U8633航班的风挡玻璃由法国圣戈班集团生产。圣戈班(中国)投资有限公司方面告诉出行一客,这是一次极为罕见的事故。中国民航局已组织相关方面展开调查,在正式调查结果发布前,不便接受任何采访。


 

加热系统是否存在故障,同样是调查重点。

风挡玻璃中间添加了加热膜,如果加热系统故障,可能存在局部短路、电弧(注:一种气体放电现象,不仅对触头有很大的破坏作用,而且使断开电路的时间延长)问题,进而导致飞机风挡玻璃破裂。  上述风挡玻璃技术专家表示,飞行员对于何时更换驾驶舱玻璃更有话语权。如果出现轻微划伤或者磨损,按手册检查后,确认符合继续使用的条件,飞行员、签派放行人员有可能不要求更换玻璃。一般情况下,驾驶舱玻璃的使用寿命可达十年。 客舱舷窗玻璃,相比没有驾驶舱的玻璃具有如此高强度的负载能力,但同样具有抗压力等功能,而且一般为双层玻璃。以往多起舷窗玻璃破裂的事故,大都由外物撞击而引起。 

历史上的航空玻璃事故


历史上也有类似的航空玻璃事故先例,最广为人知的便是1990年英国航空公司发生的事故。两年后的调查结果显示主因是维修管理不善。 英国航空公司BAC1-11 5390航班1990年6月10日早晨7点20分从伯明翰国际机场起飞,飞往西班牙马拉加。在英国牛津郡迪德科特上空17300英尺处,飞机机头左边的风档玻璃破裂脱落,机长被吸出窗外,挂在机身外侧,驾驶舱内三名惊慌失措的空服人员抱着他的双腿。最终在副驾驶的操作下,7点55分飞机成功降落在英国南安普敦机场。


 事故发生后,英国航空事故调查处联合其他相关部门(空中交通管制处、民航局、皇家空军航空医学研究所)组成事故调查组,对航班信息、机组人员、飞机受损、气象条件、飞机通讯和记录设备、医疗病理等信息进行了全面审查。

调查组历时两年完成调查。

英国民航局向出行一客提供的调查报告显示,英航5390号班机出事前27小时曾更换风挡玻璃。

调查员发现,安装在风挡玻璃里的90颗螺丝钉中,84颗的直径为0.026英寸(1毫米),要比标准的小;其余的6颗长度是0.1英寸(3毫米),则比标准的短,加上受到舱内气压减小的影响,最终导致玻璃的破碎脱落。 调查员透露,当时英国维修部门的工程师因为工作负荷量大,挑选部件时多以肉眼经验“尽量相似”为准则,而没有参考飞机的维修档案和仓管人员意见,导致事故发生。


被垄断的玻璃市场


这些罕见事故折射了航空玻璃安全问题,也让更多人了解到中国民航产业零部件生产的短板。 全球航空玻璃供应基本由三大国外厂商垄断,分别是

法国的圣戈班集团、英国的GKN公司(LSE:

GKN)以及美国PPG公司(NYSE:PPG)。

 其中,圣戈班集团旗下的圣戈班苏利公司(Saint-Gobain Sully)担任航空玻璃生产任务。其在50多年间为全球的干线客机、喷气飞机、支线客机、直升机、战斗机等航空器提供玻璃制品。 

▲ 图源 / 圣戈班公司官网



中国的飞机产业也正加速发展中,必然带动上下游产业链的崛起。但是在航空玻璃生产领域,还没有出现突破。


 

中国民机事业刚刚重新起步,对于各个部件的可靠性要求比较高。中国航空玻璃缺乏实践经验,可靠性方面没有充足数据来印证,因此,中国民用飞机的玻璃供应仍来自国外巨头。

 

▲ C919大客机内部,已有国产玻璃被用于C919舷窗 / 东方IC


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