English

中国科协 光明网 主办

战斗机风挡玻璃的那些事

2018-05-16 13:13 来源:科普中国-军事科技前沿 

  出品:科普中国

  作者:瑷敏工作室

  监制:光明网科普事业部

  目前,川航3U8633航班紧急迫降一事的事故原因仍在进一步调查中。但飞机驾驶舱风挡玻璃整片脱落在民航史上极其罕见。事实上,无论是民航飞机还是战斗机,哪怕是风挡玻璃在空中发生破裂,都不是一件可以轻描淡写处理的事。今天就让我们说说战斗机风挡玻璃的那些事。

战斗机风挡玻璃的那些事

川航3U8633航班(图片来源:中国青年报)

  战斗机也是受害者

  相比于发动机、机翼和飞行控制等技术设备而言,飞机的风挡好像并不是什么拥有高技术含量的关键设备,因此也极少引发人们的高度关注。然而,风挡玻璃作为机身的一部分,同样是飞机的重要功能部件。风挡玻璃作为飞机的“眼睛”,不仅要保持机头的流线型外形,还要确保结构安全并提供清晰视界,也是衡量技术实力的“放大镜”。

  川航航班此次遭遇的飞机驾驶舱风挡玻璃整片脱落在民航史上及其罕见,此前整个民航史上也仅有一例发生。风挡玻璃的脱落将直接造成客舱失压,瞬间出现的飞机真实高度外部压力值,会让人直接失去意识。在高空高速飞行过程中,机组人员冒着低温和高空风坚持操纵,能安全降落实属奇迹。相比之下,风挡玻璃出现裂痕或发生爆裂的情况相对较多,机组同样需要紧急备降。

  说起来,战斗机也是风挡玻璃脱落的直接受害者。2014年,美国空军驻日本嘉手纳基地的一架F-15战斗机,就在飞行训练中突发驾驶座风挡玻璃丢失险情。而据当地官方统计,自1979年美军在嘉手纳基地部署F-15战斗机以来,就曾发生过3次风挡玻璃坠落事故。

战斗机风挡玻璃的那些事

F-15战斗机(图片来源于网络)

  人民空军历史上,也曾遇到过风挡玻璃破裂的事。在最近数年公布的飞行事故中,就相继有歼-7B、强-5D和歼-11BS发生过此类事故,不过飞行员最终都驾驶“战鹰”安全着陆。尤其是2004年发生的歼-7B飞行事故,就是在万米高空出现的险情。多亏了存在“近视眼”问题的歼-7系列战机在风挡玻璃之后还有一块防弹玻璃,飞行员才能在关键时刻硬是把飞机开了回来。

  风挡玻璃都是怎样炼成的

  虽然我们都将其称为“风挡玻璃”,但事实上风挡的主要成分还真不是玻璃。

  整个风挡的结构绝不仅仅是一块“玻璃”,而是由透明件、夹层、玻璃纤维、加热系统和密封紧固材料等组成的组合件。由于飞行过程需要高透明度,常见的制作风挡用透明材料主要包括丙稀酸脂材料和聚碳酸脂材料。聚碳酸脂材料虽然韧性好、抗冲击强度和抗疲劳度高,但硬度较低易磨损,透明性也比丙稀酸脂材料稍差一些。目前飞机座舱的风挡普遍使用透明度更高的丙稀酸脂材料,但其缺点就是比较脆。

  为避免风挡破裂时产生的尖锐碎片对飞行员造成严重伤害,风挡玻璃的内层必须采用非碎裂性材料。同时,外形看似简单的风挡玻璃还要满足鸟撞指标要求。在这些多重严苛要求之下,人们只好把风挡玻璃做成了多层结构的“夹心饼干”。

战斗机风挡玻璃的那些事

风挡玻璃(图片来源于网络)

  由于风挡材料强度较低,为充分防止鸟撞,美国和俄罗斯的战斗机风挡玻璃厚度普遍达到2厘米,相比之下其蒙皮厚度也才2毫米。此前美国F-16战斗机水泡式风挡玻璃虽遭遇鸟撞四处开裂,但并未穿透也未对飞行员生命安全造成太大影响,就是拜这层加厚版的“防弹玻璃”所赐。不过,为保证结构强度而把前档玻璃加工的极为厚重并非明智之举。拥有整体式座舱盖的F-22战机,其舱盖顶部最薄的地方也有2厘米厚,全套舱盖的重量高达500公斤,对于战斗机而言则显得有些“超重”了。

  下雨天飞行员怎么办

  就拿此次出现故障的空客飞机来说,其前风挡玻璃就有6层,正常情况下可承担5倍飞机最大内外压差载荷。当然,风挡玻璃厚重的身体内部,也隐藏着许多特殊设计。飞机在结冰、起雾、下雨等气象条件下飞行时,风挡内外表面上的冰、霜、雾和雨水等势必妨碍驾驶员的视线。因此风挡玻璃一般都配有防冰防雾和排雨系统,还可通过隐藏在玻璃中密密麻麻的电阻丝发热来保证特殊气象条件下的飞行。

  细心的人们一定发现,民航飞机的前档玻璃上有雨刷,战斗机上可极为罕见啊。一旦雨水落到了战斗机的前档玻璃上,相互交织的水痕会形成网状痕迹,势必遮挡住飞行员的视野,影响飞机的正常起降飞行。不过,无论是全向视野的气泡式座舱盖,还是外形流畅的普通座舱盖,其圆弧形或气泡形的结构也无法安装雨刷器。同时,战斗机较快的飞行速度产生的空气阻力,也决定着前挡玻璃上不能安装雨刷器。

  事实上,下雨天战斗机飞行员也有办法飞行。一种方法就是为风挡玻璃抹上排雨液。这种主要成分是酒精的排雨液可增大水的表面张力,使得雨水从玻璃上快速滑落。涂抹废水涂层也是一种好办法。这种涂层生来与水“相互排斥”,落下来的雨水就不能附着在玻璃表面。战机在高速飞行时就能把雨水甩得干干净净。事实上,战斗机上还都安装了玻璃升温装置,可直接将前档玻璃上的雨水蒸发掉。目前还出现了超声波除雨技术,主要通过安装在风挡玻璃下的高频超声波发生器来快速清除雨水、尘埃等附着物。

  说起来,英国的AV-8B“海鹞”垂直起降战斗机还真是个拥有雨刷器的战斗机。原来,垂直起降的AV-8B起降速度相对并不高,这才能在座舱盖正前方专门隔出一小块区域来安装雨刷。

“科普中国-军事科技前沿”原创作品,转载请注明来源。

[责任编辑:白璐]

手机光明网

光明网版权所有

光明日报社概况 | 关于光明网 | 报网动态 | 联系我们 | 法律声明 | 光明员工 | 光明网邮箱 | 网站地图

光明网版权所有