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飞机的窗户为什么是圆的,不是方的

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坐在飞机的靠窗位,你就拥有了最好的天空景观。偶尔你也会刷到朋友在上空拍的打卡照,湛蓝的天被框在圆形的舷窗里。 如果这时你突然注意到身边方方正正的窗户,你可能会产生一个问题。 飞机的窗户为什么是圆的?而不是方的呢?

坐在飞机的靠窗位,你就拥有了最好的天空景观。偶尔你也会刷到朋友在上空拍的打卡照,湛蓝的天被框在圆形的舷窗里。

如果这时你突然注意到身边方方正正的窗户,你可能会产生一个问题。

飞机的窗户为什么是圆的?而不是方的呢?

其实,曾经的飞机舷窗确实是方形的。

在早期,客机就已经引入了窗户设计,窗户不仅能够舒缓乘客的幽闭恐惧症,还能保证机内足够的光线,方便人们应对飞行中可能发生的状况。

上世纪20-30年代,商用客机都是螺旋桨飞机,它们很多都采用了方形窗户的设计。


1930年代,澳洲帝国航空公司的工作人员合影,飞机窗户是方形的/昆士兰州立图书馆

然而百年之后,我们在飞机上看到的都是统一的圆形舷窗。这一转变,并不是简单的审美迁移,而是源于一段惨痛的历史。

1952年5月2日,世界第一架喷气式客机首飞,它书写了民航班机的历史,也永远影响了后世的飞机舷窗设计。

这架飞机被命名为哈维兰彗星型客机。它以喷射引擎为动力,飞行高度是其他客机的两倍[1][2],这也缩短了旅途的时间。彗星还搭载了增压系统,保证高空中舒适的飞行体验。毫无疑问,它代表了当时最革命性的设计。


首航当天,媒体报道彗星有望开创航空旅行的新时代/Douglas&Marahys

然而,这段航班只顺利运营了一年。1954年1月,781号彗星班机在飞行途中解体坠海,35名乘客与机组人员无人生还。

在当时,黑匣子还没出现。要调查事故原因,需要在260平方公里的海域里打捞残骸,这让调查进度十分缓慢。而英国航空这边,每天都在承受着停航带来的资金压力。在事故发生的10周后,航空公司正式复航。

复飞仅16天,悲剧却再次上演——又一架彗星型客机坠入深海,21人死亡。

这一消息震惊了全世界,彗星客机彻底停飞。由于第二架飞机残骸无法打捞,调查小组需要全力追查781号航班事故,从而找出两起悲剧的真相。

调查人员试图还原飞机、分析遗体痕迹,发现两起事故中,被找到的遗体都有相似的颅骨受损,肺部爆炸的痕迹。

调查小组猜测,飞机可能是因为瞬间减压而爆炸。但是,彗星的机身采用了最新研发的铝合金材料,预计能够进行一万次加压飞行[3],怎么会出现这种致命的问题?

调查小组建造了一个巨大水槽,并将一架掏空的彗星搬进去。他们向水槽和飞机里灌水,灌满后仍继续灌水加压,这样就能模拟出高空中飞机会承受的应力[4]。


当你对物体施加外力,它会在内部产生抵抗外力的作用力。单位面积承受的作用力就是应力

没想到,日夜不间断地加压、放压的实验仅仅持续一个月不到,飞机就出现了两米长的裂痕,这比预计时长短了四个月;另一架飞机的实验则显示,窗户和舱门四周受到的应力是飞机其他部分的四倍,是设计时预想的两倍。

这都表明,彗星客机的结构存在致命的缺陷。

此时,传来一个重大消息。事发的第7个月,一艘渔船意外打捞到一片机顶残骸。残骸上有两个用来接发信号的铆接方形舷窗。调查人员发现,其中一扇窗的铆钉洞有一道细小裂痕,而这正是所有裂痕的起点。


这片残骸被确定为失事的源头,现在它被保存至伦敦科学博物馆/Krelnik

原来,彗星窗户的固定方式并非粘合,而是直接把铆钉打入金属。这使得彗星在制造过程中产生了微小的制造瑕疵。

彗星的飞行高度超乎以往,每一次飞行,高空和增压系统都会对机身施加极大的应力。而应力尤其会集中到边角处,方形窗户的边角成为了最脆弱也最致命的地方。

最终,微小的瑕疵在一次次施压下变成了致命的裂痕,导致了高空解体的意外。

彗星的致命缺陷,让随后的航空工业吸取教训。重新设计过后的彗星,乃至现代大中型客机,客舱里的舷窗都是圆形或八角形,以避免应力积累到拐角处[5]。


现代可以容纳方形舷窗的设计,但边角是圆滑并加固的,商业客机多用圆形舷窗/图虫创意

后来,失效安全的设计理念也发展起来,即便某一设备失效了,也不会影响到其他设备或人身安全。举例来说,如果飞机的一台发动机在空中突然失效,飞行员会收到故障通知,而剩余的发动机独立工作,可以让飞机完成航行或者紧急着陆。

厄尔巴岛上有一座纪念碑,纪念这些在空难中丧命的人。 他们当中有10位刚刚告别父母,正要返回学校的孩子,还有一位名为切思特的记者,当时他的家人提早到了机场等待迎接[4][6]。

在纪录片《重返危机现场》的采访中,切思特的女儿珍妮说道:“这点带给我母亲极大的安慰,调查空难进行的试验,在日后救了很多人的命。”[4]

只是在那架飞机上,乘客们可能和我们一样,正透过漂亮的方形窗户看着同一片天空。

参考文献:

[1] BBC. (2003). 1952: Comet Inaugurates the Jet Age. ON THIS DAY.

[2]Hoeller, S., & Appelbaum, C. (2020). Vintage Photos Show What Air Travel Looked like in Every Decade. INSIDER.

[3] Ministry of transport and civil aviation. (1955). Report of the Court of Inquiry into the Accidents to Comet G-ALYP on 10th January, 1954 and Comet G-ALYY on 8th April, 1954. CIVIL AIRCRAFT ACCIDENT.

[4] National Geographic. (2006). Comet Air Crash. Seconds From Disaster.

[5] Pisquali. (2016). Why Are Airplane Windows Rounded?

[6] BBC. (2003). 1954: Comet Jet Crashes with 35 on Board. ON THIS DAY.

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