飞机窗户为什么那么小啥是椭圆形

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2017-01-06 06:57 标签： 飞机窗户上的小孔
责任编辑：李海燕为什么飞机的窗户都是椭圆形状的上面的小孔是干嘛的？
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当你坐在飞机上时，脑海里可能会冒出这样一个疑惑：飞机窗户为什么总是圆形的？这是由航空公司所做出的选择吗？亦或它的背后有着一些科学原因？其实，答案非常简单，但背后的工程却十分炫酷。首先，它们并不总是圆的。在航空业初期，飞机窗户是矩形的，就像你家里那些窗户一样。然而，随着飞机变得越来越先进，人们让它们飞得越来越高，以避免低层大气的气流颠簸、降低阻力、减少燃油消耗。因此，客舱必须密封加压，使乘客们能够在稀薄大气中保持舒适。为了正常运作，密封加压的客舱必须是圆筒形的，而圆筒形会反过来制造内外空气的压力差；飞机飞得越高，压力差就越大。机体微微有点扩张，机身材料会受到一定压力作用、产生变形——此时，飞机窗户的形状便十分重要。在一个完美圆筒上，压力会柔缓地穿过材料，但它会被窗户所干扰。如果窗户是矩形的，那么它对压力流的干扰作用将更为显著，而且压力会堆积在尖锐的角上——这有可能造成玻璃的破碎、机身的破裂。但如果窗户是椭圆形的，那么压力的分布将会更为均衡。不幸的是，直到两架飞机坠毁之后，工程师们才明白问题出现在方形窗户上。此后，所有航天器的窗户都被设计为圆形，用以保护机身的完整性。同样的原则也被应用在货船和舱室门上。当然了，船和航天器的窗户之所以是圆形，还因为它们有着更好的结构完整性。你可能还对飞机窗户上的那个“通气孔”心存疑惑。同样的，它和内外压力差所造成的压力及张力管理有关。实际上，每个窗户都有三层结构，而那个孔能够平衡外层和中层玻璃之间的空气。因此，只有外层窗户承受着机舱压力，而中间那层则是用于紧急状况。曾有人在网上发帖问飞机窗户上的小孔的作用及功能。名为Pygmalion的用户回复说：“飞机窗户上的孔是为了平衡玻璃间隔和客舱内的气压，防止内层玻璃破裂。”还有其他人也回答了这个问题，他们的答案要么全对要么部分正确，可对于不熟悉飞机构造或相关术语的人来说，这些答案仍然令他们一头雾水。为了了解详情，我(原)找到了GKN航空(全球客机窗户设计研发和制造的领头者)技术主任Marlowe Moncur。我还拿到了波音737(航空历史上用得最多的喷气式客机)维修手册的副本，其中一些插图有助于人们理解通气孔的作用。大多数商用飞机的客舱窗户均由外层、中层和内层玻璃组成。和你想的一样，这些名称取决于你身处飞机的内部还是外部。这三层玻璃的材料均为丙烯酸纤维，这种合成树脂因其材料透明度和弹性而广受称赞，不过这三层窗户中只有外层窗户和中层窗户属于结构窗户。这些结构窗户的周边均由橡胶进行封闭并被安置在飞机的机身上。内层窗户，又被Moncur称作保护罩，处于乘客这一边，被安装在机舱的内侧。波音737的三层窗户分解图如下所示：这三层窗户的组合密封导致外层窗户和中层窗户之间留有微小间隙。Marlowe表示这是两层窗户气隙设计的关键组成部分，其中外层窗户为主要结构窗户，承受着飞行过程中的机舱气压。主要结构窗户是什么意思？在海拔35000英尺的高空，大气压约为3.4磅每平方英寸。人体在这么高的海拔和这么低的气压下无法正常工作；因此在客舱内，压力由人工维持在11磅每平方英寸左右——大约为你在7000英尺的高空感受到的气压。客舱内外的气压差异越大，飞机各部位承受的压力也越大，包括它的窗户。外层窗户是最主要的结构意味着在正常情况下，外层窗户承受了舱内增压带来的所有压力。Moncur表示内层窗户很多余，它存在的意义是为了以防外层窗户破裂而设置的故障保险装置，但外层窗户破裂的情况极其罕见。(据波音737维修手册记载，在温度为70华氏度时，中层窗户能承受1.5倍的工作压力。)下图是Moncur提供的示意图，它说明了每层玻璃的相对厚度以及分开它们的气隙。(注，图中的inner pane其实就是中层窗户)：了解到这些之后，中层窗户玻璃上的通气孔功能就很明显了：它是一个排放阀，能平衡客舱与中层窗户和外层窗户之间的气压。这个小孔能确保在航行过程中舱内压力只作用于外层玻璃，因此为了以防万一才保留了中层窗户。据波音737维修手册介绍，窗户之间的气隙还能排除雾和霜，不过无数相片说明这一组装反而会导致玻璃上凝结水汽。可以肯定地说，这种组装形式构建了一个最安全的环境。这一组装能确保中层窗户受损后飞机还能安全着陆。维修手册还警告说中层窗户上若出现裂缝，那么客舱内不应继续增压。通过防止龟裂、裂纹、刮伤和碎裂，最内层窗户能保持中层窗户的结构完整性并保护整个窗户装置。
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飞机的窗户为什么都是椭圆形的？
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