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1、北京理工大學珠海學院2020屆本科生畢業(yè)論文 民航飛機駕駛艙擋風玻璃破裂原因 民航飛機駕駛艙擋風玻璃破裂原因 摘 要 提起飛機技術(shù)性要求非常高的部件，很少有人會提及駕駛艙擋風玻璃的研發(fā)難度，但在現(xiàn)實生活中，飛機擋風玻璃卻扮演著重要作用。本文首先介紹了飛機擋風玻璃與其他高科技產(chǎn)品的相似，且現(xiàn)在關(guān)鍵技術(shù)依然掌握在國外大公司手中。接著文中分析飛機擋風玻璃的特殊功能及重要作用，并從外層、內(nèi)層、中間層及膠合層的角度具體分析了飛機擋風玻璃的結(jié)構(gòu)，認為結(jié)構(gòu)層和非結(jié)構(gòu)層各司其職才能有效發(fā)揮擋風玻璃作用。其次文中分析了飛機擋風玻璃的受載情況，這與飛機的飛行環(huán)境，飛行安全性要求與玻璃

2、的安裝結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系，是飛機擋風玻璃設計的基礎。接著文中從潮氣入侵導致外層玻璃破裂，對細小損傷的忽視導致破裂，復合玻璃本身缺陷導致疲勞破裂，人為原因與外來物撞擊等角度分析了可能造成擋風玻璃破碎的原因。并提出一定的解決方案，其關(guān)鍵點還是加強結(jié)構(gòu)設計與原材料的把關(guān)上。最后文中認為個人應理性看待飛機事故，并在乘坐飛機時積極做好個人防護。 關(guān)鍵詞：民航飛機 擋風玻璃 外層 內(nèi)層 材料 The causes of windshield rupture in cockpit of civil aviation aircraft Abstract Wh

3、en it comes to the most technically demanding parts of an airplane, few people mention the difficulty of developing a cockpit windshield, but in real life, an airplane windshield plays an important role. This paper first introduces the similarity of aircraft windshield and other high-tech products,

4、and now the key technology is still in the hands of large foreign companies. Then the paper analyzes the special and important function of the aircraft windshield, and analyzes the structure of the aircraft windshield from the outer layer, inner layer, middle layer and adhesive layer. Secondly, the

5、load on the windshield of the aircraft is analyzed, which has a great relationship with the flight environment of the aircraft, the flight safety requirements and the installation structure of the glass, which is the basis of the design of the windshield of the aircraft. Then the paper analyzes the

6、possible causes of windshield breakage from the perspectives of moisture intrusion leading to the rupture of the outer glass, the neglect of minor damage leading to the rupture, the fatigue rupture caused by the defects of the composite glass itself, the impact of human factors and foreign objects.

7、And put forward a certain solution, the key point is to strengthen the structure design and raw material control.At last, the author thinks that the individual should take a rational view of the aircraft accident, and do a good job of personal protection when taking the plane. Key words: civil ai

8、rcraft windshield the outer layer the inner layer material  目錄 摘要 I Abstract II 引言 1 1. 民航飛機駕駛艙擋風玻璃結(jié)構(gòu)特點分析 1 1.1民航飛機擋風玻璃功能特點 1 1.2民航飛機駕駛艙擋風玻璃概況 2 1.3民航飛機駕駛艙擋風玻璃結(jié)構(gòu) 3 2. 民航飛機駕駛艙擋風玻璃受載分析 5 2. 1民航飛機擋風玻璃受載情況分析 5 2.2民航飛機擋風玻璃受載與飛行安全性 6 2.3民航飛機擋風玻璃受載與擋風玻璃裝配 6 3. 民航飛機駕駛艙擋風玻璃破裂原因分析 7 3.1潮

9、氣入侵導致外層玻璃破裂 7 3.2對細小損傷的忽視導致破裂 7 3.3復合玻璃本身缺陷導致疲勞破裂 8 3.4人為原因與外來物撞擊 9 4. 民航飛機駕駛艙擋風玻璃防止破裂策略 10 4.1加大檢查力度，定期維護擋風玻璃 10 4.2建立更加嚴格的行業(yè)標準 10 4.3強化擋風玻璃材料標準 11 5. 結(jié)束語 11 參考文獻 13 致謝 14 14 引言 2018年川航3U8633次航班擋風玻璃破裂脫落使人們重新對民航飛機擋風玻璃的重要性與安全性的認識欲望逐漸加強[1]，這次事件使人們重新對擋風玻璃的技術(shù)含量有了新的認識。傳統(tǒng)觀念中，擋風玻璃與機翼、發(fā)動機

10、和飛行控制等很多復雜技術(shù)相比，飛機的座艙擋風玻璃似乎并沒有什么技術(shù)含量，但是它涉及到機械學、材料學、光學、化學、熱力學等眾多學科[2]，是眾多學科理論疊加后的綜合產(chǎn)物，它不僅要保持機頭流線型外形，還擔負著保證結(jié)構(gòu)完整安全和提供清晰視界的功能。技術(shù)含量與專業(yè)性非常高，不是隨便的模仿就能達到標準要求的，全球飛機玻璃先進制造廠商在美英法三國，美國 PPG公司，英國GKN 公司，法國圣戈班 sully公司[4]，與其他高科技產(chǎn)品相似，我國目前還沒有廠家可以獨立提供飛機擋風玻璃，充分體現(xiàn)了該領域的高科技含量。這直接關(guān)系到飛行員和整個飛機的安全，能實實在在地體現(xiàn)飛機研發(fā)的技術(shù)實力。在任何的飛行情況下，風擋

11、玻璃還需要承受結(jié)構(gòu)載荷與氣動力沖擊，因此需要具備足夠的強度，這樣才不至于出現(xiàn)破裂的現(xiàn)象[3]。因此尋找民航飛機駕駛艙擋風玻璃破裂原因，對于飛機的安全具有非常重要的保證作用。 1. 民航飛機駕駛艙擋風玻璃結(jié)構(gòu)特點分析 1.1民航飛機擋風玻璃功能特點 生活中大家都有這樣的經(jīng)歷，在下雨時開車，這時車子的視線顯得非常狹窄，雨水、霧氣會明顯影響駕駛員的視線，尤其是在夜間，加上路上雨水的反光作用，使駕駛員基本對前面的路況判斷水平下降很多，因此汽車上有雨刷器和空調(diào)除霧可以適當緩沖雨霧對駕駛員視線的影響。那么飛機呢？飛機又會在擋風玻璃上必須滿足什么樣的特點呢？飛機在結(jié)冰、起霧、下雨氣象條件下飛行時，作為

12、唯一與外界可以光線聯(lián)系的擋風內(nèi)外表面上必然會受到相應的影響，也會妨礙駕駛員的視線。因此擋風玻璃具有加溫排霧系統(tǒng)外（下節(jié)有所介紹），同時還對擋風玻璃進行打蠟處理，這樣雨水落在上面會形成大的水滴，這是利用了打蠟的極性很小，與水的極性相差大，從而不會覆蓋整個擋風。另外較大的雨滴也不會一直呆在擋風玻璃上，螺旋槳的旋轉(zhuǎn)滑流和迎面氣流會將水滴吹走，保持擋風玻璃最大的清晰度。擋風玻璃還具有出色的排水系統(tǒng)，擋風刮水刷與汽車上的功能相似，使用方法也相當，其一般在起飛和降落過程中使用，因為飛機速度遠比汽車快，因此必須能夠經(jīng)受高速氣動的載荷，才能發(fā)揮作用[9]。 1.2民航飛機駕駛艙擋風玻璃概況 飛機擋風玻璃位

13、于飛機飛行員的正前方，是飛機人為控制的最重要窗口，因此基本的光學穿透性是基本要求。另外擋風玻璃是飛機整體的一部分，正所謂一桶水首先破碎的部位一定是其最脆弱的地方，因此擋風玻璃必須具有足夠的結(jié)構(gòu)強度和剛度,這樣才能均衡飛機各個部位的抗承受能力要求[4]。再加上飛機擋風位于飛機的正前方，遭受撞擊，與不確定環(huán)境的概率更大，更多的時候飛機擋風玻璃比機身其他部位具有更高的強度和耐久實用性。一直以來飛機擋風玻璃也作為飛機研發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)來看待。最后防冰霜，高的密封特性及抗紫外線等功能的要求也更高，可以說小小的飛機擋風玻璃承載著整個飛機的穩(wěn)定性與實用性。這種夾層玻璃之所以被認為是安全玻璃，中間層的變形會使玻

14、璃層間有一個相對滑動，其在破壞后玻璃碎片仍能黏附在中間層上且能防止沖擊物穿透。 運輸類飛機在發(fā)展早期曾采用單層無機玻璃作為擋風玻璃，這種玻璃就類似我們?nèi)粘Ｊ褂玫钠胀úＡВ捎跓o機化合物具有高的結(jié)晶性，微觀結(jié)構(gòu)看各元素的排列非常緊密，致密性好，透明性好，但脆性大、抗沖擊性能差，容易破碎飛濺，特別是受到應力集中時，更容易產(chǎn)生裂紋。后來隨著化學工業(yè)的發(fā)展，各種有機復合材料得到廣泛開發(fā)，為提高飛機擋風玻璃的安全性和耐久性，增加綜合性能，擋風玻璃開始選用復合結(jié)構(gòu)，使用有機玻璃與無機比例搭配的形式進行復合，充分運用了有機化合物的彈性和韌性，無機化合物的交聯(lián)作用和很好的強度，兩者的有效搭配成為目前應用最普

15、遍，技術(shù)先進且成熟的工藝產(chǎn)品。但在實際生產(chǎn)中無機化合物在有機化合物中的分散性，以及兩者之間夾層的膠黏劑開發(fā)依然是科學界研究的重點課題。相關(guān)的生產(chǎn)技術(shù)也都掌握在少數(shù)世界級公司中，我國目前仍然處于代加工階段，無法實現(xiàn)技術(shù)的獨立研發(fā)生產(chǎn)。 1.3民航飛機駕駛艙擋風玻璃結(jié)構(gòu) 民航飛機駕駛艙擋風玻璃現(xiàn)普遍采用平面形狀的復合結(jié)構(gòu)形式， 制造成本低，但其結(jié)構(gòu)重量較重，外形設計難度高，玻璃通常是由有機玻璃、無機硅酸鹽玻璃和透明中間膜等材料組合而成，由外層玻璃、粘結(jié)層、擋風中間層、密封膠、粘結(jié)層和內(nèi)層擋風6個具體的細節(jié)部分組成，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。而戰(zhàn)斗機則有所不同，戰(zhàn)斗機的一大特點是機動性與靈活性，其擋風

16、玻璃一般是澆鑄的有機玻璃，它所飛行的距離與高度不需要民航飛機那么苛刻，載重也沒有民航飛機大，因此可以設置成具有曲面的外形，或更為復雜的形狀，就像地面上行走的汽車前引擎蓋一樣，根據(jù)戰(zhàn)斗機本身的結(jié)構(gòu)與性能要求，不同的形狀可以獲得更好的氣動性能，同時有機玻璃雖然強度沒有符合玻璃大，但有機化合物的密度與致密性遠低于無機玻璃，可以有效減輕擋風玻璃的重量，進而增加戰(zhàn)斗機靈活性。對于民航飛機擋風玻璃，簡單來說擋風玻璃就包括外層玻璃，中間粘結(jié)結(jié)構(gòu)和內(nèi)層玻璃構(gòu)成，主要是3部分。以空客321機型為例，從外到內(nèi)分別是：外層、加溫涂層、夾層、中間層及內(nèi)層，其中外層玻璃是外來物沖擊飛機的第一道防線，通過透明導電膜層（主

17、要無聚酯類導電涂料），加溫涂層，飛機空中飛行時外界溫度會低至零下60多攝氏度，可以為擋風玻璃除霜除霧。另外加溫的擋風玻璃可以有效保持一定的強度和韌性，減少材料的脆性，外層是玻璃一個堅硬耐磨的剛性表面，表面有防水涂層，提高了在雨天的透視性，一般情況下不會出現(xiàn)刮花現(xiàn)象，但外層是非結(jié)構(gòu)層，不能承受外部任何載荷，只是起到保護作用，這是擋風的最外層結(jié)構(gòu)。外層結(jié)構(gòu)的另外一個特點就是使用表面能非常低的材料，且非常光滑致密，使雨水，灰塵等很難吸附在上面，這種結(jié)構(gòu)的材料含有自然界表面能最低的無機非金屬元素氟，使得外層結(jié)構(gòu)致密，耐水，耐酸堿的侵蝕[5]，如果配合合適的透光性及導電性，則能有效避免影響駕駛員視線，提

18、升安全性。中間層和內(nèi)層則稱為結(jié)構(gòu)層，是擋風玻璃中最堅硬的一層，可以起到支撐加固的作用。承受艙內(nèi)增壓后產(chǎn)生的增壓載荷及可能所遇到的外部沖擊載荷，這種結(jié)構(gòu)具有很強的剛性，但韌性相對較差，一旦瞬時遭到猛烈撞擊，可能會發(fā)生結(jié)晶性的破裂，即整個結(jié)構(gòu)基本均勻的發(fā)生損壞。從使用安全性角度考慮，無論中間層或者內(nèi)層，任何一層都具有承擔兩倍于飛機最大壓差的能力，所以任何一層都可以足夠保護飛機本身帶來的壓差強度，但如果受到不可控的外部撞擊，則可能會破壞一層結(jié)構(gòu)層，另一層依然可以在很大程度上保障飛機安全返回地面。中間層是一個防失效結(jié)構(gòu)，一般為乙烯基玻璃或是丙烯酸塑料材質(zhì)，是保障內(nèi)層玻璃發(fā)生意外而設計的一層重要結(jié)構(gòu)層，

19、內(nèi)層玻璃一旦破裂，由于其本身脆性與剛性都很大的特點，很容易產(chǎn)生飛濺，而中間層可以有效可以防止碎片飛濺，另外為使該層承擔一定的強度，中間的厚度與內(nèi)層往往也很接近，是飛機擋風玻璃的主要結(jié)構(gòu)，當然兩者都比外層玻璃厚很多。在擋風玻璃外層與兩個結(jié)構(gòu)層之間的連接必須使用透明的柔性材料才能滿足相關(guān)性能要求，我們知道對于一個鋼結(jié)構(gòu)，澆筑一體的強度與韌性，一般比焊接的強度與韌性好很多，且安全隱患少。而民航飛機擋風玻璃為滿足不同的使用要求，（單一材料無法滿足各個性能的平衡），只能采用復合結(jié)構(gòu)，多種結(jié)構(gòu)之間的粘結(jié)劑就必須能夠起到熱補償和抗撞擊的緩沖作用，當然提供牢固的連接是基本要求。從而最大化的使各層之間更像一個整

20、體發(fā)揮作用，而不是各自獨立[6]。粘結(jié)層本身的透明度與耐惡劣環(huán)境的性能也必須滿足。膠黏劑產(chǎn)業(yè)也是國際社會的熱門產(chǎn)業(yè)，是我國重點發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一，技術(shù)含量與玻璃結(jié)構(gòu)的研發(fā)相當，是國家特種材料的研發(fā)范疇。密封材料主要用于膠合層密封防護，滿足對密封作用，同時能夠消除一定的接觸應力，比如飛機飛行時不可避免的多次循環(huán)的高低溫工作環(huán)境切換，帶來材料的熱脹冷縮效應，膠黏劑可以在一定程度上消除或抵消這種影響。 圖1-1 飛機風擋玻璃基本結(jié)構(gòu) 2. 民航飛機駕駛艙擋風玻璃受載分析 2. 1民航飛機擋風玻璃受載情況分析 飛機在飛行時如果不考慮任何意外情況的發(fā)生，它必須面對的是在不同飛行速度下的氣

21、流變化，擋風玻璃作為飛機飛行時的最主要接觸者，其承擔最多的氣流壓力。根據(jù)相關(guān)研究可知，隨著飛機飛行速度的不同，擋風玻璃所承受的壓力必然會發(fā)生變化，其中隨著飛機飛行速度的增加，擋風玻璃所接觸的最大壓強顯著增加，而最小壓強則有下降的趨勢，也就是說飛機擋風的中間部位可能承受的壓力逐漸增大，邊緣部位承載的壓強逐漸變小，使整塊玻璃各個部位的壓力明顯存在不同。這就表明在風載的作用下，擋風玻璃可能由于受力不均而發(fā)生一定程度的變形，這種變形由于材料的剛性無法通過肉眼觀察處理，但擋風部件表面極易出現(xiàn)應力集中的現(xiàn)象是不爭的事實[7]。另外飛機飛行是一個復雜的與環(huán)境交替過程，在不同的飛行階段，在排除飛行速度影響的情

22、況下，飛機擋風玻璃也會面臨來自各個方向的風力影響，使擋風玻璃各個部位承受了不同的壓力，比如降落與平穩(wěn)飛行就明顯存在差異。最后再加上不確定外來物的撞擊，使得飛機擋風玻璃的受載情況非常復雜，不僅具有基本的強度與剛性要求，還必須能夠承受各個部位之間由于不同應力作用而產(chǎn)生的形變。因此。在設計中擋風玻璃是應對玻璃擋風時的受載情況進行大量研究與推算，從而最大程度保證飛機飛行時的安全性。 另外民航飛機擋風玻璃受載與飛機使用要求有關(guān)，飛機的飛行高度都在云層之上，一般都超過6千米，當飛機離開地面飛行高度不斷增加時，飛機艙內(nèi)氣和溫度也將隨之降低，而壓力差所帶來的力量是非常大的，比如我們生活中常見的高壓鍋，水蒸氣

23、的壓力可以達到很大。當飛行高度超過3千米時，就會因艙內(nèi)氣壓和溫度的因素影響人員正常工作，使人明顯感覺到不適。這就是我國青藏高原空氣稀薄所帶來的高原反應現(xiàn)象，高空飛行的飛機為了使艙內(nèi)人員能正常工作，必須采取一定的手段來改善飛機艙內(nèi)環(huán)境，使之適合人類在地球上的生活環(huán)境，這時候必然產(chǎn)生飛機內(nèi)外的增壓載荷。當然飛機的各個外部都需要承受相似的壓力，但機身更多的采用金屬材質(zhì)，與擋風玻璃的透明性要求有很大不同。隨著飛機飛行高度逐漸達到平穩(wěn)，且飛行速度基本不變，此時擋風玻璃所承受的增壓載荷基本恒定，成為飛機飛行過程中擋風玻璃所承受的最基本壓力狀況。這種壓力差的存在使得擋風玻璃必須常年經(jīng)受一定的載荷，因此它的持

24、久穩(wěn)定性顯得非常關(guān)鍵。 2.2民航飛機擋風玻璃受載與飛行安全性 擋風玻璃是飛機的窗口，位于飛機飛行方向的正前方，在飛行過程中有遇到飛鳥撞擊或外物撞擊的可能性，它伴隨著飛機的誕生而產(chǎn)生，這會對擋風玻璃造成極大的破壞，嚴重吋會造成飛機的墜毀，是飛機飛行時無法忽視的威脅之一，這種不確定性必須加以防范才能有效提高飛行的安全性。在國內(nèi)由于鳥撞原因造成的飛行事故具有非常高的比例，名列各類飛行事故之首，并造成了多起飛機擋風玻璃，機體結(jié)構(gòu)等部位損傷和破壞，威脅到飛機的安全飛行，鳥撞也會給航空公司運行的經(jīng)濟成本帶來了巨大的壓力，鳥撞事故已被國際航空聯(lián)合會定位為A類空難[7]。其中飛機發(fā)動機部位是最容易發(fā)生鳥

25、撞的位置，其次是位于正前方的擋風玻璃，由于擋風玻璃關(guān)鍵的作用和位置，擋風玻璃一旦出現(xiàn)意外，結(jié)構(gòu)必然會發(fā)生一定的結(jié)構(gòu)損傷，飛行員的視野將會被遮擋，嚴重影響飛行員對于飛機的操控。 研究認為，飛機擋風玻璃能夠承受1.8公斤物品撞擊時的安全速度在160m/s附近，此時不允許發(fā)生影響飛機飛行的結(jié)構(gòu)性損傷，這也是《運輸類飛機適航標準》的一般性規(guī)定，一旦超過180m/s則擋風將會產(chǎn)生嚴重破壞。這與飛機常規(guī)的飛行速度有明顯差異，表明在飛機正常速度行駛時如果受到撞擊，鳥體會展現(xiàn)出彈塑性、甚至流體特性，擋風玻璃的承載能力將受到極大挑戰(zhàn)。擋風玻璃的抗鳥撞要求與飛機的飛行速度有很大關(guān)系，鳥撞過程屬于復雜的非線性動力

26、學問題，鳥撞過程會涉及到大變形動力學相關(guān)理論知識，又屬于撞擊動力學問題，擋風玻璃的結(jié)構(gòu)形式、材料選用等因素是設計的關(guān)鍵，不同的鳥體形狀必然會對鳥撞產(chǎn)生不同的結(jié)果，因此必須通過相關(guān)驗證才可投入使用擋風玻璃。 2.3民航飛機擋風玻璃受載與擋風玻璃裝配 對于機械制造來說，結(jié)構(gòu)決定性能，飛機擋風玻璃的裝配形式差異在一定程度上會影響其受力性能[10]。壓板連接、非承載螺接及承載螺接式連接方式是目前民航飛機擋風玻璃的主要裝配方式。其中前兩種連接方式僅承受氣密性相關(guān)載荷，相對比較簡單，不承擔結(jié)構(gòu)傳力作用，但對擋風周圍窗框的強度和剛度有較高的要求，他們將會承擔更多的強度要求，這就顯得比較笨重，類似一個大框

27、框中安裝一個輕巧的透明物體，且會減小駕駛員視線，穩(wěn)定性不好，運動軌跡還會占用駕駛艙不小的空間。承載螺接式連接方式參與座艙結(jié)構(gòu)傳力，擋風必須是曲面擋風玻璃，目前常用的中小型飛機都采用只承載氣密性應力的連接方式，擋風玻璃對其周圍的窗框結(jié)構(gòu)起著加強作用，擋風玻璃面積大的可以采用承接式連接方式，主要應用在支線客機和公務機上。 3. 民航飛機駕駛艙擋風玻璃破裂原因分析 3.1潮氣入侵導致外層玻璃破裂 由前文相關(guān)介紹可知，飛機飛行過程中必然受到受增壓載荷作用，而外層作為擋風玻璃的功能層，并非結(jié)構(gòu)層，主要承受拉伸載荷，增壓變形大，但自身為保障硬度，柔韌性欠缺，其破裂后會形成網(wǎng)格狀，其中擋風破裂的突出誘

28、因是潮氣入侵。外層玻璃與飛機其他任何部位的連接基本都是通過有機膠黏劑實現(xiàn)，其對室外惡劣環(huán)境的抵抗能力有限，尤其是抗紫外線能力，裂紋、脫膠、風蝕等的隆起封嚴失效現(xiàn)象經(jīng)常存在，這是一個逐漸發(fā)展的過程，使潮氣可以入侵到玻璃夾層，與其中的電加熱設備相互作用，最終導致玻璃破裂。而在民航飛機的實際使用中，航空公司并未把將擋風的定期的檢查方法與要求作為基本維護任務，導致航空公司沒有主動檢查擋風的意識和措施，當封嚴出現(xiàn)破損時機務人員很難在第一時間發(fā)現(xiàn)問題，機組飛行中聽到封嚴擊打擋風的噪聲才有可能得到潮氣入侵導致?lián)躏L隨時可能損壞的風險。擋風運營環(huán)境多樣化，運營中的拆換原因也多種多樣，進一步增加了擋風玻璃受潮氣入

29、侵的可能性。 3.2對細小損傷的忽視導致破裂 飛機擋風玻璃在實際使用過程中都會有增壓變形現(xiàn)象，雖然擋風外層是堅硬的保護層，但長期收到雨刮器或者灰塵等物品的磨損，再加上偶爾的小范圍撞擊影響，出現(xiàn)的裂紋、劃痕等損傷非常細小，不易察覺，但早期出現(xiàn)的損傷不能被及時處理修復，非常容易引發(fā)更大的安全事故。根據(jù)飛機維修手冊規(guī)定，在飛機擋風玻璃出現(xiàn)肉眼無法看見的裂紋是可以接受的，且不影響正常使用，所以航空公司檢測方法與排除障礙的能力相對有限。但如果在特殊情況下裂紋超出規(guī)定程度，就存在擋風玻璃破損脫落的可能。 另外，有飛機擋風玻璃的復合結(jié)構(gòu)可知，外層玻璃里面是有一層加熱導電層的，由于飛行過程中，高

30、空機艙的溫度極低，此時有機玻璃的性能會變的很脆，不能維持應有的強度。就像我們生活中使用的橡膠輪胎，在合理的溫度下，其具有明顯的彈性，起到緩沖作用，但事實上在東北等極寒的情況下，輪胎硬度會明顯加強，彈性會損失很多，如果溫度更低，橡膠輪胎就有可能變的完全沒有彈性，像玻璃一樣脆，此時橡膠就上去了使用性能。因此高空飛行時，擋風玻璃只有在合適的溫度范圍內(nèi)才能維持最佳性能，并保證使用的持久性，因此要靠前擋風玻璃加溫從而維持強度。但是道理雖然簡單，實施起來卻有明顯的技術(shù)性難度，這層透明導電膜在加溫過程中如果出現(xiàn)短路，或失去加熱功能，會間接影響玻璃的使用性能，從而導致玻璃強度變化，造成細小的缺陷，甚至產(chǎn)生破裂

31、。 3.3復合玻璃本身缺陷導致疲勞破裂 飛機擋風玻璃在裝機前都會進行鍍膜處理，以滿足對擋風玻璃除強度以外的其他需求，但會降低玻璃的強度，彈性模量在低溫情況下也會略低一些，這就使得復合玻璃在保障耐磨，防霜等基本功能的前提下，犧牲一定的強度和耐久性。另外玻璃內(nèi)表面的膠接區(qū)域往往是擋風玻璃最弱的區(qū)域，因為其處于連接點位置，會承載各層玻璃的應力及位移等不確定影響，從而容易產(chǎn)生一定的疲勞度，進而使膠黏劑帶有一定的被腐蝕特性，產(chǎn)生一定的裂紋并快速向其他區(qū)域擴展。從某些玻璃的斷面裂紋可以判斷是由于腐蝕造成了玻璃的粘接區(qū)的力學性能下降。最后裝機有機玻璃表面因材料本身的不規(guī)整性，存在固有缺陷，且缺陷無法判斷

32、，在出廠和服役期間極易使有機玻璃產(chǎn)生應力銀紋和溶劑銀紋，即這是由于材料本身由于結(jié)晶不完整，或制造工藝的輕微波動導致的，在飛行載荷和溫差載荷等循環(huán)作用下，玻璃強度容易產(chǎn)生疲勞，進而產(chǎn)生疲勞裂紋，也就是說這是材料本身的耐久性缺陷帶來的，是飛機擋風玻璃在反復使用過程中導致的缺陷。這就是玻璃材質(zhì)存在問題， 是綜合考慮各種因素之后需要平衡的一個因素。 3.4人為原因與外來物撞擊 玻璃、螺釘、裝配時如果沒有做到百分之百匹配，則會存在預應力，遭遇高空內(nèi)外十倍的壓差，且具有來回顛簸震動，很容易造成松動，從而使擋風玻璃產(chǎn)生意外。安裝擋風玻璃時，也需要按照規(guī)章操作，不能有任何投機取巧的心里，如使用的螺絲不合格

33、，安裝操作不規(guī)范導致安裝時用力過猛，人為增加擋風玻璃連接處的應力，且這種應力是長期性的，容易產(chǎn)生裂紋，帶來一系列隱形作用，造成一定的隱患。 歷史上的上世紀90年代，英國航空5390航班曾經(jīng)發(fā)生過駕駛艙左側(cè)擋風玻璃突然脫落的情況，這次擋風玻璃脫落破裂前沒有任何征兆，在全機組人員無任何準備的情況下，機長蒂姆受氣流沖擊，上半身瞬間被高空中的低氣壓吸出駕駛室，只靠安全帶維持著與飛機的聯(lián)系，情景非常驚險，最后在機組人員的積極努力下，飛機最終平穩(wěn)降落于跑道，給世人帶來警醒，這也是英國民航史上最驚險的一次迫降。擋風玻璃直接脫落，這種事情即使發(fā)生在陸地上跑著的汽車身上也是非常驚險的，更別提高空中飛行的飛機了

34、。據(jù)事后調(diào)查，該客機曾在出事前27小時時對擋風玻璃進行了維修更換，但維修人員應該是由于個人操作不規(guī)范，弄丟了原裝螺絲釘，導致其并沒有使用標準的螺絲釘，而是隨意找了一個更細的螺絲進行替換，嚴重違背了飛機安裝手冊的規(guī)定，使其在隨后的飛行中由于擋風玻璃受到反復的外力沖擊，使螺絲釘不能發(fā)揮加固的作用，最終逐漸松動，造成擋風玻璃在飛行途中脫落。 另外擋風玻璃遭遇外來物撞擊是擋風玻璃出現(xiàn)故障的最直接因素，也是最難預防的。飛機進入云層后，環(huán)境變化較大，且不好預測，如果遭到冰雹等打擊，給擋風玻璃帶來非常大的沖擊，可能會出現(xiàn)外擋風玻璃破碎的情況，總之只要擋風玻璃遭到撞擊，這個撞擊力一定會很大。但在萬米高空中，

35、地球生物生存的可能性很小，具有其他物質(zhì)的可能性也很小，一般來說是相對安全的，此時飛機遭受外來物撞擊的可能性很小。 4. 民航飛機駕駛艙擋風玻璃防止破裂策略 近期電影《中國機長》的上映為川航3u8633緊急備降事件以更加生動的形式反映在世人面前，事發(fā)當時，飛機駕駛艙人員聽到“嘭”的一聲悶響，隨即玻璃上分出現(xiàn)很小的裂紋，機長下意識的用手摸一摸裂紋位置，當他伸手檢查右側(cè)擋風時，有割手的感覺，隨即可以判斷擋風玻璃的內(nèi)層結(jié)構(gòu)破裂，這是非常罕見的飛機擋風事故。在這一瞬間時間里，沒有人來得及思考，擋風玻璃立即像被重物擊碎了一樣瞬間全部炸裂，此時機長劉傳健的耳朵完全失聰，只有肢體還有冷冰冰被空氣吹的感覺，

36、什么也看不見，只能艱難做出一些本能的反應來操控飛機，周圍一片死寂。驚險的事情發(fā)生后，還好出現(xiàn)了良好的結(jié)局。但人們對擋風玻璃破碎的原因解釋依然沒有官方回復，這在一定程度上使人們對飛機擋風玻璃破裂的可能性一直充滿好奇。因此為最大程度確保飛機與乘客的安全，人們應最大程度做好飛機擋風玻璃破碎的預防措施。 4.1加大檢查力度，定期維護擋風玻璃 針對擋風玻璃潮氣入侵過程可知，應該想辦法延緩潮氣入侵的過程，因為這種入侵從外觀上是看不出差異的，只有當潮氣入侵到一定程度才會發(fā)生銀色匯流條變色或者局部過熱產(chǎn)生小氣泡，此時會帶來一定的外觀缺陷[11]。但有機密封膠粘結(jié)本身的使用年限決定了這是一個不可避免的過程，

37、這就需要航空公司采取措施以免影響未來航線運行的破裂隱患。航空公司可以主動增加外層玻璃定期檢查的規(guī)定，及時發(fā)現(xiàn)擋風的損傷，其中隆起封嚴的檢查不能完全依賴目視，可以嘗試用物品撥動的形式確認牢固性，并對擋風實際狀態(tài)長期監(jiān)控，保障使用過程更加穩(wěn)妥。 4.2建立更加嚴格的行業(yè)標準 對于飛機擋風玻璃的結(jié)構(gòu)，設計驗證，材料檢測，標準的建立等必須統(tǒng)一，并嚴格實施。擋風玻璃出現(xiàn)意外的可能性在飛機事故中所占的比例相對較低，但不能因此就忽略擋風玻璃出現(xiàn)意外帶來的損壞，進行前擋風玻璃的檢測工作，且嚴格實施是非常必要的，比如老化程度，各關(guān)鍵部位的復查工作等。 4.3強化擋風玻璃材料標準 材料性能可以有效決定飛機

38、擋風玻璃破碎的可能性，其中各個部位的材料都是相關(guān)的，也許其不是結(jié)構(gòu)層，也許某一材料知識扮演非常細小的作用，但作為一個緩慢發(fā)展過程，再細小的東西也會影響整體，這就需要對飛機擋風玻璃相關(guān)的每一個材料做出嚴格的標準規(guī)定。比如對于膠合層材料，光學性 能不能引起 折光 等 缺 陷，膠合層在玻璃破碎時要保障玻璃不飛濺，以免造成更大的損失，材料必須在很寬的溫度范圍內(nèi)保持彈性，吸收玻璃受到的應力，提高擋風玻璃抗沖擊能力，同時必須具備耐高溫耐鹽霧、潮濕等苛刻的環(huán)境要求。擋風玻璃結(jié)構(gòu)材料中的無機玻璃，是類似石頭，水泥一樣的化學物質(zhì)，本身都具有較強的環(huán)境適應性，此時如果中間的粘結(jié)層不能在水分，空氣，濕熱環(huán)境等耐候性

39、方面發(fā)揮作用，再好的擋風玻璃也不能發(fā)揮作用，因此相關(guān)飛機制造商應加強擋風玻璃材料相關(guān)參數(shù)指標的建設，并積極探索檢測標準與方法，使其在人為干預下達到最苛刻的材料性能要求。 5. 結(jié)束語 飛機擋風玻璃破碎，所帶來的后果及驚險程度是我們常人難以想象的，在人類開放的各種驚險刺激娛樂項目中也很難能有機會體會到。首先擋風玻璃破損脫落會使整個客艙失壓，如果此時飛機外的真實外部壓力超越人的生存壓力范圍，會使人瞬間失去意識，且有可能會使人體內(nèi)臟各個器官受到嚴重破壞，畢竟壓力帶來的力量是均勻，無處不在的。其次在一定的高空中，溫度可能會降至零下40攝氏度，在高速飛行時的噪音讓人無法接受，這比生活中時速120公里

40、開汽車車窗的風力大很多倍，此時飛行員瞬間會被吸處艙外，只能依靠安全帶連接這飛機，飛機儀表盤部分系統(tǒng)也可能受到損壞，飛機自動駕駛功能失效的可能性很大，飛機生還的可能性很小。最后民航客機下降到安全高度時間很長，民用航空下降率最大只能在30m/S，如果下降5千米高度則需要6分鐘左右的時間，暴露在低溫、低壓、低氧氣含量時，飛行員的自身生命都難以保障。這也提醒人們，雖然飛機是世界上最安全的交通出行方式，但發(fā)生意外生還率卻是最低的，因此人們在乘坐飛機時可以采取一定的措施適當保護自己，以最大程度降低威脅。比如穿長袖上衣和長褲乘坐飛機，不隨身攜帶鉛筆、圓珠筆等物品，學會緊急出口的開啟方法，熟練掌握系上和解開安

41、全帶的方法，確認最近的緊急出口位置等。  參考文獻 [1] 白新鑫.高空中飛機擋風玻璃為何破損脫落?到底有多驚險?[J].方圓. 2018(10) [2] 張建軍.飛機擋風玻璃背后的奧秘[J].大飛機.2017(10) [3] 門坤發(fā),張洪俠.直升機擋風玻璃失效分析[J].失效分析與預防. 2018(01) [4] 黃守亮,劉巖,張義武等.飛機擋風玻璃起裂及擴展的應力工程仿真分析[J].玻璃. 2016(02) [5] 劉明,高蒙,張興華,駱晨等.典型航空有機玻璃在實驗室加速條件下的老化規(guī)律[J].失效分析與預防. 2015(06) [6] 李卓然,徐曉龍.玻璃與金屬連接技術(shù)研究進展[J].失效分析與預防. 2013 (02) [7]刁斌.飛機擋風鳥撞有限元模擬及撞擊影響分析[D]. 南京： 南京航空航天大學碩士學位論文, 2016. [8] 徐麗娜，蔣裕. 駕駛艙透明件安裝形式分析[J]. 民用飛機設計與研究.2015 (17) [9] 劉剛,戴向黎,王舟.飛機擋風玻璃結(jié)構(gòu)分析與研究[C].探索創(chuàng)新交流第七屆中國航空學會青年科技論壇文集2017. [10] 李峰.737NG飛機駕駛艙擋風故障介紹與分析[J].內(nèi)燃機與配件. 2019 (10) [11] 余迪明.B737NG駕駛艙玻璃檢查要點淺析[J].裝備維修技術(shù).2019(06)