當(dāng)你坐在飛機(jī)上,透過舷窗眺望云層翻涌、天際線延展時(shí),有沒有偶然低頭,發(fā)現(xiàn)窗戶底部藏著一個(gè)不起眼的小孔?這個(gè)直徑不過 1 毫米的 “小不點(diǎn)”,看似微不足道,卻藏著航空設(shè)計(jì)里的大學(xué)問。或許你曾疑惑:這么精密的飛機(jī),為什么要在窗戶上留個(gè)孔?是制造時(shí)的疏漏,還是另有深意?其實(shí),這個(gè)小孔的存在,關(guān)乎著飛行中的舒適與安全,衛(wèi)鷹智能換套馬桶小編今天就來好好聊聊它的門道。

初中知識告訴我們,海拔越高,溫度越低,氣壓也越低。飛機(jī)在萬米高空巡航時(shí),氣壓僅為地面的 30%,氣溫低至零下三四十度,而機(jī)艙內(nèi)溫度約 20 度。如此大的溫差,會讓窗戶像冬天的汽車、高鐵窗戶一樣出現(xiàn)水汽 —— 車內(nèi)水蒸氣遇冷玻璃液化。但飛機(jī)上的水汽不僅影響視線,還會讓內(nèi)飾吸水,增加飛機(jī)重量、油耗,甚至腐蝕機(jī)身。

解決辦法是增強(qiáng)窗戶隔熱性。飛機(jī)窗戶看似玻璃,實(shí)則是丙烯酸樹脂(亞克力板),其導(dǎo)熱系數(shù)約 0.18w/mk,遠(yuǎn)小于玻璃的 0.96w/mk,但仍不夠理想。而空氣導(dǎo)熱系數(shù)僅 0.024w/mk,是隔熱的好材料(就像羽絨服靠羽絨固定的空氣保溫)。因此,飛機(jī)窗戶被設(shè)計(jì)成兩層亞克力板,中間留一層薄空氣,大幅提升保溫效果。

不過,兩層窗戶設(shè)計(jì)存在安全隱患。萬米高空氣壓低,而機(jī)艙內(nèi)氣壓需維持在約 2000 米海拔的水平(飛機(jī)越好,艙內(nèi)氣壓越高)。隨著飛機(jī)起降,內(nèi)外氣壓不斷變化,兩層窗戶會頻繁受力,長期下來可能因循環(huán)載荷導(dǎo)致疲勞斷裂,若兩層同時(shí)裂開,后果不堪設(shè)想(類似《中國機(jī)長》中的險(xiǎn)情)。

為避免兩層窗戶同時(shí)疲勞,設(shè)計(jì)師在內(nèi)層窗戶上開了個(gè) 1mm 的小孔,讓中間空氣層與艙內(nèi)空氣相通。這樣內(nèi)層窗戶兩邊氣壓始終相等,不會因壓力差產(chǎn)生疲勞。即便外層窗戶裂開,內(nèi)層窗戶也能頂上,防止機(jī)身出現(xiàn)大窟窿導(dǎo)致缺氧。

可能有人會擔(dān)心:外層裂開后,機(jī)艙空氣會不會通過小孔快速泄漏?其實(shí)不必?fù)?dān)心。空氣動力學(xué)原理顯示,空氣在直管道中流動速度無法超音速。假設(shè)小孔內(nèi)空氣以音速(340m/s)流動,經(jīng)計(jì)算,其流量僅 19.2g / 分鐘。而適航規(guī)章規(guī)定,每人每分鐘需 250 克空氣,即便 10 個(gè)窗戶同時(shí)裂開,泄漏量也可忽略不計(jì)(除非把小孔改成拉瓦爾噴管這種收擴(kuò)通道,才可能讓漏氣超音速,但這種設(shè)計(jì)毫無意義)。

這其實(shí)是航空領(lǐng)域的冗余設(shè)計(jì):
外層是主力,內(nèi)層是備份,小孔是內(nèi)層成為備份的關(guān)鍵。為防止乘客觸碰小孔,最內(nèi)側(cè)還加了一層不受力、不密封的薄窗(約 0.2cm 厚),形成三層窗戶結(jié)構(gòu)。從外到內(nèi),外層最厚(約 1cm)、最重要;中間層是備份,稍薄(約 0.5cm);內(nèi)層最薄,僅起保護(hù)小孔的作用。

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