飞机驾驶舱风挡玻璃相当于飞行员的护目镜,不仅能遮风挡雨,还能防强光、防辐射。风挡玻璃除了要在各种天气环境下为飞行员提供清晰的视野,还有加热防冰、防雾排雨、防弹和防鸟撞等令人意想不到的功能。

首当其冲的驾驶舱风挡玻璃

作为机身的一部分和重要的功能部件,看似平平无奇的飞机驾驶舱风挡玻璃其实一点也不简单。试想一下,炎炎夏日,当飞机从被烈日炙烤,地面温度高达四五十摄氏度的机场起飞,再到达万米高空——此时飞机所处的外部环境和起飞前可谓天差地别,它不仅面临着零下几十摄氏度的高寒考验,还要承受足以“摧枯拉朽”的高空风,以及机舱内外巨大压力差的挑战。面对温度、速度、高度的多重考验,首当其冲的驾驶舱风挡玻璃要是“弱不禁风”,没有足够的强度,后果不堪设想。

 如果说飞行员是飞机的“眼睛”,那幺驾驶舱风挡玻璃就相当于护目镜——不仅要保护“眼睛”,还要提供足够的视野

减少玻璃数量让视野更开阔

在飞机诞生的早期,驾驶舱是没有风挡玻璃的,飞行员只有一副防风镜。后来,飞机制造商才生产出了带风挡玻璃的飞机。那时候的风挡玻璃和今天的私家车的比较像,复杂程度远不及今天的飞机。

目前,大部分的民用飞机风挡玻璃通常由主风挡、侧窗和固定窗共6块玻璃组成。这种设计下的风挡玻璃本身不参与机身载荷的传递,但对其周围的窗框,例如玻璃之间的立柱等在强度与刚度上有比较高的要求。

现在,随着航空公司对飞机燃油经济性的要求越来越高,减少机头驾驶舱风挡玻璃数量,从而降低机头阻力、减轻机头重量成为实现这一目标的重要途径。世界上一些新研制的机型就采用4块风挡玻璃的设计方案,例如中国国产大飞机C919。它的驾驶舱就采用了4块曲面承重风挡玻璃的设计,不仅为飞行员提供了宽广的视野,提升了飞机结构的承载效率,降低了整机重量,而且其流线型的设计在很大程度上减小了飞行阻力,有效提升了飞机的整体性能。

能防鸟撞、能加热的神奇玻璃

飞机的风挡玻璃是受汽车风挡玻璃启发而诞生的。现代汽车的风挡玻璃通常为双层,而民航客机风挡玻璃则采用3层设计——外层钢化玻璃、中层树脂玻璃、内层化学钢化玻璃,而且在每层玻璃间还有其他材料的涂层与胶层。

这3层玻璃使用的材料不同,功能也有差异。一般来说,中层和内层风挡玻璃主要用来承担气压负载,是机身结构的一部分。而外层风挡玻璃则是抵御外来物冲击飞机的第一道防线——坚硬、耐磨,可起到防止外来物体损伤和磨损的屏障作用,例如空客A320的风挡玻璃可以抵御一只重1.8千克的鸟、时速600千米的撞击。

日常生活中,汽车可以通过开启暖风功能来给前风挡玻璃除雾。飞机在空中飞行时,也会遇到类似问题。例如在中低空飞行时,由于空气中的水汽大,驾驶舱主风挡玻璃容易结冰。而在高空飞行时,虽然空气干燥不易结冰,但由于高空温度变化剧烈,会导致风挡玻璃的弹性性能发生变化,降低其抵御鸟撞的能力,因此同样需要给风挡玻璃加热。

不过和汽车不同,飞机的风挡玻璃可以自动加热。这是因为,飞机风挡玻璃的外层与中层之间使用氧化铟(yīn)锡(一种合金,由90%的In2O3和10%的SnO2混合而成,兼具透明和导电的特质)半导体材料制成的导电涂层,通电以后导电涂层会产生热量为风挡玻璃加热,进而化冰除雾以及维持风挡玻璃的弹性性能。

看似和汽车风挡玻璃无异的飞机风挡玻璃中蕴含着深厚的学问。未来,如果你成为一名飞机设计师,你会有什幺更好的想法呢?带着这个问题努力学习吧!