通过川航驾驶舱舷窗爆裂，来看看喷气式客机舷窗的故事！

客机舷窗的那些事！...

车友们，晚上好。

昨天一条关于川航客机驾驶舱爆裂，机长英勇挽救全机人员生命的一条新闻，刷爆了各大新闻网站。



微信公众号上也多了好几篇十万加爆文！

所以车少也来跟大伙一起蹭蹭热点，与车友们分享一个飞机舷窗设计的故事。而这个故事的开头，我们要先讲到一架划时代的喷气式客机——

1946年，英国的飞机制造豪门德·哈维兰公司开始设计世界上第一架喷气式客机。1949年7月27日，该喷气式民航客机的原型机首次飞行。

嗯，当年哪吒也是在娘胎里呆了3年之后才出生的。更何况是一架具有划时代意义的喷气式客机？这时间真的不算长……而且也许应该长些更好……它采用了当时最新的技术和材料，被认为是在飞行速度、舒适性、载客人数等方面都代表了当时最先进的技术水平。

第一架喷气式客机继承了哈维兰航空公司依托军事技术改进而成的优良血统，它由4部鬼影50喷气式发动机驱动，安装在机翼中靠近机身的位置，这种布局来自活塞式发动机的布局经验，可以保持机翼、机身、尾翼的空气动力部件的简洁。

它的大胆设计和突破，使它在航空史占有一席之地。看看它的四个喷气发动机与机翼融为一体（不但美丽，而且致命），是多么性感的流线型身躯啊~

尽管1947年首飞的波音B-47轰炸机已经采用了后来普遍的翼下吊挂发动机布局，1949年首飞的彗星客机完全没有借鉴，据说因为彗星客机的设计师认为翼下吊挂发动机是“丑陋的吊舱发动机”。

当然，更为正式的理由是，由于当时喷气式发动机的推力和可靠性都不足，所以采用内埋式设计。

这位出身豪门的美少年被取名为——哈维兰彗星型客机（de Havilland Comet）老实说在车少看来，这并不是个好名字啊！

想当初公元 1066 年，诺曼人入侵英国前夕，正逢哈雷彗星回归。中国民间更是把彗星贬称为“扫帚星”、“灾星”。

像这种把彗星的出现和人间的战争、饥荒、洪水、瘟疫等灾难联系在一起的事情，在中外历史上有很多。

我们的新贵彗星以0.5厘米的铝制蒙皮包覆，且可飞行至10000米之高空。这种飞机的研发，使英国成为航空界的翘楚。

也因当时二战的结束，兴起欧洲西方资本主义阵营的旅游风气，彗星型客机也在当时大放异彩。彗星客机1952年加入英国海外航空公司（BOAC）投入运营服务。1952年5月2日，“彗星”1型喷气式客机投入从英国伦敦飞往南非约翰内斯堡的航班服务时，轰动了世界，这种高速客机令飞行成为奢华享受。

1952年5月，BOAC的9架“彗星”1型客机投入航线运营。标志着民用喷气式客机时代的到来。“彗星”号又进行改进，增加了乘客数和航程。

但是，命运的车轮开始转动，这一片其乐融融的景象，即将被碾压得支离破碎。1954年1月10日上午9点半，罗马机场上有一架准备飞往伦敦的781号班机正在停机坪上接受例行检查。

它正是哈维兰彗星式客机，当时最耀眼的明星。

彗星型客机满载可以搭乘42人进行飞行，巡航时速可达800公里，为了达到这样的速度，飞机需要爬升至空气比较稀薄的高度：1万2千米，因此机内的驾驶舱和客舱均增设加压系统。

自从开发出来后的20个月里，共有17架彗星式客机投入使用，其中9架在BOAC服役，781号航班便是其中的一架。

早上09:40 BOAC的工程师格雷·布尔开始对这架客机进行例行检查。20分钟后，布尔完成了最后的检查工作，该航班机长名叫吉布森。

这架飞机搭载着29名乘客和6名机组人员，即将起飞前往伦敦。

天气晴朗、适宜飞行，按照航班计划，飞机将在2小时37分钟后抵达目的地。飞机起飞后很快便爬升至1万1千米的高度，由于飞机有增压装置，所以舱内能保持在地面2500m高度的气压水平。

吉布森机长开始联络航管中心，并报告自己的飞行高度，飞机将向西北方向穿越过意大利海岸线。

早上9时50分，另一架英国海外航空的DC-4（机身编号G-ALHJ）与781号班机的机长以无线电取得联系并相讨天气状况。

不久，通讯突然间中断，781号班机机长最后跟DC-4机长的通话内容是：“George HowJig, did you get my…”。DC-4机长开始联络罗马机场空管中心，并告知自己和BOAC781号航班失去了联系。

上午10:56，罗马机场的管制员开始尝试联络“失联”的BOAC781号航班，但始终没有回信，大家担心BOAC781号航班出了大麻烦。在西北方向200公里外的厄尔巴岛（Elba）上，有一群意大利渔民正在补网，正在此时，一堆飞机的残骸呼啸着从天而降。

上午11点15分，航管中心也接到消息说有架飞机坠向了厄尔巴岛外海，印证了他们之前坠机的猜测。

当地的渔民马上赶赴事发海域，发现海面上漂浮着很多尸体和飞机残骸。目的地机场的工作人员也开始将这一个噩耗通知罹难者的亲友。

经过当地渔民的搜索发现附近海域没有BOAC781号航班的幸存者。这场坠机事件马上登上全球各地的新闻头条，大家都在疑问，世界上最先进的客机为何发生如此惨烈的坠机事件？坠机发生数小时后，BOAC的专家团队便展开了对于彗星号客机的检查，他们必须找出坠机的原因，这到底是个性问题还是共性问题，只有证据才能证明这一切。

保罗·维西是航空冶金业专家，他研究彗星型客机达6年之久，而当时的空难调查并没有相关的标准调查流程。举世闻名的美国的交通运输委员会（National Transportation Safety Board）是在1967年4月1日成立的。

50年代初，第一代黑匣子已经问世，是在飞机设计试飞记录设备的基础上改进而来的，其工作原理为通过在金属箔带上用针留下划痕来反映数据变化曲线，仅能记录航向、高度、空速、垂直过载和时间等5个飞行参数。而陨落的彗星上，似乎没有搭载这个东西。

坠毁的飞机也没有留下任何直接的证据。专家们只能从飞机的残骸中寻找答案，但飞机已沉入地中海，在缺乏飞机残骸的情况下，调查组只能依靠其他细微的证据进行研究。

当时正是冷战时期，嗅觉灵敏、脑洞逼人的各路媒体开始推测空难的原因，是否有人蓄意破坏，谋害了血统高贵、系出名门的彗星？

当然，这仅仅是一种猜测：可能会有恐怖分子把炸弹藏在了行李箱里，在飞行途中，炸弹把一切嘣得支离破碎……

无论调查人员最终公布的原因是哪一种，在此之前，他们必须找出确凿的证据。

究竟是人为因素还是彗星天生缺陷？这关系着大英帝国的荣耀。

时任英国首相的温斯顿·丘吉尔也对此十分关注。

现在已知的线索包括：

1.781班机是在飞行高度1万1千米的位置解体的。

2.据那群饱受惊吓的意大利的渔民称，他们中有人看到空中有一团火球在旋转，然后像彗星一样坠落海中。

3. 另一架飞机的机长说，他和781号航班之间的无线电通话是突然失去了信号。

4. 调查小组邀请的意大利病理学家福纳里博士，在空难发生后的数个小时内对遇难者进行尸检，他发现几乎所有遇难者的肺部都遭受了严重的损伤，很多人的肺部像气球一样爆裂。

心力交瘁的首相丘吉尔特意找来顾问询问此事，然后命令皇家海军打捞781号航班，务必不惜一切代价打捞出彗星型客机的残骸。

这在当时绝非易事，飞机残骸位于海底120米处，而且没有人知道确切的位置。3艘船搭载了先进的设备，其中包括水下摄像机和深水观察舱在空难发生33天后，海军专家才利用水下摄像机找到第一块彗星型客机残骸，随后潜水员打捞上来很多飞机的小残骸并送回英国本土进行研究。

彗星型客机机队受到了停飞处理，BOAC因此蒙受惨痛损失损失，由于此前的巨额投入，让飞机复飞的压力越来越大。

1954年3月23号，英国政府批准了BOAC公司的复飞计划，当地的媒体和电台共同见证了这一刻。BOAC公司的董事长托马斯勋爵也满怀信心的向民众保证飞机运行的安全。

781号航班的残骸被相继送往伦敦，调查员对每一块碎片进行辨别和记录。工程师也用木头在机库内制作彗星型客机的骨架模型，在残骸数量累计到一定数量级时，工程师就将碎片绑在模型上。

彗星型飞机已经重返蓝天，所以调查组更需要查明空难发生的真正原因。



1954年4月，在彗星号没有查明空难原因时，英国政府让彗星号复飞的决定又酿大祸。

4月8日下午6点32分，一架同款喷气客机客机从罗马飞往埃及，机上共有21人。飞机在起飞33分钟后，飞行员回报说飞机按照正常路线飞行，高度为1万1千米，不料这是他和地面最后一次通话。

此次飞机坠毁后无一幸存者。在短短的4个月内，接连摔下2架飞机！BOAC公司的董事长托马斯不得不重新站出来发表讲话，并宣布未查明原因之前，彗星型客机将全部封存。两期空难有惊人的形似之处，两架飞机都是在罗马，由同一组工程师负责加油和检查。其中布尔是直接经历者，他无法接收连摔两架飞机的事实，两架飞机都是在起飞后爬升至1万1千米处失事。看来必须要在飞机上找原因了，丘吉尔也立即作出决定，他制定英国皇家航空研究院全权负责负责此次空难的调查任务。

调查小组的负责人是霍尔勋爵，他是一名剑桥大学的学者也是当时杰出的科学家，即使是当时的顶尖专家，面对此事也是一筹莫展。

第二架飞机更是沉入1千米深的海底，根本无法进行打捞，他们把希望都寄托在781号班机的残骸上。

后续的4个月中，调查员在霍尔勋爵位于法恩伯勒的办公室，将781号航班的残骸拼凑起来。他们决定采用创新的方法来检查残骸，在化验一片片残骸时，调查员发现了不同寻常的线索——地毯碎片、急救柜里的药丸，乘客行李内的杂物全被抛到机身后部，被摔进安定尾翼的下方，这点显示了是机舱前部发生了爆炸，将乘客的私人物品扔到了后方。

问题的焦点在于，爆炸的具体位置在哪？爆炸的原因又是什么？

遇难者的尸检结果也不断显现新的证据。有4具在第二起空难遇难者的尸体被运送到英国进行检验。调查员发现尸体的伤势和BOAC781号航班的遇难者极其相似，他们都有颅骨骨折和肺部爆炸的特征。

霍尔勋爵认为飞机会像气球一样爆炸，其中一个理由是，加压的机舱虽然让乘客有较好的乘坐环境，也让飞机的铝制蒙皮承受了极大的压力。

只要飞机某处发生破损，整个飞机就会产生爆炸。此前没有客机发生或如此剧烈的减压现象，但调查组认为这或许能够解释遇难者的伤势。

为了验证整个推论，他们又进行了创新的实验方式。调查组采用有机玻璃制作机身模型，模型按比例进行了缩小，模拟舱内放置了28个小型桌椅和6个测试假人，当机身内的压力增加到8¼磅时（相当于飞机在1万2千米时承受的压力），调查小组有意让模型开裂。能清晰的看到急速外泄的空气造成巨大的能量释放，座椅也被迸飞，假人也被冲向机舱顶部。

增压舱爆炸后的情形，相当于500磅炸弹在机舱引爆的后果，这项实验也充分解释了两次航空遇难者的头部造成的重创的原因。

剧烈变化气压也会造成遇难者体内空气急速膨胀，也让他们的肺部立刻爆裂。制造商的实验证明机身的使用寿命可以承受1万次起降周期，这远超过两架失事飞机的飞行次数，所以铝制蒙皮破裂的可能性较低。

调查组决定对整个机身进行试验，在展开试验之前，调查小组仔细研究了彗星型客机的设计，他们发现飞机蒙皮必须拥有两个特点：

一是要非常的结实，才有能力承受反复的加压；二是蒙皮也必须足够的轻巧。

为了达到这样的效果，哈维兰公司研制出一种轻型的铝合金蒙皮，其厚度仅为0.5mm。

阿诺德勋爵设计了一项试验用来测试飞机机身的强度，这项实验产生了巨大的工程量。

首先他们建造一个足够大的水槽（水槽长34米，宽7米，深5米，体积达到1190立方米）。



调查小组拆除一架彗星型客机的发动机和内饰后，将其放入了水槽内。这个水槽可以对机翼和客舱进行从起飞到着陆以及座舱加压而引起的重复载荷。

在实验进行的同时，调查组也对其他方面展开了调查，飞机的残骸经过几个月的拼装后已经完成了2/3的作业量。

调查员追踪裂痕的源头，结果显示是飞机前半部分的机舱内部率先发生破裂。

破裂的具体位置在机舱和驾驶舱之间，然后尾翼和后半部机身也和主机舱脱离，紧接是尾翼和最外侧的外翼末端，驾驶舱则在飞机下坠时断裂。

但是整个调查仍没有进展，直到执行水槽实验的小组取得重大突破，整个调查事件才取的转机。试验才进行了不到一个月，相当于飞机执行了3千个起降周期，彗星型客机的机身就发生了破裂痕迹。

工程师立即放掉了水槽内的水，阿诺德勋爵检查后发现飞机蒙皮出现2米长、1米深的裂痕。爆裂的裂痕顺着飞机窗户和舱门延伸出去。

调查组发现是彗星型客机的结构有重大缺陷，而且所有同款机型都面临同样的风险。

“金属疲劳”的原因成为调查组关注的重点，金属之所以产生疲劳是因为她不断地反复弯折，不久后材料上就会出现小的裂痕，随后裂痕不断扩大直至断裂。

《认识飞行》一书中曾指出：“拿一个曲别针来回弯曲，大约12次之后曲别针就会折断，同样，机翼每次的起降和降落，也像曲别针一样来回弯曲，从地面下垂状态到向上托起。我们当然不希望机翼在12次的飞行周期之后就折断‘’。在上世纪50年代，检验裂纹的技术才刚刚启蒙，不过调查员并没有从海底打捞上来的碎片样本上发现裂纹，而且在彗星型客机投入使用前，哈维兰公司曾对其接受过大量的金属疲劳的测试，以了解机身不断承压时会发生怎样的变化，实验结果表明受测材料完全合格。

调查组也背负空前的压力，他们必须找出事故背后真正的原因——BOAC781号航班的疲劳裂痕起点所在的那块碎片，这块最为关键的物证现在还躺在深海当中。

飞机在高空中飞行时，所受的压力应平均分散到机身各处，但在机身上安装舱门或者窗户会令飞机的整体结构强度变弱，这样就会使压力集中到结构最弱的部位。



为了进行更进一步调查组决定在另一架飞机上安装了变形测量器（变形测量器用来测量机身承受的具体压力），实验取得了突破性进展，飞机在进行到9000飞行小时的模拟时，爆炸发生了。

《Evolution of the Airliner》中指出，在早期的客机上，比如洛克希德公司的星座式客机，增压座舱的压差较低，大约为4lbf/in²，最小的蒙皮厚度就能保证较低的应力水平，可是如果座舱压差为8lbf/in²，机身直径为3.05米，蒙皮厚度为0.028in(in吋下同)，那么周应力可以达到17000lbf/in²。

大型开口周围铆接缝处的应力可以达到23000lbf/in²，为静强度的35%，座舱的平均寿命为3000次循环，安全寿命为10000次增压。所以，问题似乎并不严重。

可是客机不是货机，还要添加舷窗和舱门，蒙皮自然要开口。在不进行加强的情况下，开口周围的应力可能会增加到原来的2倍、3倍甚至4倍。



调查员发现飞机在飞行时，飞机窗户和舱门四周的蒙皮承受的压力达到全部的70%，这是飞机其他蒙皮部分受力的4倍，这超出了设定值的2倍。

后来调查组又发现了另一个隐患，彗星型客机窗户四周的支撑物采用铆钉钉上，而不是原始设计推荐的粘合方式。

核心问题是铆钉是被打入金属中，而非钻入，这种连接方法非常容易造成细微的制造瑕疵，在飞机处于不断地压力变化中，这些小的瑕疵会演变成致命的疲劳裂痕。

调查小组已经非常接近事实的真相了，离最终的调查结构只剩下那块关键的物证了。

直到1954年8月12日，一艘意大利籍的拖网渔船意外地打捞上来一大块飞机残骸，那块残骸本来位于781号航班的机身顶部，飞机上有两个用来收发无线电讯号的小窗户。

调查小组对此残骸立即进行观察，发现其中一扇窗户角落的铆钉洞有一道细微的裂痕。把这块残骸和其他部件组合在一起的时候，他们发现这才是所有裂痕的一点，调查组终于能闭合整个调查链了。

1954年10月19日历经半年时间的调查，阿诺德勋爵做出的最终的调查报告。但在当时调查条件很有局限性，调查组所使用的放大镜精度也有限，所以做出的结论也是基于推测而做出来的。现代工程师维西决定以先进的手段再次检验这块裂纹。

现在那块著名的“彗星号残骸”放置于伦敦科学博物馆。科学家发现造成空难的残骸从铆钉洞向外开始延伸，为了更加细致的检验这道裂痕，维西用硅制成的油灰制作了关键部位的印模，然后将其带到了位于伦敦帝国理工学院的实验室，用现代的电子显微镜检验样本，将裂痕放大800倍后，他发现了一个微小的制造瑕疵，这个瑕疵可能是在铆钉打入金属的时候便产生了，继而在遭受压力时造成了裂痕的逐渐变大，这也佐证了当初阿诺德勋爵的猜测是正确的。

我们现在基本不用担心材料疲劳的隐患，现代的大型客机除了日常运营中的检查外，还要根据飞行小时或者起落周期参与A、B、C、D四个等级的定检。“彗星”号爆炸的消息传来，波音707的原型紧锣密鼓地装配时，设计人员马上对707的结构进行了针对“疲劳”问题的重新核检。

他们在用材问题上没有发现漏洞，特别是707采用的是圆形舷窗，比“彗星”号的方形舷窗在受力上要合理得多。

1954年7月15日，波音707进行首飞，尽管其技术上与“彗星”号没有根本性的不同，但由于设计人员对飞机内部到外部的每个细节都考虑得非常细致，所以综合优势明显胜于“彗星”号。空难发生4年之后，彗星型客机再次重返蓝天，结果却让人大失所望，在商业领域一败涂地。

作为喷气式客机的鼻祖的德·哈维兰公司则因为坠机事件元气大伤，1959年底，公司由于缺少订货而被霍克·希德利公司兼并， 发动机部则并入布里斯托尔·西德利公司。

著名的DH编号从此消失……

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