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【物理科普】为什么飞机窗户要设计的又小又圆?
送交者: icemessenger[♂☆★★★SuperMod★★★☆♂] 于 2020-11-28 17:24 已读 527 次 2 赞  

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坐飞机时我们会发现飞机窗户和日常生活中的窗户是有区别的,飞机窗户设计的又小又圆,这是什么原因呢?




窗户强度


早期飞机飞行高度低,客舱不需加压,机身需要承受的各种应力也比较小,窗户有时设计成方形。 




但是随着飞机速度的提高,飞机在做各种机动动作时承受的应力提高,特别是飞行高度的增加导致客舱需要加压维持较舒适的环境,这对机体的抗压能力提出了较高的要求。 




通常,结构的开口处是各种应力比较集中的地方,也是结构中最容易因应力的不断变化而崩溃的地方。研究发现,多边形(包括方形)的窗户,在拐角处更易集中应力(70%舱内压力都集中在机窗的尖角上),最终因为材料疲劳导致结构的崩溃。而圆形在各个方向上的结构相同,应力将被平均分散,极少出现从某一点发生崩溃的情况。




圆形机窗是由三层分工明确的玻璃组成:外层负责承受舱内加压带来的压力;中层是为以防外层破裂而设置的保险层,虽然外层玻璃破裂的情况极为罕见;内层则充当画板,可供乘客随心所欲地涂涂抹抹。




机窗下方的小洞则是用来确保外层玻璃能承受压力的冲击,出于安全考虑,这个小洞好比飞机的“呼吸孔”,是很重要的存在。机舱内的空气是经过加压的,此时飞机内外部的压力是不同的。




有了这个小洞,机舱内的较高的气压可以直接作用在最外层玻璃上,当小洞的调节作用达到极限时,最先破裂的玻璃也会是最外面的那一层。这样就能保证机舱还是封闭完整的,乘客才能继续呼吸。


飞机结构


飞机机体主要由蒙皮、桁条、隔框等组成,他们彼此交错,横竖组合相连在一起。飞机窗户镶嵌在其中,它的大小受到限制。




其中,典型代表就是“协和”客机,由于超音速飞行对飞机结构的要求更高,机体上的加强件连接也更密集,所以它的窗户只有明信片那么大。



协和客机


成本考虑


飞机上的窗户相对较小,因为航空公司需要考虑飞机的成本,飞机的窗口面积基本满足经济和欣赏的要求。




因为如果飞机的窗户要更大,飞机需要降低其飞行高度和飞行速度,或使用更昂贵的材料制造飞机窗户。


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