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因方形窗户而闻名空难史的世界首款喷气式客机

已有 2760 次阅读 2017-9-16 23:46 |系统分类:科普集锦|关键词:航空,空难| 航空, 空难

  11公里高空,一架外型优雅的“彗星式”客机突然炸裂,闷头坠入海中。

  客机上所有35人全部遇难,其中包括6名机组人员以及10名儿童。

  多数乘客的遗体都布满伤痕,有的四肢骨折,有的肋骨受损,更有的颅骨骨折。

  更为诡异的是大多数遇难者的肺部也像客机一样炸裂开来。

  

彗星式客机

  可是在飞机的残骸中却没有检测到任何爆炸物的痕迹。

  没有恐怖袭击,没有重大故障,究竟是什么未知力量制造了这一起惨剧?

  在短短的一年时间里,彗星式客机发生了3次解体坠毁事件。

  

  这种当时最先进的民航客机,同时也是世界上第一种喷气式客机。

  无论它的飞行高度还是飞行速度都是当时任何对手的两倍以上。

  作为民航界的里程碑,彗星式客机却因接连而来的重大事故被钉上了历史的耻辱柱。

  而这一系列灾难的导火索,竟然是那一排漂亮精致的方形舷窗!

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  曾几何时,飞机给人的印象还不是一种交通工具,更多的是挑战极限的工具和军事武器。

  一战结束后,民航也有过一次短暂的萌芽,但又被即将到来的战争打断。

早期的螺旋桨客机

  在那之后,各国对飞行武器的热情从未消退,民航事业只能在夹缝中发展。

  大量战争时期遗留的军用飞机被改装成民航客机,乘坐体验极差。

  简陋的机舱里,螺旋桨呼呼的噪音就在耳边回荡。

  由于飞行高度的限制,遇上突发的天气还不得不穿越云雨,享受颠簸带来的真实。

  老旧的技术和恶劣的环境一直阻碍着民航的发展,无论是穷人还是富人,邮轮可能都是远行更好的选择。

  民用航空亟需用一次技术革命改变。

  此时,在二战中靠皇家空军称霸天空的英国人站了出来。

  他们所要面对的困难也正是整个航空领域的困难——动力技术

  螺旋桨式的推进方式已经陷入了瓶颈。

  发动机功率的提升不仅带来成倍的重量增长,还需要额外增加冷却系统,得不偿失。

  另一方面,飞行速度和转动的线速度的叠加让螺旋桨桨叶很容易逼近音速,产生激波*。

  结果是让螺旋桨效率大大降低,这类飞机的速度也被限制在了560千米每小时左右。

  *注:激波是气体超音速流动时产生的压缩现象之一。在激波前后气体的性质会发生剧烈变化。在空气中,激波发出很大的爆裂声或者噼啪的噪音。

  于是全新的喷气式发动机技术诞生了,而英国人率先将它从军事领域下放至民航客机上。

  哈维兰航空公司的彗星式客机赶上了最好的时代,成为了航空史上最耀眼的里程碑。

德国早期的喷气式战斗机

  彗星式客机集成了当时几乎所有最先进的科技。

  4台内埋式喷气式发动机提供动力,超轻铝合金蒙皮,宽大敞亮的方形舷窗。

  这种新式客机能飞上12000米的平流层,躲避恶劣天气,还能以接近800公里的时速稳定飞行。

  这两项数据几乎是其他螺旋桨客机的两倍,被称作黑科技绝不为过。

彗星式客机

  在乘坐舒适度上,彗星式客机也同样鹤立鸡群。

  为了抵抗万米高空的低气压,彗星式客机史无前例地搭载了加压系统,舱内温暖舒适。

  1952年,彗星式客机迎来了首次航行,从英国伦敦飞往南非约翰内斯堡。

  它靓丽且颇有科幻风格的外形,平稳舒适又不失速度的乘坐体验让它毫不费力地登上了头版头条。

  所有乘坐过彗星式客机的达官贵人们都给予了完美的评价。

  机组人员也十分自豪地给飞机起了个绰号叫“喷气雷鸟”

  一时间,彗星式飞机不仅仅吸引了大量乘客,也吸引了许多航空公司。

  订单源源不断的同时,但危机却也悄悄到来。

  1954年1月10日,是个风和日丽适宜出行的好日子。

  早上9点半,一架彗星式客机正在罗马机场的停机坪上接受检查。

  20分钟后,飞机通过了工程师细致入微的检查,即将出航,航班编号781。

  781号航班载着29名乘客将从罗马飞往伦敦,他们大多数都是度假后返程的旅客。

  飞机正常起飞,随后便快速爬升至10000米的高空。

  增压装置随之启动,这能让机舱内部的气压保持在高度2500米时的水平。

  虽然压力水平并没有达到地面的水平,但绝大多数乘客都不会感到任何不适。

  平流层过于平稳的飞行显得有些枯燥,幸好遇上了另一架同一航线客机。

  两架客机用无线电互相简单地报告了飞行的情况。

  突然间,781号航班的信号毫无征兆地中断了,之后机场空管中心尝试了无数次也再没能联系上。

  在离罗马机场不远的厄尔巴岛上,一群正在补网的渔民眼睁睁地看着一堆飞机残骸砸向海面。

  他们通报了当地的航管中心,便立马驱船前往坠落地寻找幸存者。

  但是很遗憾,781航班所有乘客与机组人员无一生还。

  没想到彗星式客机竟以这样悲惨的方式再次登上了头版头条。

  当时的客机并没有现在所谓的“黑匣子”*,事故的原因众说纷纭。

  有人认为是敌国特工的蓄意破坏,有人认为是恐怖分子的袭击,连首相丘吉尔都非常关注调查的进展。

  但随着调查进一步深入,事情反而变得更加离奇。

  在事故发生之后的数小时,意大利的病理学家赶到现场对遇难者进行尸检。

  *注:飞行记录仪(Flight Recorder),俗称黑匣子(实为橘色),是安装在航空器上,用于航空事故调查、维修或及飞行试验用途。安装的位置在空难时最常被完整保留下来的机尾上。

  尸检的结果让所有人都震惊了,多数遇难者的四肢骨折,肋骨也有不同程度的损伤,但这都是死后撞击所造成的。

  但是还有很多尸体的颅骨发生了骨折,并且所有人的肺部都像气球一样胀得爆裂。

  从来没有人见过这样的伤势,即便是病理学家也丝毫无法解释。

  明星客机的事故引发了社会的恐慌,政府也下达了停飞彗星式客机的命令。

  可是事故的调查由于飞机残骸打捞困难等原因迟迟没有什么进展,无限期停飞造成了巨大的损失。

  在航空公司的施压下,政府在事故仅仅两个月后批准了彗星式客机的复飞计划。

  新闻发布会上,航空公司的董事长当着所有媒体记者的面保证飞机的安全性是有保障的。

  没想到就在复飞后的一个月,空难又一次上演。

  依旧是从罗马起飞,依旧是在11000米高空失联,依旧坠入深海,依旧无人生还。

  惊人的相似预示着两起事故绝非巧合,一定存在着相同的原因!

  负责飞机起飞前的工程师们意识到事故也许并非意外,元凶很可能来自飞机本身。

  在巨大的压力下,首相丘吉尔下令动用国家力量,由英国皇家航空研究院全权负责事故的调查。

  经过4个月的残骸打捞,调查组终于收集到足够的残骸还原事故的经过。

  调查组从机尾残骸里的碎片发现了不寻常,大量行李物品、杂物都被甩到了机舱尾部。

  这证明了爆炸发生在机舱的前方,可爆炸的原因依旧无迹可寻。

  调查组只好转移注意力,在尸检报告上寻找突破口。

  两次事故最让人费解的地方无非就是遇难者离奇的颅骨骨折与肺部爆炸。

  调查组的领导霍尔勋爵认为肺部的爆炸损伤可能与彗星式客机独一无二的加压舱有关。

彗星式客机豪华舒适的加压客舱

  果然不出所料,在实验中,调查组模拟了彗星式客机在11000米高度时的内外气压条件。

  然后有意地让机身模型开裂,结果模型发生了剧烈爆炸,释放的能量不亚于引爆大型炸弹。

  调查一步一步地接近了真相,但是最关键的问题依旧没有答案。

  既然爆炸是由机舱开裂引起的,那究竟是什么力量让机舱在平稳的飞行中开裂的呢?

  彗星式客机的蒙皮采用的是当时颇为前卫的铝合金材质,厚度虽不大,但强度也绝对可靠。

  飞机制造商的实验证明这种机身设计的使用寿命可以达到1万次起降,远超过两架事故机的起降次数。

  调查又一次陷入了僵局,事故的源头无法确定,人们对客机的恐慌就得不到消除。

  没办法,调查组只能用最粗暴的方法求证——完全模拟飞机的实际工作情况。

  他们斥巨资建造了一个超大型水槽,34米长,7米宽,5米深,容量达到1190立方米。

  水槽可以产生与实际飞行相同的载荷,从而模拟飞机从起飞到着陆过程中的变化。

  实验不断地重复,才进行了不到一个月,实验机身就出现了意想不到状况。

  水槽中的机身蒙皮出现了一个两米长的裂痕,顺着舷窗与舱门延伸开来。

  而此时实验机身仅仅相当于经历了3000个起降周期,根本没有达到制造商承诺的水平。

  进一步的针对性实验发现裂痕最初产生的部位正是舷窗处!

  而真正的元凶竟然是舷窗方方正正的形状。

  原来,问题并非出在蒙皮的寿命上,如果这种设计用在运输机上并不会有任何问题。

  但客机需要添加舷窗和舱门,蒙皮的开口将承受大得多的应力。

  这还不算,偏偏彗星式客机采用了新式的加压机舱,在高空平流层,内外的压力差产生了额外的应力。

  而舷窗的设计又是方形,边角处的应力集中*尤为严重,实际要承受数倍的应力。

  *注:弹性力学中的一类问题,指物体中应力局部增高的现象,一般出现在物体形状急剧变化的地方,如缺口、孔洞、沟槽以及有刚性约束处。应力集中能使物体产生疲劳裂纹,也能使脆性材料制成的零件发生静载断裂。

  在交变应力的作用下,舷窗边角处的铝合金材料因金属疲劳*产生微观的裂纹,进而发展为可见的裂痕。

  后来打捞出的关键残骸不但印证了调查组的结论。

  *注:疲劳一词在材料科学领域,意指物件因持续受到动态变化的应力而造成结构劣化。引起疲劳的动态变化应力通常远小于静态的极限应力。疲劳是渐进且局部的结构损坏过程,由于长时间日积月累而产生,所引起的破裂往往在毫无预警的情况下发生。

  至此,彗星式飞机的悲剧终于真相大白。

  但很遗憾,悲剧的责任并不能归咎于某一个失误。

  几十名遇难者的生命成为了人类工程史上值得铭记的炮灰。

  彗星式客机也受到了惩戒,即便做出了多项安全上的改进,这款世界首创的喷气式客机也没能东山再起。

  但它也留下最有意义的教训。

  彗星式客机的悲剧不仅仅提高了人们对金属疲劳和应力集中的认识,让方形的窗户几乎在客机上销声匿迹。

  更重要的是直接促成了“黑匣子”的诞生,让空难的原因变得更易调查。

  悲剧时有发生,对逝者的悼念展现了我们的人性,但一次次惨痛教训后的反思与总结所体现出的精神,才是人类最伟大的一面。

  人固有一死,轻于鸿毛或重于泰山,也许并不由己。


  *参考资料

  田大山. 涡轮喷气发动机的发明和发展[J]. 自然辩证法通讯,1988,(05):58-64.

  固定翼飞机. 维基百科. 2017.6.25.

  K.J.Miller,柯伟,韩玉梅,韩恩厚. 金属疲劳——过去、现在和未来(一)[J]. 机械强度,1993.

  激波. 维基百科. 2017.7.11.

  飞行记录仪. 维基百科. 2017.9.11.

  The crashes that changed plane designs forever. BBC. 2014.4.14.

  BOAC Flight 781. Wikipedia. 2017.9.12.

  YanKeeJoe. 彗星陨落 1954年BOAC 781号航班彗星客机事故——空难改变航空史19.




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2 王恪铭 张骥

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