《中國機長》引發的思考:航空玻璃為什么會自然破裂?
2019-10-15 14:40:46 作者:本網整理 來源:東麗華科技 分享至:

近期,《中國機長》的熱映,影片根據2018年5月14日四川航空3U8633航班組成功處置特情的真實事件改編,航班在執行重慶-拉薩航班任務中,由于駕駛艙擋風玻璃破裂,駕駛艙失壓、氣溫迅速降到零下40多攝氏度,多數自動化儀器失靈,副駕駛半個身子被吸出窗外……關鍵時刻機長全靠經驗,緊急成功備降。影片驚險刺激,機長及機組人員沉著穩重、臨危不亂、果斷應對的高超技術水平和職業素養再次我們心生敬畏。


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然而,影片的熱映也讓人們再次聚焦事件本身,造成這一幕幕險象的惡因--擋風玻璃,是一種什么樣的材料?如何提高該玻璃的安全性?


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全球航空玻璃市場被極少數老牌玻璃公司高度壟斷,飛機風擋玻璃的結構由多層玻璃復合而成,我國多年來還沒有完成自主研發、生產航空玻璃的能力,每年僅從國外進口用于更換飛機風擋玻璃就需要花費數億美元。航空玻璃的使用場景復雜,從海拔萬米到負千米,其氣壓、溫度、地貌、氣候變化都很大。航空玻璃由專門開發的高強度玻璃和有機透明材料復合而成,具備足夠強度,以承受飛機座艙壓力、氣動載荷、機體結構載荷等;作為透明觀察窗,要具有良好的光學性能;具備抗鳥撞以及防冰除霧等功能。


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航空玻璃材料必定是經過非常嚴苛的破損安全驗證和疲勞驗證、測試,具有極高的抗壓強度和抗沖擊強度才能夠被使用的。然而,為什么正常使用的航空玻璃,在高空會自然破裂呢?應該說,是玻璃的安全性管理上出現了問題,安全性與強度是不同的兩個概念,應該同時都得到足夠的重視。所謂的安全性指玻璃在使用的過程中,在沒有明顯外力的作用下,自我破裂的情況;在使用的過程中,受外界因素影響大,玻璃表面造成了不可恢復的缺陷將觸發這一問題。


航空玻璃由多層化學強化玻璃復合而成,在玻璃中存儲大小不同的應力形成的強化玻璃差異很大,當應力層深度及應力大小不足時,難以抑制裂紋的產生及擴展,會導致整個玻璃強度不足;但設計的玻璃存儲能量的能力不足或存儲能量與能力不匹配時,在玻璃表面出現不可恢復的缺陷時,會促進玻璃的安全性快速下降,導致玻璃不再需要外力的情況下就會自我破裂、瓦解(見下面動圖)。因此要很好的控制強化玻璃的應力穩定和安全性閾值。


什么才是導致航空玻璃在使用過程中出現不可恢復的缺陷的原因呢?航空玻璃長期受紫外線照射,導致航空玻璃夾層高分子材料老化;應用場景惡劣造成玻璃表面微小劃痕;溫度變化造成熱脹冷縮;氣壓變化造成應力分布變化;空氣對玻璃的侵蝕叫風化…等等,這些都可能會導致觸發安全性的缺陷。


因此,如何從源頭上提高玻璃在后續使用過程中抵御缺陷的能力,保證化學強化玻璃強度的穩定性則變得極其重要!玻璃是脆性材料,具有滯后特點的安全性比強度更重要!


提高玻璃抵御缺陷的能力,要從玻璃的原材料入手,鋰鋁硅玻璃具有極高的表面硬度、彈性、較低的熱膨脹系數是航空玻璃的最佳選擇;玻璃的化學強化離不開“鹽浴”,而鹽浴隨著不斷使用,從玻璃中釋放出來的“垃圾離子”也會越來越多,“垃圾離子”會大大降低玻璃化學強化的效果,即所謂的鹽浴“中毒”,導致玻璃批次之間強化性能呈逐批降低趨勢,為了消除化學強化的不穩定,必須要有效地對離子交換鹽浴進行管理。

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