世界首款噴氣式客機的慘案 解釋了飛機窗為什麼不是方的
2021年03月01日10:01

  來源:SME科技故事

  11公里高空,一架外型優雅的“彗星式”客機突然炸裂,悶頭墜入海中。客機上所有35人全部遇難,其中包括6名機組人員以及10名兒童。

  多數乘客的遺體都佈滿傷痕,有的四肢骨折,有的肋骨受損,更有的顱骨骨折。更為詭異的是大多數遇難者的肺部也像客機一樣炸裂開來。

彗星式客機
彗星式客機

  可是在飛機的殘骸中卻沒有檢測到任何爆炸物的痕跡。沒有恐怖襲擊,沒有重大故障,究竟是什麼未知力量製造了這一起慘劇?

  在短短的一年時間里,彗星式客機發生了3次解體墜毀事件。

  這種當時最先進的民航客機,同時也是世界上第一種噴氣式客機。無論它的飛行高度還是飛行速度都是當時任何對手的兩倍以上。

  作為民航界的里程碑,彗星式客機卻因接連而來的重大事故被釘上了歷史的恥辱柱。

  而這一系列災難的導火索,竟然是那一排漂亮精緻的方形舷窗。

  曾幾何時,飛機給人的印象還不是一種交通工具,更多的是挑戰極限的工具和軍事武器。一戰結束後,民航也有過一次短暫的萌芽,但又被即將到來的戰爭打斷。

早期的螺旋槳客機
早期的螺旋槳客機

  在那之後,各國對飛行武器的熱情從未消退,民航事業只能在夾縫中發展。大量戰爭時期遺留的軍用飛機被改裝成民航客機,乘坐體驗極差。

  簡陋的機艙里,螺旋槳呼呼的噪音就在耳邊迴蕩。由於飛行高度的限製,遇上突發的天氣還不得不穿越雲雨,享受顛簸帶來的真實。

  老舊的技術和惡劣的環境一直阻礙著民航的發展,無論是窮人還是富人,郵輪可能都是遠行更好的選擇。民用航空亟需用一次技術革命改變。

  此時,在二戰中靠皇家空軍稱霸天空的英國人站了出來。他們所要面對的困難也正是整個航空領域的困難——動力技術。

  螺旋槳式的推進方式已經陷入了瓶頸。發動機功率的提升不僅帶來成倍的重量增長,還需要額外增加冷卻系統,得不償失。

  另一方面,飛行速度和轉動的線速度的疊加讓螺旋槳槳葉很容易逼近音速,產生激波*。結果是讓螺旋槳效率大大降低,這類飛機的速度也被限製在了560千米每小時左右。

  *註:激波是氣體超音速流動時產生的壓縮現象之一。在激波前後氣體的性質會發生劇烈變化。在空氣中,激波發出很大的爆裂聲或者劈啪的噪音。

  於是全新的噴氣式發動機技術誕生了,而英國人率先將它從軍事領域下放至民航客機上。

  哈維蘭航空公司的彗星式客機趕上了最好的時代,成為了航空史上最耀眼的里程碑。

德國早期的噴氣式戰鬥機
德國早期的噴氣式戰鬥機

  彗星式客機集成了當時幾乎所有最先進的科技。

  4台內埋式噴氣式發動機提供動力,超輕鋁合金蒙皮,寬大敞亮的方形舷窗。

  這種新式客機能飛上12000米的平流層,躲避惡劣天氣,還能以接近800公里的時速穩定飛行。

  這兩項數據幾乎是其他螺旋槳客機的兩倍,被稱作黑科技絕不為過。

彗星式客機
彗星式客機

  在乘坐舒適度上,彗星式客機也同樣鶴立雞群。為了抵抗萬米高空的低氣壓,彗星式客機史無前例地搭載了加壓系統,艙內溫暖舒適。

  1952年,彗星式客機迎來了首次航行,從英國倫敦飛往南非約翰內斯堡。

  它靚麗且頗有科幻風格的外形,平穩舒適又不失速度的乘坐體驗讓它毫不費力地登上了頭版頭條。

  所有乘坐過彗星式客機的達官貴人們都給予了完美的評價。機組人員也十分自豪地給飛機起了個綽號叫“噴氣雷鳥”。

  一時間,彗星式飛機不僅僅吸引了大量乘客,也吸引了許多航空公司。訂單源源不斷的同時,但危機卻也悄悄到來。

  1954年1月10日,是個風和日麗適宜出行的好日子。

  早上9點半,一架彗星式客機正在羅馬機場的停機坪上接受檢查。20分鐘後,飛機通過了工程師細緻入微的檢查,即將出航,航班編號781。

  781號航班載著29名乘客將從羅馬飛往倫敦,他們大多數都是渡假後返程的旅客。飛機正常起飛,隨後便快速爬升至10000米的高空。

  增壓裝置隨之啟動,這能讓機艙內部的氣壓保持在高度2500米時的水平。雖然壓力水平並沒有達到地面的水平,但絕大多數乘客都不會感到任何不適。

  平流層過於平穩的飛行顯得有些枯燥,幸好遇上了另一架同一航線客機。兩架客機用無線電互相簡單地報告了飛行的情況。

  突然間,781號航班的信號毫無徵兆地中斷了,之後機場空管中心嚐試了無數次也再沒能聯繫上。

  在離羅馬機場不遠的厄爾巴島上,一群正在補網的漁民眼睜睜地看著一堆飛機殘骸砸向海面。他們通報了當地的航管中心,便立馬驅船前往墜落地尋找倖存者。

  但是很遺憾,781航班所有乘客與機組人員無一生還。沒想到彗星式客機竟以這樣悲慘的方式再次登上了頭版頭條。

*註:飛行記錄儀(Flight Recorder),俗稱黑匣子(實為橘色),是安裝在航空器上,用於航空事故調查、維修或及飛行試驗用途。安裝的位置在空難時最常被完整保留下來的機尾上。
*註:飛行記錄儀(Flight Recorder),俗稱黑匣子(實為橘色),是安裝在航空器上,用於航空事故調查、維修或及飛行試驗用途。安裝的位置在空難時最常被完整保留下來的機尾上。

  當時的客機並沒有現在所謂的“黑匣子”*,事故的原因眾說紛紜。有人認為是敵國特工的蓄意破壞,有人認為是恐怖分子的襲擊,連首相丘吉爾都非常關注調查的進展。

  但隨著調查進一步深入,事情反而變得更加離奇。在事故發生之後的數小時,意大利的病理學家趕到現場對遇難者進行尸檢。

  屍檢的結果讓所有人都震驚了,多數遇難者的四肢骨折,肋骨也有不同程度的損傷,但這都是死後撞擊所造成的。但是還有很多屍體的顱骨發生了骨折,並且所有人的肺部都像氣球一樣脹得爆裂。

  從來沒有人見過這樣的傷勢,即便是病理學家也絲毫無法解釋。

  明星客機的事故引發了社會的恐慌,政府也下達了停飛彗星式客機的命令。可是事故的調查由於飛機殘骸打撈困難等原因遲遲沒有什麼進展,無限期停飛造成了巨大的損失。

  在航空公司的施壓下,政府在事故僅僅兩個月後批準了彗星式客機的複飛計劃。新聞發佈會上,航空公司的董事長當著所有媒體記者的面保證飛機的安全性是有保障的。

  沒想到就在複飛後的一個月,空難又一次上演。依舊是從羅馬起飛,依舊是在11000米高空失聯,依舊墜入深海,依舊無人生還。

  驚人的相似預示著兩起事故絕非巧合,一定存在著相同的原因!負責飛機起飛前的工程師們意識到事故也許並非意外,元兇很可能來自飛機本身。

  在巨大的壓力下,首相丘吉爾下令動用國家力量,由英國皇家航空研究院全權負責事故的調查。

  經過4個月的殘骸打撈,調查組終於收集到足夠的殘骸還原事故的經過。調查組從機尾殘骸里的碎片發現了不尋常,大量行李物品、雜物都被甩到了機艙尾部。

  這證明了爆炸發生在機艙的前方,可爆炸的原因依舊無跡可尋。

  調查組只好轉移注意力,在屍檢報告上尋找突破口。兩次事故最讓人費解的地方無非就是遇難者離奇的顱骨骨折與肺部爆炸。

  調查組的領導霍爾勳爵認為肺部的爆炸損傷可能與彗星式客機獨一無二的加壓艙有關。

彗星式客機豪華舒適的加壓客艙
彗星式客機豪華舒適的加壓客艙

  果然不出所料,在實驗中,調查組模擬了彗星式客機在11000米高度時的內外氣壓條件。然後有意地讓機身模型開裂,結果模型發生了劇烈爆炸,釋放的能量不亞於引爆大型炸彈。

  調查一步一步地接近了真相,但是最關鍵的問題依舊沒有答案。既然爆炸是由機艙開裂引起的,那究竟是什麼力量讓機艙在平穩的飛行中開裂的呢?

  彗星式客機的蒙皮採用的是當時頗為前衛的鋁合金材質,厚度雖不大,但強度也絕對可靠。飛機製造商的實驗證明這種機身設計的使用壽命可以達到1萬次起降,遠超過兩架事故機的起降次數。

  調查又一次陷入了僵局,事故的源頭無法確定,人們對客機的恐慌就得不到消除。沒辦法,調查組只能用最粗暴的方法求證——完全模擬飛機的實際工作情況。

  他們斥巨資建造了一個超大型水槽,34米長,7米寬,5米深,容量達到1190立方米。水槽可以產生與實際飛行相同的載荷,從而模擬飛機從起飛到著陸過程中的變化。

  實驗不斷地重複,才進行了不到一個月,實驗機身就出現了意想不到狀況。水槽中的機身蒙皮出現了一個兩米長的裂痕,順著舷窗與艙門延伸開來。

  而此時實驗機身僅僅相當於經曆了3000個起降週期,根本沒有達到製造商承諾的水平。

  進一步的針對性實驗發現裂痕最初產生的部位正是舷窗處!而真正的元兇竟然是舷窗方方正正的形狀。

  原來,問題並非出在蒙皮的壽命上,如果這種設計用在運輸機上並不會有任何問題。但客機需要添加舷窗和艙門,蒙皮的開口將承受大得多的應力。

  這還不算,偏偏彗星式客機採用了新式的加壓機艙,在高空平流層,內外的壓力差產生了額外的應力。而舷窗的設計又是方形,邊角處的應力集中*尤為嚴重,實際要承受數倍的應力。

  *註:彈性力學中的一類問題,指物體中應力局部增高的現象,一般出現在物體形狀急劇變化的地方,如缺口、孔洞、溝槽以及有剛性約束處。應力集中能使物體產生疲勞裂紋,也能使脆性材料製成的零件發生靜載斷裂。

  在交變應力的作用下,舷窗邊角處的鋁合金材料因金屬疲勞*產生微觀的裂紋,進而發展為可見的裂痕。後來打撈出的關鍵殘骸不但印證了調查組的結論。

  *註:疲勞一詞在材料科學領域, 意指物件因持續受到動態變化的應力而造成結構劣化。引起疲勞的動態變化應力通常遠小於靜態的極限應力。疲勞是漸進且局部的結構損壞過程,由於長時間日積月累而產生,所引起的破裂往往在毫無預警的情況下發生。

  至此,彗星式飛機的悲劇終於真相大白。

  但很遺憾,悲劇的責任並不能歸咎於某一個失誤。

  幾十名遇難者的生命成為了人類工程史上值得銘記的炮灰。

  彗星式客機也受到了懲戒,即便做出了多項安全上的改進,這款世界首創的噴氣式客機也沒能東山再起。

  但它也留下最有意義的教訓。

  彗星式客機的悲劇不僅僅提高了人們對金屬疲勞和應力集中的認識,讓方形的窗戶幾乎在客機上銷聲匿跡。更重要的是直接促成了“黑匣子”的誕生,讓空難的原因變得更易調查。

  悲劇時有發生,對逝者的悼念展現了我們的人性,但一次次慘痛教訓後的反思與總結所體現出的精神,才是人類最偉大的一面。

  人固有一死,輕於鴻毛或重於泰山,但也許並不由己。

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