川航迫降事件發生後，飛機座艙風擋玻璃在9000多米高空脫落成為關注焦點。是質量問題還是外力所致？如何避免此類事件再次發生？（更多精彩請看“川航客機迫降事件專題”，訪問：http://t.cn/R3pHUlL）
採訪專家：
曹春曉（中國科學院院士、航空材料專家）
王亞男（《航空知識》雜誌主編、航空專家）
官衛東（中國航空工業原特種飛行器研究所市場部副部長）
5月14日早上，川航空客A319飛機執飛重慶-拉薩航班任務，在飛經成都空管區域巡航時，該飛機駕駛艙右座前風擋玻璃突然破裂並脫落，造成飛機客艙失壓，旅客氧氣面罩掉落。在機長劉傳健老練沉著的操作下，航班成功降落在成都雙流機場，避免了一場空難。
在機組接受了來自各方鮮花和掌聲之後，一個問題不能不被提出來，航班的駕駛艙右座前風擋玻璃究竟為何破碎？風擋玻璃中藏著哪些秘密？它的風險在哪裡？
與機翼、發動機和飛行控制等很多複雜技術相比，飛機的座艙風擋玻璃似乎並沒有什麼技術含量。但事實上，風擋玻璃是飛機重要的功能部件，作為機身的一部分，它不僅要保持機頭流線型外形，還擔負著保證結構完整安全和提供清晰視界的功能。它相當於飛機的“眼睛”，直接關係到飛行員和整個飛機的安全，能實實在在地體現飛機研發的技術實力。
▲川航空客A319飛機駕駛艙右座前風擋玻璃突然破裂並脫落（圖片來自網絡）
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風擋玻璃究竟為何破碎？
川航空客A319飛機究竟為何破碎脫落，直到現在依舊還是個迷。這並不是普通的玻璃，請看下面的A319飛機風擋玻璃結構示意圖：
空客飛機手冊的信息顯示，本次事故的A319飛機的前風擋玻璃有6層，從外到內分別是：外層①、加溫塗層④、夾層⑤、中間層②、夾層⑤、內層③。
其中，外層為熱鋼化玻璃，外層接著的加溫塗層是透明的導電覆蓋膜-加熱膜，主要是用於除冰。飛機在空中飛行時一直要接受低溫的挑戰，其外界溫度最低會低至零下60多度，加溫塗層的除冰功能可以讓風擋玻璃保持一定的強度和韌性。中間層和內層稱為結構層，無論中間層或者內層，根據設計要求任何一層都具有承擔兩倍于飛機最大內外壓差（（約1.3個標準大氣壓）的能力，所以只要有中間或者內層任何一層玻璃在，飛機都是安全的。
另外信息顯示，空客A319飛機的前風擋玻璃的設計是可以承受5倍的正常最大內外壓差（約3個標準大氣壓），具有足夠的堅固性。
不可思議的是，這樣強悍的風擋玻璃居然破碎脫落了。
近日，一些專業人士對川航3U8633航班所用空客A319的風擋玻璃破碎脫落提出了種種看法。由於事故發生時，飛機已經處於9000多米的巡航的階段，這對飛鳥而言，已經處於生命的禁區，因此飛鳥撞擊說難以成立。事實上，飛鳥撞擊風擋玻璃都是處於飛機起飛以及飛機的降落階段。
也有人懷疑風擋玻璃可能是在維修過程中出了問題。這種懷疑並不是沒有依據。1990年6月10日，由英國伯明翰前往西班牙馬洛卡的英國航空5390號班機在飛行過程中，駕駛室中的一塊風擋玻璃突然飛脫，並將機長吸出機外。而後在副駕駛及其他機組成員的冷靜處理下，客機安全降落於南安普敦，正機長也奇蹟般生還，並在5個月後重返工作崗位。
▲1990年6月10日，由英國伯明翰前往西班牙馬洛卡的英國航空5390號班機在飛行過程中，駕駛室中的一塊風擋玻璃突然飛脫，並將機長吸出機外。（圖片來自網絡）
軍事評論員、航空科普作家田晨在接受媒體採訪時表示，英國航空5390號航班事故最後被認定為維護人員人為失誤所致，由於維護人員未嚴格按照維護手冊、流程進行，在安裝風擋玻璃時，有80多顆螺絲釘使用了更小、更細的型號，導致玻璃無法得到有效固定。這樣飛行時機艙內部壓力大於外部，隨著高度上升，壓力差會越來越大，事件久了，就容易出現問題。5390號航班事故是飛機在達到某個高度後，風擋玻璃無法得到螺絲釘的有效固定，最終被吸了出去。
此次事故發生後，世界民航界進一步完善了飛機維修制度，而駕駛艙風擋玻璃的固定螺栓也進行了改進，以保證此類事故不再發生。
但是中國民航局安全總監兼航空安全辦公室主任唐偉斌5月15日在新聞發佈會上表示，該機脫落的右側風擋玻璃為該機原裝件，投入運營至事發前，未有任何故障記錄，也未有過任何維修和更換工作。如果唐偉斌的信息來源可靠，這意味著這次出事風擋玻璃在以前維修保養時留下隱患的猜測被予以排除。
尤為值得注意的是，當年英國航空5390號班機是一整塊風擋玻璃飛出，而此次是風擋玻璃爆裂解體脫離，其超過了其設計內允許的可以碎裂但需保持完整的要求。
《航空知識》雜誌主編、航空專家王亞男在接受北京科技報｜科學加客戶端記者採訪時表示，川航3U8633航班在飛行途中駕駛艙右座前風擋玻璃破碎以前也有過類似的例子，但這次的爆碎原因還需要調查，從目前的信息來看，該風擋玻璃自身的質量與安裝問題是最為重要的懷疑對象，其可能在四個方面出現問題：
第一是該風擋玻璃生產製造時留下隱患，如果製造不合格，就有可能出現提前老化的情況。
第二是這塊玻璃以前已經出現細小的裂紋或者損傷但是沒有發現。
第三是該風擋玻璃的安裝部位以及其連接件和機體之間的緊固是不是有問題，比如說是否有一些微小的異物在這個風擋和這個連接件之間，對玻璃構成了不良的影響。
第四是該風擋玻璃的電加熱防冰裝置是不是存在問題，因為其裝置不合適，對風擋玻璃的可靠性和使用壽命都有影響。
不過，中國航空工業原特種飛行器研究所市場部副部長官衛東認為還存在另外一種可能，就是該風擋玻璃之前在低空遭受過撞擊，留下了安全隱患，在飛到高空後壓力的變化導致了破碎脫落。他個人認為，飛機因老化出現破損的可能性很小。
“當前知道的信息很少，難以準確下結論，尋找原因恐怕還得進行一些相關的模擬實驗，否則恐怕難有說服力。”官衛東對北京科技報｜科學加客戶端記者表示。
記者瞭解到，在出現川航3U8633航班險情以後，中國民用航空局及其他相關機構已經展開調查。目前空中客車已經指派專門的技術團隊，為法國民航安全調查分析局(BEA)和負責此次事件調查的中國民用航空局提供相應技術支持。但是最終調查結論的出爐，還有待時日。
據悉，為了安全起見，5月15日民航局已經下發通知，對同批次飛機風擋進行專項檢查。
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要能抵抗1.8公斤重鳥的撞擊
這不就是厚一些的玻璃嘛！與機翼、發動機和飛行控制等很多複雜技術相比，很多人想當然地認為飛機的座艙風擋似乎並沒有什麼技術含量。
王亞男表示，風擋玻璃是飛機上極為重要的功能部件，它的製造幾乎涵蓋了玻璃原片和深加工的所有高精尖技術。
作為機身的一部分，機頭位置的風擋玻璃不僅要保持機頭流線型外形，還擔負著保證結構完整安全和提供清晰視界的功能，它相當於飛機的“眼睛”，直接關係到飛行員和整個飛機的安全。
▲飛鳥一直是威脅飛機風擋玻璃的因素。圖為一隻撞到飛機黨費玻璃的飛鳥（圖片來自網絡）
在航空工業的發展過程中，經過不斷的升級改造，現在的風擋結構形式已經形成比較複雜的一個系統，它是由透明件、夾層、玻璃纖維、緊固件、金屬壓板、加熱系統、密封材料等組成的組合件。
這種組合件對質量有著極高的要求，因為不同透明件材料、製造工藝、環境溼熱等都對風擋強度有著明顯的影響。另外由於長期承受光照、冰雹和氣動加熱等影響，風擋玻璃必須要為飛行員提供良好的光學性能，還要具備除冰除霧、洩靜電、防雨水等多種功能。
王亞男表示，更為關鍵的是，風擋玻璃在各種飛行狀態下承受著氣動載荷、增壓載荷、結構載荷和氣動力衝擊，在高速飛行中必須要經受住鳥類的撞擊，因此必須具備足夠的強度。
“因此風擋玻璃設計在試航選定的過程中必須要承受高壓衝擊炮的檢驗，只有能夠經受住高壓轟擊，其才能達到適航的要求。”王亞男說。
▲實拍飛鳥擊碎飛機風擋玻璃砸到飛行員（打開視頻：http://t.cn/R3pHCj0）
記者從中國商飛官網上查到的資料是，根據要求，當1.8公斤重的鳥與風擋玻璃發生撞擊時，不能造成駕駛艙失壓，同時穿透風擋的鳥碎塊、鳥撞造成的風擋碎片不能傷及飛行員，因此根據規定它的內層必須採用非碎裂性材料。
由於玻璃起霧比干玻璃的能見度降低很多，特別是雨天和風擋玻璃結冰時影響更大，所以機頭的風擋玻璃必須能通過電加熱、雨刷等措施保證在特殊氣象條件下飛行員也能有足夠的視界。
但是，密封可保護膠合層和電加熱元件免受環境溼氣的侵蝕，對風擋玻璃的可靠性和使用壽命有決定性的影響，因此風擋玻璃必須具有良好的連接密封性。王亞男告訴記者，如果風擋玻璃連接密封性不好，在製造時存在瑕疵就會留下隱患。
據瞭解，現在的民用飛機風擋多數採用的是非承載的結構形式，由主風擋、側窗和固定窗共6塊玻璃組成。非承載式風擋從設計上來說相對簡單，因為風擋僅承受自身的氣密載荷，而不參與機身載荷的傳遞，可以分別對風擋和機體結構進行分析和符合性驗證。
也正由於非承載式風擋不能傳遞機身載荷，造成了原有連續結構傳力路徑的中斷，必須加強周圍窗框的強度來承受重新分佈引起的載荷，以及風擋所在座艙蓋區域的抗鳥撞要求，所以對風擋周圍窗框的強度和剛度有較高的要求，這是我們經常乘坐飛機時看到身旁非承載式風擋的窗框比較笨重的重要原因。
與非承載式相比，承載式風擋以膜張力的形式參與機身載荷的傳遞，座艙蓋區域的傳力路徑具有連續性，由於風擋對其周圍的窗框結構起著加強作用，就可以有效減輕周圍窗框重量，現在的一些飛機設計也利用了承載式風擋玻璃的這種特性。
以波音787客機為例，其承載式風擋結構比波音777的非承載式風擋減重近300千克，該重量相當於可多搭載3名乘客或延長18海里的航程。
因此在採用了承載式風擋玻璃的座艙位置，儘管周圍窗框剛度較弱，但對設計要求很高。風擋與窗框剛度匹配、風擋與窗框之間的連接都需要經過精細設計，風擋與窗框之間存在內力耦合。同時，飛機在飛行過程中將面臨幾十度的溫差，組成風擋的不同材料間熱膨脹係數不同，將產生熱脹冷縮導致的內應力，這些因素耦合在一起，對承載式風擋與窗框的分析與驗證提出了更高的要求。
在川航3U8633航班出現風擋玻璃破碎脫落以後，一些人懷疑，可能是空客該飛機的風擋玻璃在設計方面存在一些問題。但是王亞男認為這種可能性很小，因為空中客車的A320和A319這種飛機，它在上個世紀70年代的時候就已經有了這樣的風擋設計，這種設計也經過了及其嚴格的高壓衝擊炮檢驗，所以最有可能是的還是川航3U8633航班所用承載式風擋玻璃的質量存在問題，也就是說這一件飛機上這一件產品的製造和安裝是否有缺陷。
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風擋玻璃破碎，不容忽視的威脅
在飛機的飛行中，承載式風擋玻璃破碎，已經成為不容忽視的威脅，就在3U8633航班出現風擋玻璃破碎脫落之前的美國當地時間5月6日下午，美國捷藍航空的一架原定飛往美國佛羅里達州坦帕市的客機，因風擋玻璃出現受損破碎的情況，飛機被迫改道飛往勞德代爾堡國際機場並安全降落，乘客們隨後也登上了另一架飛機。
而記者瞭解到，此前我國也出現過多起風擋玻璃受損的案例。
2015年11月21日，南方航空一架A321飛機在瀋陽桃仙機場起飛後，機組發現前風擋玻璃破損，隨後安全備降青島。
▲2015年11月21日，南方航空從瀋陽飛往杭州的CZ6483航班起飛後發現左前風擋玻璃有裂紋，臨時備降青島機場。（圖片來自網絡）
2016年7月9日，南航一架飛機由廣州飛往成都，這架機型為空客A320的飛機落地後，經機務工作人員航後檢查，飛機前部雷達整流罩和駕駛艙1號2號風擋玻璃及部分機體結構出現損傷。該事件被推測為飛行過程中遭遇到冰雹的衝擊。
另外在10年之前的2004年10月12日，由昆明飛往上海的一架波音737，在飛到貴州邊境上空時駕艙玻璃突然破裂，飛機出現顛簸。所幸後來飛機成功迫降。
不過王亞男告訴記者，飛機的承載式風擋玻璃在設計時，已經充分考慮到了來自外界的比如飛鳥、冰雹等物的各種衝擊，不過一般都以其受損後不破裂脫落作為原則，這樣就是玻璃受損，飛行員也能夠安全地採取措施。而此次川航備降中整個玻璃破裂掉落，則是十分罕見的情況。
王亞男表示，飛機風擋玻璃佔整機比重雖然很小，但卻是重要關鍵部件之一，承載式風擋玻璃更是如此，受衝擊破裂脫落是絕對不允許的嚴重事故。
據瞭解，目前全球大飛機制造商主要是波音和空客，而能夠為大飛機配套提供風擋玻璃的，主要有美國PPG、法國聖戈班Sully、英國GKN等。最近一些年，我國在這個領域發展也很快，我國自行研製的大型飛機已安裝上我國自己製造的風擋玻璃，使我國成為繼美、英、法、俄等少數幾個能自行研製飛機玻璃的國家之一。
▲飛機風擋玻璃的安全直接威脅飛行員和客機的安全。圖為在一次航空事故中，飛機兩側風擋玻璃都已經破碎（圖片來自網絡）
中國科學院院士、航空材料專家曹春曉告訴北京科技報｜科學加客戶端記者，以前不管是客機還是軍用飛機，風擋玻璃都是用無機（硅酸鹽）玻璃多層粘合而成，這種無機玻璃的優點是耐磨、耐溫，抗鳥衝擊的性能也很好，但比重是有機玻璃的2倍。另外，這種玻璃結構易碎，劃傷也不宜修復。
曹春曉說，近些年隨著技術的發展，國外一些先進的客機比如波音747新型、波音777已經採用了新的結構，其外表是一層薄薄的高強度無機玻璃，內部是多層定向有機玻璃，其結構強度、抗鳥撞能力、透光率和視野都很理想，而且結構重量和以前單純的無機玻璃相比要節省1/3左右。
近年來，航空公司對飛機減阻和經濟性又有了日益增長的需求。在這一背景下，減少風擋數量，降低機頭阻力，減輕機頭重量，顯得越發迫切。因此，越來越多的飛機風擋玻璃開始採用曲面外形，用以獲得更流線的外形和更好的氣動特性。
比如我國C919飛機駕駛艙採用4塊曲面承重風擋的寬視窗設計，感覺就是一個全景天窗，為機組提供了非常寬廣的視野，提升了飛機結構的承載效率，降低了整機重量，流線型的設計使得飛行阻力更小更加省油。但是這種設計也對風擋玻璃的安全性提出了更大的挑戰。
▲C919機頭首次採用承載式風擋為飛機“減負”。（圖片來自網絡）
有業界人士表示，近些年來發生的一些風擋玻璃破碎事件尤其是川航3U8633航班所用的空客A319的風擋玻璃破碎脫落，更是讓其安全性和可靠性成為不可忽視的問題。
儘管空客A319使用的並不是國產風擋玻璃，但目前我國大型飛機風擋玻璃技術剛剛起步，在許多關鍵技術上與國外還有一定差距，需要在技術、工藝、裝備上不斷突破，安全性問題應該是其關注的重中之重。
此次川航事件也給我國航空安全敲響了警鐘，當前相關部門及我國飛機制造公司必須要引起足夠的重視。
官衛東說，因為現在我國也在製造風擋玻璃，空客A319的風擋玻璃破碎脫落提醒我國風擋玻璃的生產也必須嚴格進行多種實驗，模擬各種惡劣環境極及有關衝擊。現在已經生產的風擋玻璃，有關實驗以前做得不充分的，也需要補充進行，航空安全無小事，只有通過真實的模擬，才能發現其中存在的缺陷和問題。
“儘管這次事故不是發生的國產風擋玻璃身上，但是國產風擋玻璃起步晚，只有認真研究這些問題，我們才能進步，為航空提供充分的安全保障。”官衛東說。
出品：科普中央廚房
監製：北京科技報 | 科學加客戶端
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