航空风挡玻璃质检探秘

  专家指出我国玻璃产品在可靠性评价以及老化性能评估等方面的重视和投入还有待加强

  5月14日上午，四川航空一架由重庆飞往的3U8633航班在飞行途中突发驾驶舱风挡玻璃破裂脱落情况，万幸的是，经过机组人员沉着应对，最终安全备降成都。这一事件引起了人们对航空风挡玻璃的极大关注。航空风挡玻璃与普通玻璃相比，有哪些特殊质量和工艺技术要求？是否有方法对风挡玻璃提前进行风险检测和预测？为此，本报记者专访了中国建材检验认证集团股份有限公司（以下简称国检集团）有关专家。

  “客机前风挡玻璃作为飞机结构件，是一种典型的结构功能一体化材料，必然的联系到飞机和司机的安全。它一定要有足够的强度和韧性，以承受外部冲击载荷；作为透明观察窗，必须要拥有非常良好的光学性能，具备用于防冰除雾的电加温功能。”国检集团中央研究院常务副院长万德田说。

  玻璃是一种典型的脆性材料，其破裂往往是突发性的。为避免客机风挡玻璃破裂后飞溅引发灾难事故，目前飞机风挡玻璃通常由硅酸盐玻璃和有机透明材料复合而成，保证玻璃“碎而不散”。客机风挡玻璃工艺结构通常采取了“388”或“386”的定型结构，即整块玻璃分为3层，每层玻璃厚度分别为3毫米、8毫米、8（6）毫米。通常外片玻璃为3毫米，表面镀有透明导电膜，起到防冰除雾的作用。

  万德田介绍，普通钠钙硅浮法玻璃经过物理或化学钢化后，强度只能提高到200～300兆帕，为给飞机减重和进一步提升强度，现在的航空前风挡玻璃是采用锂铝硅组分的专用平板玻璃，其强度和应力层深度比普通化学钢化玻璃高50%以上。目前，前风挡玻璃可承受飞机在万米高空以每小时800～1000千米的速度飞行时的巨大风压载荷。

  1958年，中国建筑材料科学研究总院（即新中国第一个建材科研机构，国检集团控制股权的人）研制成功了我国第一块飞机防弹玻璃，之后又相继研制成功30多个品种、60多种规格的航空玻璃，满足了包括歼击机、轰炸机、运输机、直升机等国产全部机种的配套需要。国产大飞机也拉动了包括玻璃在内的高技术产业高质量发展，目前已有国产玻璃被用于国产大飞机舷窗。

  万德田介绍，目前全球大型飞机制造主要被波音、空客两家公司垄断，为其配套生产风挡玻璃大多数来源于美、法、德的公司。客机风挡玻璃产品具有极高的质量与可靠性要求，有着严格的准入制度和适航认证管理程序。当前，我国研制的玻璃产品性能已可与国外产品媲美，但在可靠性评价和长期服役性能基础数据积累，如玻璃疲劳性试验、老化性能评估等方面的重视和投入还不够。

  万德田表示：“飞机需要多次起降对风挡玻璃的可靠性要求非常高，即使一块客机风挡玻璃在出厂时的质量指标能达到技术方面的要求，但如果不经过严格的耐风压疲劳性试验和老化试验，就不能被安装运用到飞机上；除了在地面进行的各项试验和考核，客机风挡玻璃特殊的服役工况还要求一定要进行空中飞行试验，将玻璃安装在试验飞机上进行反复的实际飞行试验，研究服役不同时间后玻璃材料性能退化规律。这些试验要真正开展起来并不是特别容易，也是我国航空玻璃产业健康发展亟需追赶的方向。”

  川航3U8633航班并非第一架遭遇风挡玻璃破裂脱落的飞机。1990年6月10日，从伯明翰飞往西班牙马拉加的英国航空5390号班机也曾遭遇风挡玻璃破裂脱落。经调查，事故源于维修工程师在更换风挡玻璃时没有按要求挑选适用的螺丝钉，导致机内压力冲破风挡玻璃。

  国检集团首席科学家、总工程师包亦望表示，不考虑鸟撞和外来异物冲击，飞行中飞机风挡玻璃的破坏可分为3种情况：玻璃破裂但没有脱落，还能挡风但影响视野；玻璃破裂，随后脱落；玻璃没有破裂就整体脱落了，这3种破坏情况都是可以预先检测和提前预防的。

  对于前两种情况，一般玻璃会存在某个破坏源（缺陷、微裂纹或划痕），通常在边部或侧面，可以对飞机采取无损在线检测，以排除风险隐患。“国检集团首创了玻璃风险检测技术，发明了光弹扫描法，来检测玻璃内应力的集中和缺陷。”包亦望介绍，光弹扫描法不但可以检测玻璃内部因含杂质导致的应力集中，还可以检测任何玻璃深加工过程及安装导致的应力集中和损伤，进而评价其自爆风险及边部缺陷、应力集中导致的风险等级，这项技术已大范围的应用于建筑幕墙玻璃安全及各种钢化玻璃安全检查。

  玻璃整体脱落大多是固定边框出了问题。“通常，飞机和机车风挡玻璃安装越牢固，其固有频率会越高，局部螺栓松动或者螺栓紧固力大小不一时，会导致玻璃的固有频率发生明显的变化。”包亦望说，国检集团的创新技术——“相对基频法”，可以对飞机和机车风挡玻璃的安装牢固程度及其螺栓紧固力大小的均匀性进行仔细的检测与评价；用于玻璃表面局部强度检验测试的声发射监控球压法可以针对同一块飞机和机车风挡玻璃在不同服役时期进行实验，测量钢化玻璃表面应力及其分布均匀性，评价其可靠性。

  包亦望建议，每一块客机风挡玻璃在钢化之前要认真倒角抛光，边缘最好能够降低微裂纹和微缺陷，采用高效的边部密封技术；外表面的划痕和划伤要按时进行检查，外片玻璃表面划痕处于低温区，受到拉应力作用易发生裂纹扩展而破裂。