經常乘坐飛機的朋友,估計在飛機的玻璃窗上都會發現一個有意思的現象,那就是在玻璃窗的下緣,存在一個非常小的孔洞,有時在小孔的周圍會看到有冰晶覆蓋(實質上我們用手觸摸不到這樣的冰晶)。用眼透過這個小孔直接向外觀察,我們可以看到小孔與外界並不是直接相通,而是在外面還有一層玻璃。這樣的設計,究竟起到什麼作用呢?
實質上,飛機的客艙窗戶玻璃,一共是三層結構,最裡面靠近乘客的是一層有機玻璃,與客艙側壁的裝飾板合裝在一起,厚度非常薄,起到保護窗戶外層玻璃以及一定的美觀、保溫作用,但不具備密封性。在內層玻璃之外,還有兩層結構,分別是外層和中層,這兩層玻璃是一體結構設計,中間存在微小的空隙,其中外層玻璃主要起到承受飛機外殼重量的作用,同時在玻璃與機身的結合處進行著非常嚴格的密封,起到將外界空氣與客艙空間隔絕的作用。而中層玻璃與外層一起,也起到支撐機身的作用,甚至這種支撐的作用更大,即使外層玻璃破碎以後,中層玻璃一般也不會碎掉。我們看到的小孔,實際上就處在中層玻璃的下緣。
我們知道,飛機在飛行過程中,當高度逐漸提升以後,外界環境中的溫度會隨之逐漸下降,同時空氣的密度也越來越小。比如,當飛機飛到5000米高時,周圍大氣的溫度會下降到零下15攝氏度左右,氣壓約為0.5個標準大氣壓;而飛到10000米高時,大氣溫度會下降到零下40攝氏度以下、氣壓約為0.3個標準大氣壓。假如客機做不到將客艙與外界環境有效隔絕開來,那麼極低的溫度和氣壓,乘客不是被凍僵,就是因缺氧而昏迷直至死亡。
因此,為了保障乘客的生命安全,並在此基礎上儘量提高乘坐舒適度,那麼,飛機客艙必須滿足增壓、增溫和氣體交換的需要。從增壓上來看,當飛機處於1萬米的高空時,由於外界氣壓只有0.3個標準大氣壓,雖然人體最適宜的氣壓為1個標準大氣壓,但要在這麼高的高度,實現這個標準,就必須使機身內部承受更高的壓力,而內外部組成材料要承受強烈的壓力差,這樣就會大大增加飛機的製造生產成本。經過相關的科學研究以及人體測試,在氣壓達到0.7個標準大氣壓後,就基本不會對身體產生明顯的影響。所以,高空飛行的客機,艙內的氣壓一般都保持在0.7個標準大氣壓水平,這要既滿足了人體的基本需求,也保障了客機的安全。
對於維持溫度以及氣體交換方面的需要,與增壓一起,都是由客機的送風系統貢獻的。客機的送風系統相較於普通的家用空調,具有體積相對較小、重量輕(相對於客機整體的比例)、供氣量大、相對溼度低、座艙增壓等特點,主要是通過飛機發動機中氣壓機的引氣系統,或者其它增壓裝置,將外界高空稀薄的大氣吸入並壓縮,從而以增壓的方式引入座艙空間,而且座艙的換氣頻率始終保持在每小時25-30次之間,從而在維持座艙適宜的溫度、壓力和溼度條件下,也保障著座艙內空氣的新鮮。
飛機內部擁有著複雜的壓力控制系統,主要部件為由電動馬達驅動的排氣活門,通過相應的監測感應器接收座艙內的氣壓數值,從而動態調整排氣活門的排氣量,實現座艙內氣壓在不同高度時所對應的最佳壓力。當座艙壓力控制系統出現故障時,應急增壓控制系統啟動,當座艙壓力高於警戒值時,正向壓力釋壓活門打開釋放座艙壓力;當座艙壓力小於臨界負壓差時,負壓釋壓活門打開,確保飛機快速下降時機身不被外界巨大的壓力所損壞。
而飛機窗戶下緣的小孔,則是飛機洩壓系統的一部分,它起到的作用就是在以上壓力控制系統均出現故障,或者壓力調節閥門執行效率紊亂時,一種自然狀態下的保障措施。當座艙內的氣壓大於最高警戒,且正向壓力釋壓活門發生故障,機身窗戶的最外層玻璃在高壓下發生爆裂,而中層玻璃強度最高而且下緣有小孔,因此不會隨之爆裂,由於最內層玻璃不具備密封性,所以座艙內的氣體會通過內層玻璃邊緣以及中層玻璃的小孔,慢慢地向外界釋放壓力,從而使座艙不至於在短時間內失壓,即保障了乘客和機組人員身體健康免受劇烈衝擊,同時又為機組人員及時反應和處理提供了寶貴的時間。
綜上所述,飛機窗戶上留有小孔,主要目的就是維持著玻璃外層和內層的壓力差、必要時進行慢速洩壓的一個裝置,是飛機壓力控制系統的一個組成部分。同時,它還額外起到避免整個窗戶起霧的目的,方便乘客隨時欣賞窗外美麗的景色。