車友們，晚上好。
昨天一條關於川航客機駕駛艙爆裂，機長英勇挽救全機人員生命的一條新聞，刷爆了各大新聞網站。
微信公眾號上也多了好幾篇十萬加爆文！
所以車少也來跟大夥一起蹭蹭熱點，與車友們分享一個飛機舷窗設計的故事。而這個故事的開頭，我們要先講到一架劃時代的噴氣式客機——
哈維蘭彗星型客機
de Havilland Comet
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1946年，英國的飛機製造豪門德·哈維蘭公司開始設計世界上第一架噴氣式客機。1949年7月27日，該噴氣式民航客機的原型機首次飛行。
嗯，當年哪吒也是在娘胎裡呆了3年之後才出生的。更何況是一架具有劃時代意義的噴氣式客機？這時間真的不算長……而且也許應該長些更好……
▲這是個闖禍孩子
它採用了當時最新的技術和材料，被認為是在飛行速度、舒適性、載客人數等方面都代表了當時最先進的技術水平。
▲彗星的設計師 傑弗裡·德·哈維蘭 爵士
第一架噴氣式客機繼承了哈維蘭航空公司依託軍事技術改進而成的優良血統，它由4部鬼影50噴氣式發動機驅動，安裝在機翼中靠近機身的位置，這種布局來自活塞式發動機的布局經驗，可以保持機翼、機身、尾翼的空氣動力部件的簡潔。
▲請瞪視它的窗戶方的！
它的大膽設計和突破，使它在航空史佔有一席之地。看看它的四個噴氣發動機與機翼融為一體（不但美麗，而且致命），是多麼性感的流線型身軀啊~
儘管1947年首飛的波音B-47轟炸機已經採用了後來普遍的翼下吊掛發動機布局，1949年首飛的彗星客機完全沒有借鑑，據說因為彗星客機的設計師認為翼下吊掛發動機是「醜陋的吊艙發動機」。
當然，更為正式的理由是，由於當時噴氣式發動機的推力和可靠性都不足，所以採用內埋式設計。
▲ B-47真的醜嗎？
這位出身豪門的美少年被取名為——哈維蘭彗星型客機（de Havilland Comet）
老實說在車少看來，這並不是個好名字啊！
想當初公元 1066 年，諾曼人入侵英國前夕，正逢哈雷彗星回歸。
當時，人們懷有複雜的心情，注視著夜空中這顆拖著長尾巴的古怪天體，認為是上帝給予的一種戰爭警告和預示。
中國民間更是把彗星貶稱為「掃帚星」、「災星」。
像這種把彗星的出現和人間的戰爭、饑荒、洪水、瘟疫等災難聯繫在一起的事情，在中外歷史上有很多。
我有一種「不祥」的預感
我們的新貴彗星以0.5釐米的鋁製蒙皮包覆，且可飛行至10000米之高空。這種飛機的研發，使英國成為航空界的翹楚。
也因當時二戰的結束，興起歐洲西方資本主義陣營的旅遊風氣，彗星型客機也在當時大放異彩。
▲確實，看上去相當美貌
彗星客機1952年加入英國海外航空公司（BOAC）投入運營服務。1952年5月2日，「彗星」1型噴氣式客機投入從英國倫敦飛往南非約翰尼斯堡的航班服務時，轟動了世界，這種高速客機令飛行成為奢華享受。
▲同時代洛克希德星座客艙圖
1952年5月，BOAC的9架「彗星」1型客機投入航線運營。標誌著民用噴氣式客機時代的到來。「彗星」號又進行改進，增加了乘客數和航程。
但是，命運的車輪開始轉動，這一片其樂融融的景象，即將被碾壓得支離破碎。
1954年1月10日上午9點半，羅馬機場上有一架準備飛往倫敦的781號班機正在停機坪上接受例行檢查。
它正是哈維蘭彗星式客機，當時最耀眼的明星。
彗星型客機滿載可以搭乘42人進行飛行，巡航時速可達800公裡，為了達到這樣的速度，飛機需要爬升至空氣比較稀薄的高度：1萬2千米，因此機內的駕駛艙和客艙均增設加壓系統。
自從開發出來後的20個月裡，共有17架彗星式客機投入使用，其中9架在BOAC服役，781號航班便是其中的一架。
▲BOAC的彗星
早上09:40 BOAC的工程師格雷·布爾開始對這架客機進行例行檢查。20分鐘後，布爾完成了最後的檢查工作，該航班機長名叫吉布森。
這架飛機搭載著29名乘客和6名機組人員，即將起飛前往倫敦。
天氣晴朗、適宜飛行，按照航班計劃，飛機將在2小時37分鐘後抵達目的地。飛機起飛後很快便爬升至1萬1千米的高度，由於飛機有增壓裝置，所以艙內能保持在地面2500m高度的氣壓水平。
吉布森機長開始聯絡航管中心，並報告自己的飛行高度，飛機將向西北方向穿越過義大利海岸線。
早上9時50分，另一架英國海外航空的DC-4（機身編號G-ALHJ）與781號班機的機長以無線電取得聯繫並相討天氣狀況。
不久，通訊突然間中斷，781號班機機長最後跟DC-4機長的通話內容是：「George HowJig, did you get my…」。DC-4機長開始聯絡羅馬機場空管中心，並告知自己和BOAC781號航班失去了聯繫。
上午10:56，羅馬機場的管制員開始嘗試聯絡「失聯」的BOAC781號航班，但始終沒有回信，大家擔心BOAC781號航班出了大麻煩。
▲ 彗星號781號預計航線
在西北方向200公裡外的厄爾巴島（Elba）上，有一群義大利漁民正在補網，正在此時，一堆飛機的殘骸呼嘯著從天而降。
上午11點15分，航管中心也接到消息說有架飛機墜向了厄爾巴島外海，印證了他們之前墜機的猜測。
當地的漁民馬上趕赴事發海域，發現海面上漂浮著很多屍體和飛機殘骸。目的地機場的工作人員也開始將這一個噩耗通知罹難者的親友。
經過當地漁民的搜索發現附近海域沒有BOAC781號航班的倖存者。這場墜機事件馬上登上全球各地的新聞頭條，大家都在疑問，世界上最先進的客機為何發生如此慘烈的墜機事件？
▲ 義大利的厄爾巴島
墜機發生數小時後，BOAC的專家團隊便展開了對於彗星號客機的檢查，他們必須找出墜機的原因，這到底是個性問題還是共性問題，只有證據才能證明這一切。
保羅·維西是航空冶金業專家，他研究彗星型客機達6年之久，而當時的空難調查並沒有相關的標準調查流程。舉世聞名的美國的交通運輸委員會（National Transportation Safety Board）是在1967年4月1日成立的。
50年代初，第一代黑匣子已經問世，是在飛機設計試飛記錄設備的基礎上改進而來的，其工作原理為通過在金屬箔帶上用針留下劃痕來反映數據變化曲線，僅能記錄航向、高度、空速、垂直過載和時間等5個飛行參數。而隕落的彗星上，似乎沒有搭載這個東西。
▲ 第一代黑匣子
墜毀的飛機也沒有留下任何直接的證據。專家們只能從飛機的殘骸中尋找答案，但飛機已沉入地中海，在缺乏飛機殘骸的情況下，調查組只能依靠其他細微的證據進行研究。
當時正是冷戰時期，嗅覺靈敏、腦洞逼人的各路媒體開始推測空難的原因，是否有人蓄意破壞，謀害了血統高貴、系出名門的彗星？
當然，這僅僅是一種猜測：可能會有恐怖分子把炸彈藏在了行李箱裡，在飛行途中，炸彈把一切嘣得支離破碎……
▲ 當時正值冷戰時期
無論調查人員最終公布的原因是哪一種，在此之前，他們必須找出確鑿的證據。
究竟是人為因素還是彗星天生缺陷？這關係著大英帝國的榮耀。
時任英國首相的溫斯頓·邱吉爾也對此十分關注。
▲ 邱吉爾年輕時候的帥照
現在已知的線索包括：
1.781班機是在飛行高度1萬1千米的位置解體的。
2.據那群飽受驚嚇的義大利的漁民稱，他們中有人看到空中有一團火球在旋轉，然後像彗星一樣墜落海中。
3. 另一架飛機的機長說，他和781號航班之間的無線電通話是突然失去了信號。
4. 調查小組邀請的義大利病理學家福納裡博士，在空難發生後的數個小時內對遇難者進行屍檢，他發現幾乎所有遇難者的肺部都遭受了嚴重的損傷，很多人的肺部像氣球一樣爆裂。
心力交瘁的首相邱吉爾特意找來顧問詢問此事，然後命令皇家海軍打撈781號航班，務必不惜一切代價打撈出彗星型客機的殘骸。
▲上了年紀的邱吉爾
這在當時絕非易事，飛機殘骸位於海底120米處，而且沒有人知道確切的位置。3艘船搭載了先進的設備，其中包括水下攝像機和深水觀察艙在空難發生33天後，海軍專家才利用水下攝像機找到第一塊彗星型客機殘骸，隨後潛水員打撈上來很多飛機的小殘骸並送回英國本土進行研究。
▲可以容納一個人的深海觀察艙
彗星型客機機隊受到了停飛處理，BOAC因此蒙受慘痛損失損失，由於此前的巨額投入，讓飛機復飛的壓力越來越大。
1954年3月23號，英國政府批准了BOAC公司的復飛計劃，當地的媒體和電臺共同見證了這一刻。BOAC公司的董事長託馬斯勳爵也滿懷信心的向民眾保證飛機運行的安全。
781號航班的殘骸被相繼送往倫敦，調查員對每一塊碎片進行辨別和記錄。工程師也用木頭在機庫內製作彗星型客機的骨架模型，在殘骸數量累計到一定數量級時，工程師就將碎片綁在模型上。
彗星型飛機已經重返藍天，所以調查組更需要查明空難發生的真正原因。
1954年4月，在彗星號沒有查明空難原因時，英國政府讓彗星號復飛的決定又釀大禍。
4月8日下午6點32分，一架同款噴氣客機客機從羅馬飛往埃及，機上共有21人。飛機在起飛33分鐘後，飛行員回報說飛機按照正常路線飛行，高度為1萬1千米，不料這是他和地面最後一次通話。
此次飛機墜毀後無一倖存者。在短短的4個月內，接連摔下2架飛機！
BOAC公司的董事長託馬斯不得不重新站出來發表講話，並宣布未查明原因之前，彗星型客機將全部封存。
疑影重重 探案追「兇」
兩期空難有驚人的形似之處，兩架飛機都是在羅馬，由同一組工程師負責加油和檢查。其中布爾是直接經歷者，他無法接收連摔兩架飛機的事實，兩架飛機都是在起飛後爬升至1萬1千米處失事。
▲ 第二架彗星號飛機墜毀示意圖
看來必須要在飛機上找原因了，邱吉爾也立即作出決定，他制定英國皇家航空研究院全權負責負責此次空難的調查任務。
調查小組的負責人是霍爾勳爵，他是一名劍橋大學的學者也是當時傑出的科學家，即使是當時的頂尖專家，面對此事也是一籌莫展。
第二架飛機更是沉入1千米深的海底，根本無法進行打撈，他們把希望都寄托在781號班機的殘骸上。
後續的4個月中，調查員在霍爾勳爵位於法恩伯勒的辦公室，將781號航班的殘骸拼湊起來。
他們決定採用創新的方法來檢查殘骸，在化驗一片片殘骸時，調查員發現了不同尋常的線索——地毯碎片、急救櫃裡的藥丸，乘客行李內的雜物全被拋到機身後部，被摔進安定尾翼的下方，這點顯示了是機艙前部發生了爆炸，將乘客的私人物品扔到了後方。
問題的焦點在於，爆炸的具體位置在哪？爆炸的原因又是什麼？
遇難者的屍檢結果也不斷顯現新的證據。有4具在第二起空難遇難者的屍體被運送到英國進行檢驗。調查員發現屍體的傷勢和BOAC781號航班的遇難者極其相似，他們都有顱骨骨折和肺部爆炸的特徵。
霍爾勳爵認為飛機會像氣球一樣爆炸，其中一個理由是，加壓的機艙雖然讓乘客有較好的乘坐環境，也讓飛機的鋁製蒙皮承受了極大的壓力。
只要飛機某處發生破損，整個飛機就會產生爆炸。此前沒有客機發生或如此劇烈的減壓現象，但調查組認為這或許能夠解釋遇難者的傷勢。
為了驗證整個推論，他們又進行了創新的實驗方式。調查組採用有機玻璃製作機身模型，模型按比例進行了縮小，模擬艙內放置了28個小型桌椅和6個測試假人，當機身內的壓力增加到8¼磅時（相當於飛機在1萬2千米時承受的壓力），調查小組有意讓模型開裂。
▲ 調查採用有機玻璃製作模型
能清晰的看到急速外洩的空氣造成巨大的能量釋放，座椅也被迸飛，假人也被衝向機艙頂部。
增壓艙爆炸後的情形，相當於500磅炸彈在機艙引爆的後果，這項實驗也充分解釋了兩次航空遇難者的頭部造成的重創的原因。
劇烈變化氣壓也會造成遇難者體內空氣急速膨脹，也讓他們的肺部立刻爆裂。
▲ 發生爆炸性減壓後的實驗艙
製造商的實驗證明機身的使用壽命可以承受1萬次起降周期，這遠超過兩架失事飛機的飛行次數，所以鋁製蒙皮破裂的可能性較低。
調查組決定對整個機身進行試驗，在展開試驗之前，調查小組仔細研究了彗星型客機的設計，他們發現飛機蒙皮必須擁有兩個特點：
一是要非常的結實，才有能力承受反覆的加壓；二是蒙皮也必須足夠的輕巧。
為了達到這樣的效果，哈維蘭公司研製出一種輕型的鋁合金蒙皮，其厚度僅為0.5mm。
阿諾德勳爵設計了一項試驗用來測試飛機機身的強度，這項實驗產生了巨大的工程量。
首先他們建造一個足夠大的水槽（水槽長34米，寬7米，深5米，體積達到1190立方米）。
調查小組拆除一架彗星型客機的發動機和內飾後，將其放入了水槽內。這個水槽可以對機翼和客艙進行從起飛到著陸以及座艙加壓而引起的重複載荷。
在實驗進行的同時，調查組也對其他方面展開了調查，飛機的殘骸經過幾個月的拼裝後已經完成了2/3的作業量。
調查員追蹤裂痕的源頭，結果顯示是飛機前半部分的機艙內部率先發生破裂。
▲電腦模擬飛機發生爆裂時的場景
破裂的具體位置在機艙和駕駛艙之間，然後尾翼和後半部機身也和主機艙脫離，緊接是尾翼和最外側的外翼末端，駕駛艙則在飛機下墜時斷裂。
但是整個調查仍沒有進展，直到執行水槽實驗的小組取得重大突破，整個調查事件才取的轉機。
蓋棺定論 先天有疾
試驗才進行了不到一個月，相當於飛機執行了3千個起降周期，彗星型客機的機身就發生了破裂痕跡。
工程師立即放掉了水槽內的水，阿諾德勳爵檢查後發現飛機蒙皮出現2米長、1米深的裂痕。爆裂的裂痕順著飛機窗戶和艙門延伸出去。
調查組發現是彗星型客機的結構有重大缺陷，而且所有同款機型都面臨同樣的風險。
▲彗星型飛機機身產生的巨大裂痕
▲經歷了3057次增壓後爆裂的彗星式機身，可以看到裂縫是沿著方形窗戶的底邊發展的
「金屬疲勞」的原因成為調查組關注的重點，金屬之所以產生疲勞是因為她不斷地反覆彎折，不久後材料上就會出現小的裂痕，隨後裂痕不斷擴大直至斷裂。
《認識飛行》一書中曾指出：「拿一個曲別針來回彎曲，大約12次之後曲別針就會折斷，同樣，機翼每次的起降和降落，也像曲別針一樣來回彎曲，從地面下垂狀態到向上託起。我們當然不希望機翼在12次的飛行周期之後就折斷『』。
▲多數聲稱有超能力的人，在表演「用意念彎曲勺子」這個傳統節目時，利用的就是金屬疲勞的原理
在上世紀50年代，檢驗裂紋的技術才剛剛啟蒙，不過調查員並沒有從海底打撈上來的碎片樣本上發現裂紋，而且在彗星型客機投入使用前，哈維蘭公司曾對其接受過大量的金屬疲勞的測試，以了解機身不斷承壓時會發生怎樣的變化，實驗結果表明受測材料完全合格。
調查組也背負空前的壓力，他們必須找出事故背後真正的原因——BOAC781號航班的疲勞裂痕起點所在的那塊碎片，這塊最為關鍵的物證現在還躺在深海當中。
飛機在高空中飛行時，所受的壓力應平均分散到機身各處，但在機身上安裝艙門或者窗戶會令飛機的整體結構強度變弱，這樣就會使壓力集中到結構最弱的部位。
為了進行更進一步調查組決定在另一架飛機上安裝了變形測量器（變形測量器用來測量機身承受的具體壓力），實驗取得了突破性進展，飛機在進行到9000飛行小時的模擬時，爆炸發生了。
《Evolution of the Airliner》中指出，在早期的客機上，比如洛克希德公司的星座式客機，增壓座艙的壓差較低，大約為4lbf/in²，最小的蒙皮厚度就能保證較低的應力水平，可是如果座艙壓差為8lbf/in²，機身直徑為3.05米，蒙皮厚度為0.028in(in吋下同)，那麼周應力可以達到17000lbf/in²。
大型開口周圍鉚接縫處的應力可以達到23000lbf/in²，為靜強度的35%，座艙的平均壽命為3000次循環，安全壽命為10000次增壓。所以，問題似乎並不嚴重。
可是客機不是貨機，還要添加舷窗和艙門，蒙皮自然要開口。在不進行加強的情況下，開口周圍的應力可能會增加到原來的2倍、3倍甚至4倍。
調查員發現飛機在飛行時，飛機窗戶和艙門四周的蒙皮承受的壓力達到全部的70%，這是飛機其他蒙皮部分受力的4倍，這超出了設定值的2倍。
後來調查組又發現了另一個隱患，彗星型客機窗戶四周的支撐物採用鉚釘釘上，而不是原始設計推薦的粘合方式。
核心問題是鉚釘是被打入金屬中，而非鑽入，這種連接方法非常容易造成細微的製造瑕疵，在飛機處於不斷地壓力變化中，這些小的瑕疵會演變成致命的疲勞裂痕。
調查小組已經非常接近事實的真相了，離最終的調查結構只剩下那塊關鍵的物證了。
▲明顯看到鉚釘的細微裂痕
直到1954年8月12日，一艘義大利籍的拖網漁船意外地打撈上來一大塊飛機殘骸，那塊殘骸本來位於781號航班的機身頂部，飛機上有兩個用來收發無線電訊號的小窗戶。
調查小組對此殘骸立即進行觀察，發現其中一扇窗戶角落的鉚釘洞有一道細微的裂痕。把這塊殘骸和其他部件組合在一起的時候，他們發現這才是所有裂痕的一點，調查組終於能閉合整個調查鏈了。
▲被打撈起的781號班機部份殘骸（陰影部分），箭頭所指的正是飛機首先破裂的地方
1954年10月19日曆經半年時間的調查，阿諾德勳爵做出的最終的調查報告。但在當時調查條件很有局限性，調查組所使用的放大鏡精度也有限，所以做出的結論也是基於推測而做出來的。現代工程師維西決定以先進的手段再次檢驗這塊裂紋。
現在那塊著名的「彗星號殘骸」放置於倫敦科學博物館。科學家發現造成空難的殘骸從鉚釘洞向外開始延伸，為了更加細緻的檢驗這道裂痕，維西用矽製成的油灰製作了關鍵部位的印模，然後將其帶到了位於倫敦帝國理工學院的實驗室，用現代的電子顯微鏡檢驗樣本，將裂痕放大800倍後，他發現了一個微小的製造瑕疵，這個瑕疵可能是在鉚釘打入金屬的時候便產生了，繼而在遭受壓力時造成了裂痕的逐漸變大，這也佐證了當初阿諾德勳爵的猜測是正確的。
我們現在基本不用擔心材料疲勞的隱患，現代的大型客機除了日常運營中的檢查外，還要根據飛行小時或者起落周期參與A、B、C、D四個等級的定檢。
▲放置於倫敦科學院的「彗星號殘骸」
重出江湖 風光不再
「彗星」號爆炸的消息傳來，波音707的原型緊鑼密鼓地裝配時，設計人員馬上對707的結構進行了針對「疲勞」問題的重新核檢。
他們在用材問題上沒有發現漏洞，特別是707採用的是圓形舷窗，比「彗星」號的方形舷窗在受力上要合理得多。
1954年7月15日，波音707進行首飛，儘管其技術上與「彗星」號沒有根本性的不同，但由於設計人員對飛機內部到外部的每個細節都考慮得非常細緻，所以綜合優勢明顯勝於「彗星」號。
▲中國民航塗裝的波音707
空難發生4年之後，彗星型客機再次重返藍天，結果卻讓人大失所望，在商業領域一敗塗地。
作為噴氣式客機的鼻祖的德·哈維蘭公司則因為墜機事件元氣大傷，1959年底，公司由於缺少訂貨而被霍克·希德利公司兼併， 發動機部則併入布里斯托·西德利公司。
著名的DH編號從此消失……
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