飞机的窗户不是正方形的。也不是长方形的。
它是一个圆角矩形,或者是椭圆形。总之,它的四个角非常圆润,没有任何尖锐的地方。

你可能会觉得这只是为了好看,或者为了符合飞机的流线型设计。毕竟,苹果公司的设计师也会告诉你,圆角图标看起来更亲切。
但飞机的圆角窗户跟审美没有任何关系。
这是一个用几百条人命换来的工程学教训。在航空史上,这被称为“哈维兰彗星号的诅咒”。如果当年的工程师没有犯下那个致命的错误,现在的飞机窗户可能依然是方方正正的——当然,前提是你敢坐的话。
一1952年,英国人觉得自己站在了世界的巅峰。
二战结束没几年,英国的哈维兰公司(de Havilland)就推出了一款震惊世界的飞机——“彗星号”(Comet)。

这是世界上第一款喷气式客机。在当时,美国的波音和道格拉斯还在造那些轰隆隆响、震得人牙齿发麻的螺旋桨飞机。而彗星号,它飞得更高,飞得更快,而且飞得极其平稳。
据当时的乘客描述,彗星号平稳到什么程度?你可以在小桌板上立起一支香烟,它都不会倒。
它有着闪亮的铝合金蒙皮,巨大的后掠翼,以及嵌入机翼根部的四台喷气式发动机。当然,它还有一样东西非常符合当时人们对“现代化”的想象:
宽大、方正、视野极好的方形窗户。
那是一个属于绅士和淑女的年代。为了让乘客能更好地欣赏高空的风景,哈维兰的设计师们觉得,窗户当然是越大越方越好。这很符合建筑学的审美,就像家里的落地窗一样。
彗星号一经推出,立刻成为航空界的宠儿。伦敦飞往约翰内斯堡,伦敦飞往东京,所有的航线都爆满。英国女王都坐过这架飞机。英国人骄傲地宣称,他们把美国人甩在了身后。
但是,这种骄傲只持续了不到两年。
1954年1月10日,一架代号为“Yoke Peter”的彗星号客机从罗马起飞。它爬升到了平流层,一切看起来都很正常。飞行员还在跟另一架飞机的机长通过无线电聊天。

无线电通信突然中断了。
没有任何求救信号,没有任何预警。这架飞机在几秒钟内就在空中解体了。机上35人全部遇难,碎片洒落在地中海里。
当时的人们惊呆了。是不是炸弹?是不是被敌对势力击落了?还是飞行员操作失误?
还没等调查组摸出头绪,仅仅三个月后,1954年4月8日,另一架代号为“Yoke Yoke”的彗星号,在从罗马起飞后不久,再次在空中神秘解体。
同样的航线,同样的起飞阶段,同样的毫无预兆,同样的粉身碎骨。
这下事情闹大了。英国首相丘吉尔直接下令:所有彗星号立即停飞。必须查出真相,否则大英帝国的航空工业就完了。
二现在的空难调查,我们有黑匣子,有精密的传感器。但在1954年,调查人员能用的手段非常原始。
负责这次调查的是英国皇家航空研究院(RAE)的阿诺德·霍尔爵士。他是个狠人。既然找不到显而易见的故障,他决定用最笨、但最硬核的办法:
他在法恩伯勒的地面上,造了一个巨大的水槽。
这个水槽大到能把一整架彗星号飞机的机身塞进去。霍尔爵士的想法很简单:既然飞机是在高空解体的,那肯定跟压力有关。
我们需要在这里插入一点物理学常识。
当你飞到一万米高空时,外面的空气非常稀薄,气压很低,温度在零下50度左右。如果在这种环境下,飞机内部的气压跟外面一样,乘客们分分钟就会缺氧晕过去,然后冻成冰棍。
为了让乘客活着,飞机必须“增压”。
简单说,就是用发动机把空气压缩,打进机舱里,让机舱内部的压力保持在低海拔的水平。
这导致了一个结果:飞机变成了一个气球。
每一次起飞,随着高度增加,外界气压降低,机舱内部压力相对变大,飞机就会像吹气球一样“膨胀”一点点。每一次降落,高度降低,外界气压升高,飞机又会“收缩”回来。
这就叫“增压循环”。
霍尔爵士推测,可能是这种不断的膨胀和收缩,搞坏了飞机的金属骨架。
为了模拟这个过程,他把那架停在地面的彗星号浸泡在水槽里。通过往机身里注水来模拟内部增压,然后再把水抽出来模拟降压。
之所以用水而不用空气,是因为水不可压缩。如果机身真的裂开了,用水只会漏水,不会像空气那样发生剧烈爆炸,这样能保住实验室,也能保住现场证据。
这一实验没日没夜地进行。注水、排水、注水、排水。这台机器在短短几周内,模拟了飞机飞行数千小时所经历的压力变化。
终于,在模拟到相当于3000次飞行起降时,事情发生了。
并没有惊天动地的巨响,只是水槽里的仪表盘突然跳动了一下。
调查人员排干了水,爬进水槽,凑近了机身仔细观察。
在机身顶部,靠近一个方形窗户(确切地说是自动测向仪的方形舱口)的角落里,他们发现了一道裂纹。
这道裂纹非常细微,不仔细看根本看不出来。但就是这道不起眼的裂纹,宣告了方形窗户的死刑。
三为什么方形窗户会杀人?
这里涉及到一个核心的工程学概念:应力集中(Stress Concentration)。
举个例子:有一条宽阔的河流,水流平缓地流过。突然,你在河中间插了一块巨大的方形石头。水流必须绕过这块石头。在石头的前面和侧面,水流会变得湍急、紊乱。
力在金属中的传递,就像水流一样。
当机舱因为增压而膨胀时,机身蒙皮受到了巨大的拉力。这种拉力需要在金属表面均匀地传递。
如果窗户是圆形的,或者圆角的,这种拉力就会顺滑地沿着曲线绕过去,就像水流绕过鹅卵石一样,虽然有波动,但还算平稳。
但是,如果窗户是方形的,特别是带有90度直角的方形,情况就完全不同了。
当拉力传导到那个尖锐的直角角落时,它没路可走了。它必须在一个极小的区域内急剧改变方向。
于是,所有的压力都堆积在了那个角落里。
工程学家计算后发现,在方形窗户的尖角处,金属承受的压力并不是平均分布的,而是正常部位的三到四倍,甚至更高。
这就好比全班50个人的作业,突然全扔给了那个坐在角落里的课代表一个人写。课代表心态崩了。
金属也一样,它也有脾气。
在一次两次飞行中,金属还能咬牙坚持。毕竟铝合金很结实。但是,飞机是要飞几千次的。
起飞、膨胀、拉扯角落。降落、收缩、放松角落。
起飞、膨胀、拉扯角落。降落、收缩、放松角落。
这就像你反复弯折一根回形针。你折一下,没断。折两下,没断。但如果你不停地折,回形针的弯折处就会发热、变软,最后“啪”的一声断开。
这就是金属疲劳。

彗星号的蒙皮在那个方形窗户的角落里,默默地承受着几倍于其他地方的压力。终于有一天,它到了极限。
一道肉眼看不见的微观裂纹在角落里产生了。
一旦裂纹产生,剩下的事情就是瞬间的。
当裂纹扩大到一定程度,蒙皮强度瞬间崩溃。
“砰!”
机身像气球一样炸开。这叫爆炸性减压。飞机瞬间解体,乘客和机组人员被抛入零下50度的稀薄空气中。
调查结果出来后,全世界的飞机设计师都吓出了一身冷汗。
四哈维兰公司付出了惨痛的代价。虽然他们后来重新设计了彗星号,把窗户改成了椭圆形,加厚了蒙皮,但市场已经不给他们机会了。
美国人波音公司在旁边看完了全过程,吸取了血的教训。
当波音推出著名的波音707时,人们发现,它的窗户是圆角的。不仅是圆角,而且每一个角落都经过了精心的弧度计算,确保应力能像丝绸一样顺滑地流过。

从那以后,不管是美国的波音、欧洲的空客,还是后来苏联的图波列夫,所有喷气式客机的窗户,都变成了圆角矩形、椭圆形或者是圆形。
绝对没有任何一架现代加压客机敢使用直角窗户。这是一个写在航空工程教科书第一章的铁律,是用鲜血换来的规则。
五既然聊到了窗户,你可能还注意到过另一个细节。
如果你仔细看飞机窗户的下半部分,你会发现上面有一个小孔。非常小,大概只有牙签那么粗。
这又是干什么的?难道是怕窗户密封太好,专门留个洞漏气吗?
当然不是。这个小孔的存在,同样是为了安全,而且设计得非常精妙。
飞机的客舱窗户其实不是一块玻璃,而是三层。

最外面那层,最厚、最结实,它直接面对着万米高空的狂风和严寒,承受着主要的压力。
中间那层,稍微薄一点,但也非常结实。
最里面那层,就是你手能摸到的那层,其实只是一个防尘罩,防止你把可乐泼到中间那层玻璃上,本身不受力。
那个小孔,打在中间那层玻璃的下部。
它的名字叫“通气孔”或“呼吸孔”。
它的作用是调节中间层和外层之间空气夹层的压力。
正常情况下,机舱内的气压通过这个小孔,进入到两层玻璃之间。这就使得中间那层玻璃所承受的压力,和机舱内的压力是一样的。
这样一来,中间这层玻璃实际上是“闲着”的,它两边的压力平衡,不受力。所有的压力差,都由最外面那层玻璃独自承担。
为什么要这么设计?
这是一种双保险。
万一,虽然概率极低,但万一最外面那层玻璃被鸟撞了,或者被冰雹砸裂了,失去了密封性。
这时候,原本“闲着”的中间那层玻璃就要挺身而出了。因为有那个小孔的存在,压力会迅速重新分配,中间层会立刻顶上,承受住机舱内外的压力差,保证飞机不会失压。
虽然中间层没有外层那么厚,但它足够支撑飞机安全降落。
而且,这个小孔还有一个很实用的功能:除雾。
如果没有这个孔,两层玻璃之间的空气就会死在那儿。高空机身外壳非常冷,机舱里非常热且潮湿(毕竟有一百多个人在呼吸)。温差会导致两层玻璃中间产生冷凝水,窗户就会起雾,甚至结冰。
有了这个小孔,干燥的机舱空气可以流通进夹层,带走湿气,保证你在整个飞行过程中都能看清楚外面的云彩。
六既然窗户这么麻烦,又是圆角,又是三层,又是打孔,还增加了机身的重量(为了在机身上挖洞并保持强度,窗户周围必须加固很多金属结构),那为什么不干脆不要窗户了?
现在的货运飞机,很多就是没有窗户的。这样机身更结实,更轻,装货更多。
而且,现在的技术完全可以做到在机舱壁上贴满柔性OLED屏幕,实时播放外面的高清画面。你想看白天就看白天,想看星星就看星星,甚至还能看电影。
事实上,阿联酋航空等土豪公司已经在头等舱尝试这种“虚拟窗户”了。
但是,对于大多数客运飞机来说,取消窗户面临着一个巨大的障碍:
人类的幽闭恐惧症。
把你关在一个密闭的金属管子里,以每小时800公里的速度在万米高空飞上十几个小时,而且你完全不知道外面发生了什么。
你不知道是白天还是黑夜,你不知道飞机是平飞还是倾斜,你不知道刚才的震动是气流还是发动机掉了。
这种感觉会让人发疯的。
窗户,哪怕只有小小的一个圆角矩形,它是乘客与外界唯一的联系。它提供了一个视觉参考系,告诉你的前庭器官:我们正在平稳飞行,别吐。
更重要的是,它提供了一种心理上的安全感。看到外面的阳光,看到地面的灯火,会让人觉得“我还在这个世界上”。
此外,在紧急迫降的情况下,乘务员和乘客需要通过窗户观察机外的情况:哪边起火了?哪边是水面?这对于决定从哪个出口逃生至关重要。如果是电子屏幕,一旦断电,大家就真的两眼一抹黑了。
所以,在可预见的未来,那个圆角窗户还会一直陪伴着人类。