随着全球化进程的深入发展,人们对旅行时间和速度的要求越来越高,空中飞行己经成为一种日益普遍的远程交通方式。最近一项调查显示,在旅客的飞行体验中,满意度最低的不是航班延误、糟糕的餐食或是空姐的服务,而是长途飞行过程中拥挤难受的座椅。
作为具有高技术含量的特殊适航产品,飞机上的座椅可不是看上去那么简单,而是有着特殊的要求和功能。让我们通过回顾航空座椅的前世今生,从安全、舒适、经济的角度共同探讨航空座椅的过去、现在和未来。
曾经的柳条椅
20世纪30年代,飞机开始成为一种大众交通工具。飞机的高速性和强烈的气流颠簸要求座椅必须固定,当时的座椅大都由螺丝螺帽和钢筋固定在地板上,第一代航空座椅由此诞生。
1935年投入运营的美联航波音客机,内舱宽度很窄,仅能容纳两列座椅。空姐随身携带扳手和螺丝刀,将柳条椅固定在机舱地板上,一旦航班延误或者取消了,她们还得用这两样工具调节滑轨,根据飞机的时刻和乘客的多少调整飞机座椅。
二战以后,民机技术飞速发展,飞机客舱不断变大,座椅也得到明显改进,金属座椅逐渐取代了原来的木质座椅。座椅上也开始安装固定乘客的安全带和相对应的金属锁扣。
最早的航空座椅安全带是由布料做成的,而且不能拉伸,在危险的情况下也不能轻易打开。经过不断发展,现在飞机座椅上已经统一配备了标准宽度51毫米、由涤纶丙纶和尼龙等阻燃材料制成的安全带。安全带长度可调,并有一个易于操作的快速释放装置,让旅客在紧急情况下很容易用一只手打开。
如今,当飞机起飞、降落或遇到空中气流颠簸时,旅客都被要求系好安全带,结实的座椅和安全带对飞机上的旅客起到了很好的保护作用。
9G安全么
二战时,为了研制军用飞机弹射座椅,一些国家开始研究人体对过载的耐限问题。这些研究在战后逐步被应用于评估民航客机座椅和约束系统的性能。科学家从大量实验中找到了各种情况下人体对过载的耐限,为飞机及座椅的设计提供了可靠依据。
正常飞行时,飞机起飞落地,飞机的座椅都能很好地保护旅客,但飞机紧急着陆或者坠毁时,座椅能否承受过载外力的冲击,还能保护好旅客么?在当时发生的一些飞行事故中,飞机的座舱基本保持完整,而坐在里面的人却受到了致命的损伤。这种现象迫使航空工程师加快研制能保证人体耐受各种过载的装备。
飞机的金属机身承受的过载,比人体能承受的过载要大得多。人体是由骨骼、肌肉和内脏器官等组成的,人的心理和生理状态,人在承受过载时的姿势,对耐受过载是不同的。20世纪50年代,科学家经过研究认为,人体在极限条件下能承受9G(G表示重力加速度)的过载,飞机上的座椅至少也要达到这一水平。
1952年,民用客机的第一次过载实验在美国展开。科学家在座椅上绑定了一块木块,用钢索向各个方向拉伸,要求测试的航空座椅静态过载必须承受9G。根据上述试验,美国民航管理机构要求所有客机上的座椅都要承受9G的过载。
这看似安全了,但随后发生的一些空难表明,这一标准是有问题的。静态测试时外力过载是缓慢的,而空难时外力过载是非常迅速的。这一标准必须进行调整。
16G才靠谱
20世纪70年代,随着科技发展,大量合金材料开始用于飞机座椅。飞机座椅的重量越来越轻,但其承受的过载一直延续9G的标准。1980年以后,大型喷气式客机的正常着陆速度可达280千米/小时,而坠机时作用于人体的制动过载可达25G,按照原来的标准设计客舱座椅显然已不合时宜。
1990年1月25日,哥伦比亚航空052航班,一架安装老式座椅的波音707因为燃油耗尽,坠毁在纽约机场附近长岛的山上。飞机在猛烈撞击下断成两截,机上旅客85人幸存,73人死亡。
空难调查人员发现,以承受9G过载标准设计的座椅,在飞机坠毁过程中(瞬时过载超过15G)并没有起到很好的保护作用。一些座椅的支撑脚全部断裂,导致系着安全带的旅客凌空飞起,造成致命伤害。
实际上,这并不是飞机座椅第一次发生严重问题。4年前,华盛顿机场也发生过一次类似空难。一架波音737飞机在起飞前因没有按照要求进行除冰,起飞后飞机失速,机尾撞在机场边的波托马克河桥上,然后重重摔在冰面上,沉入水中。调查发现,大部分旅客的死亡并不是由于飞机尾部脱落后的强烈撞击,也不是沉入水中溺亡,而是飞机摔在冰面后大部分座椅脱落。
航空座椅的升级换代已经迫在眉睫。
1981年,FAA(美国联邦航空局)专门在郎立市成立一个飞机座椅动能测试机构。科学家把飞机座椅固定在高速移动的滑轨上进行测试。他们发现,由易碎的钢铸成的椅脚,在巨大的过载下,无法吸收外来动能,非常容易断裂。
为解决这一问题,科学家对飞机座椅的支撑部分作了改变,研制出吸能式座椅。这种座椅在受到较高过载时,其整体结构或某些金属部件会弯曲、起皱甚至变形,吸收部分过载,使座椅和旅客产生一个非常规运动,以缓解巨大的冲击力带来的损害。
吸能式座椅的主要参数有两个:一个是结构变形的起动载荷,另一个是结构变形的几何行程。这些参数会受到飞机地板许用载荷、制动过载能量变化、人椅组合重心变化等因素的影响。
为了制定新的标准,科学家开始进行飞机座椅过载实验。安装在模拟飞机上的座椅和模拟人必须通过两项动载试验。一项是水平冲击试验,制动过载的峰值最小为16G;另一项是垂直冲击试验,制动过载的峰值最小为14G。这两项试验均须达到规定要求的人体生理指标。
根据实验结果,FAA要求飞机制造厂商新生产的飞机必须安装动载为16G的座椅,以缓解空难中座椅对人的伤害。飞机航空座椅的安全性又进了一步。但由于更换座椅的费用较高,一直到2009年9月,全球运营的民航客机才全部装上了16G座椅。
随着时代的发展,飞机座椅越来越坚固,也越来越轻便。座椅靠背都变成网状金属结构,而在椅腿结构中,都有X型或N型吸能器,其优点是碰撞瞬间可承受双向载荷,且座椅变形后的水平位移量较小,仅比初始位置向前移动50?80毫米,这种设计大大提升了旅客在冲击后应急撤离的速度。
这些看似不起眼的改变,却挽救了很多人的性命。2014年,在美国旧金山,一架波音777发生了和当年华盛顿波托马克河空难几乎一模一样的空难。飞机在复飞过程中,尾部撞到机场边的防波堤上,机尾断裂,飞机重重地摔在跑道上。令人庆幸的是,新型座椅起到了非常明显的保护作用。事故中,飞机座椅没有脱落,所有系着安全带的旅客全部安然无恙。
舒适很重要
航空座椅的寿命一般较长,如果不涉及维修问题,几乎都不更换。但座垫则一般3?4年就要更换一次,这主要是为了让旅客乘坐舒服。此外,万一飞机在水上迫降,座垫还可以作为漂浮物,帮助旅客浮在水面上等待救援。
为了提升安全性,飞机的座椅和座垫还必须具有良好的阻燃性。二战后,塑料材质的软质泡沫、聚氨酷块状泡沫开始成为航空座垫的主要材料,它们重量很轻,较为舒适,但极易燃烧,燃烧后会产生大量的有毒气体。这显然不能满足不断提高的安全性要求。
20世纪80年代,制造商开始使用具有良好阻燃性的热熟化聚氨酯泡沫作为飞机座垫的主要材料。进入新世纪,一家日本公司开发了一种新的聚酯纤维座垫,各项机械性能可与聚氨酯泡沫相媲美,重量比聚氨酯材料轻30%,无毒且可回收。
除了安全性,舒适性也是衡量航空座椅优劣的一项重要指标。在飞机上,旅客活动空间狭小,需要在较长的时间内坐着,容易感到疲劳。按照人机工程学原理,人类的最佳坐姿是135度坐姿,这种坐姿能较好地保持脊椎形状,减轻脊椎压力,航空座椅就是按照这一原理进行设计的。
旅客在乘坐飞机的过程中,大部分活动都是在座椅上完成的。因此,座椅的舒适和布局很大程度上会影响到旅客对航班的印象和评价。为了降低成本,航空公司一方面采用压缩旅客腿部空间的方法以放置更多座椅,另一方面又要想方设法让旅客感到更加舒适,此外还必须符合适航标准(座位间距不能小于73.7厘米),可谓是煞费苦心。
随着技术的发展和旅客要求的不断提高,新型飞机座椅层出不穷。1995年,英国航空公司在一些长途航班的头等舱推出了能够完全平躺的座位,这一做法迅速风靡全球。如今,一些航空公司的公务舱座椅也可以完全放平,大大减缓了长途旅行的劳顿。
在现代飞机的头等舱,旅客座椅变成高靠背沙发和床的组合体。座椅伸展后变成全躺式软椅,旅客在需要时可以从椅子下拉出一个长方形软凳,将腿平放在上边,再将靠背向后调至较低的位置,就如同睡在一张松软的床上。
为了方便,座椅的扶手上还精心设计了各种小装置。扶手内侧靠里上部是头灯开关,右上方是阅读灯开关,下方是呼叫空姐的按钮。此外,座椅上还有3个与音响相关的小装置,最下面的是耳机插孔,中间是频道选择按钮,上面是音量控制旋钮。不同的航空公司有不同的设置和布局。
不光是头等舱,经济舱座椅也发生了很大变化。经济舱座椅本身的尺寸越来越大,更加宽敞、舒服。有些航空公司的经济舱座椅扶手能伸缩,小型触摸屏安装在扶手上,旅客可以通过前方的显示屏观看视频。
随着材料科学的进步,新型复合材料座椅开始出现。这种座椅变得更加纤薄,填充物也越来越少,航空公司在飞机上安装更多座位的同时,也为旅客提供了更为宽敞的空间。一些航空公司将座椅背部的口袋挪到托盘桌上部,借此增加了旅客的腿部空间,汉莎航空和捷蓝航空便采取了此项改进措施。