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2024-07-01從日航羽田機場起火事件 看碳纖維複合材料的抗火效用
655 期
Author 作者
鄭泗滄/成功大學航太工程學系兼任教授,專長為複合材料、智慧結構、先進量測技術,以及系統工程管理。
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•今(2024)年年初的日航羽田機場起火事件中,由於日航A350客機機組員受過完善訓練,能在火災發生時迅速引導乘客逃生。
•日航A350客機使用先進碳纖維複合材料,熔點高達3600℃,因此在火災中可支撐機體完整性、提供乘客逃生時間。
•民航法規要求飛機進行點火燃燒測試,確保火災時機體可支撐五分鐘,且複合材料不會因燃燒產生毒害。
今年1月2日,編號為MA722、隸屬於日本海上保安廳羽田基地的DHC8-Q300小型飛機,在羽田機場跑道上準備起飛時,被正在降落的日本航空公司(簡稱日航)空中巴士(Airbus)A350客機撞擊。爾後兩臺飛機雙雙起火,海上保安廳機上的六名乘員中有五人因撞擊起火而死亡。
本事故中日航的班機及日本海上保安廳的小型飛機,分別為空中巴士A350-900 XWB大型廣體雙引擎噴射客機〔註〕,以及加拿大德哈維蘭飛機公司(De Havilland Aircraft of Canada)DASH8小型雙渦槳客機。A350客機造價約為新臺幣93億元,由於機身總重量有高達52%為先進碳纖維複合材料,抗火性似乎比傳統的鋁合金飛機更佳。此外,臺灣也有若干媒體,例如自由時報、科技新報指出日航客機在起火狀態下,複合材料的機身抗火性發揮了功能,再加上機組人員於飛機失火逃生的處置得宜,令機上旅客得以在充分配合下及時全員成功脫逃。空中巴士公司在事後也表示,這次是A350系列客機首次的重大事故和機身全損事件(圖一)。
![](https://www.scimonth.com.tw/upload/article/SM655/Japan_Airlines_516_JA13XJ_wreckage.jpg)
圖一|事故發生後A350客機擦撞火燒後的殘骸,從照片可以觀察到客機在失火撲滅後機體已經坍塌。(Makochan12.9, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons)
〔註〕XWB為EXtra Wide Body,也就是超廣體。超廣體設計使得飛機機身的橫切面寬度比空中巴士一直沿用的客機機身(A300、A310、A330、A340系列)更大。
傳統的機身結構材料-鋁合金
本次的日航擦撞事件使得A350客機火燒全損,但因機身使用的先進碳纖維複合材料抗火損特性,讓一般旅客的飛安擔憂降低,機上乘客也得以順利逃生。不過一般傳統民航客機的機身大多採用鋁合金製造,這些材料之間有哪些不同特性?傳統的鋁合金材料有什麼優缺點呢?
鋁及鋁合金的密度為2.7公克/立方公分(g/cm³),約為鋼材的1/3。此材料具有高導熱及導電性質,在一般大氣環境下也具有一定的抗腐蝕性。鋁合金材料的抗壓強度高,2024鋁合金(Al 2024-T4)、7075鋁合金(Al 7075-T6)等高強度鋁合金的抗拉強度(tensile strength)〔註〕分別可達到470百萬帕(MPa)和570MPa。再者,鋁合金的微觀結晶結構屬於面心立方結構(FCC crystal structure,圖二),在較低的常溫環境下仍然具有好的成型性,因此能夠大量製成鋁箔或薄殼的飲料罐,顯示出它優異的加工延展性。也因為這項特性,鋁合金被廣泛應用在需要輕量化的工程應用上,例如登山杖、高端的腳踏車、輕量化的高性能車輛或航太結構等。……【更多內容請閱讀科學月刊第655期】
〔註〕材料在試驗中能承受的最大應力強度,可以反映出材料在拉伸變形下抵抗破壞的能力。