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上一版3 2024年1月10日 星期 放大 缩小 默认
从日本羽田机场事故谈复合材料防火安全性
东京羽田机场俯瞰图,发生事故的16L-34R跑道位于右侧海边,右下角的5-23跑道是机场最近一次扩建填海新建的跑道

1月2日,日本航空A350客机在降落东京羽田机场时,与日本海上保安厅的飞机发生碰撞,机上所有乘客和机组人员都安全撤离,但正在执行地震救灾任务的海保飞机上5人殉职、机长重伤。具体事故原因还有待查明。

发生事故的日航A350机龄2年,长度是海上保安厅飞机的3倍。这是A350客机自2015年投入运营以来首次发生的重大事故。

尽管飞机完全被大火吞没,但机上379人都安全逃生。A350高比例碳纤维复合材料所提供的防火安全功能发挥了重要作用。同时,日航严格按照航空标准在90秒内疏散乘客,也保障了乘客安全。

A350复合材料占机体结构重量的53%,主要由碳纤维增强塑料复合材料(CFRP)组成。这些材料在垂直尾翼、机翼和机身整流板等重要部件中已被使用。

复合材料的主要优点在于减轻飞机重量的同时,又能保持高强度特性,从而提高燃油效率、降低维修成本。

同时,复合材料也有很高的耐火性和热稳定性。空客声称,其一直严格遵守“ABD 0031标准”中的“燃烧-烟雾-毒性(FST)”耐火要求,对飞机机舱内部材料的防火安全性能进行测试。

空客称,FST要求适用于所有飞机内部元件。复合材料在结构和机舱中都很常见,因此内外部都必须满足相同的烟雾和毒性要求。而关于耐火性,有趣的一点是,CRFP可自动灭火。因此,复合材料机身外壳更薄一些,但却比金属材质更“耐烧”。

在生产飞机的复合材料部件时,复合材料的加热、降解和燃烧温度都需要精确控制,过高或过低的温度都会对材料的性能产生不良影响。铝在300℃至400℃时开始降解,超过600℃就会熔化。但碳纤维的分解温度就高很多,根据纤维强度的不同,导致碳纤维燃烧的分解温度在400℃到1000℃之间。

值得注意的是,纤维基质对材料的降解至关重要。纤维增强复合材料,如CFRP,可以承受比单个碳纤维更高的温度,通常在2000°C的范围内。此外,即使在开始燃烧后,碳纤维复合材料仍可以保持结构完整性。

此外,根据欧盟委员会的报告,飞机上使用的复合材料能提高乘客的安全性。复合材料中所使用的树脂,大大降低了复合材料的热降解和燃烧速率,有利于阻止热扩散和热传递。

在复合材料燃烧时,比如在A350上,热降解会使碳纤维粘合到基体中的树脂蒸发。当蒸汽散发出来时,复合材料会产生更高的压力,增加材料体积(复合材料热膨胀)。

燃烧后的剩余材料体积会增加1倍以上,孔隙率增加65%。复合材料的燃烧速率取决于材料内部产生的蒸汽压力,因此,增加的厚度越大,飞机可以承受的燃烧时间就越久。

目前,航空业中复合材料的使用量正在不断增加。商用飞机正日渐关注燃油经济性,复合材料带来的轻质、高强度、高刚度等优异性能,也从另一方面大大提高了运营效益。王雪瑶 编译

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