【Yahoo論壇/戴發奎】註定無法避免的飛機空難 差別在何時

戴發奎
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空軍第七聯隊一架F-5E戰機29日上午在台東執行任務,起飛不到2分鐘不明原因墜落志航基地北面海域,飛行員朱冠甍送醫急救仍宣告不治。國防部於10點30分召開記者會,由空軍參謀長黃志偉(圖)說明。
圖片來源:中央社

我的綽號青蛙的跑車,發動機鋁合金葉片剛屆滿十年就出現裂紋,我沒有因為葉片斷裂造成巨大損失的最主要原因是,我幾乎每次開車前都會打開車蓋檢查一番再上路。

台東志航空軍基地一架F-5E戰機 29日上午因右側發動機失效墜毀於台東近海,飛官朱冠甍殉職。空軍參謀長黃志偉表示失事的F-5E戰機是在民國69年11月14日出廠,總飛行時數6260小時又40分鐘,上次完成大檢是108年9月29日至12月18日執行,出廠至今使用266小時又45分鐘。

飛機是世界上最安全的交通工具,它發生空難的可能性非常低,然而低不表示不會,關鍵在只要飛的夠多,飛機註定會發生空難。

自1964年有記錄數據以來,全球累計發生空難3205起,死亡人數高達83004人。對比飛航架次,空難發生的機率為300萬分之一,相應不發生空難的機率為0.99999967。我們設定一年全球飛機的飛行次數為N,那麼坐飛機安全的機率為0.99999967^N,發生空難的機率為1-0.99999967^N 。當飛行次數N=1500萬,空難發生的機率就會高達99%。

根據IATA官網公布數字,2018年平均每天約有10.68萬個航班,總計3900萬個航班起降,空難接近100%,實際上均超過1。

在3205起飛機事故發生的主要原因為天氣、鳥擊、航管指揮失誤、人為操作失當及維修不當,其中沒有依照標准程序保養或維修導致機械故障佔了整個航空事故的12%,這也是空難諸多因素中最難以解決的問題,魔鬼細節就在人為因素中的非人為因素「金屬疲勞」。

台灣古諺有云:「總舖師,怕吃午;泥水工,怕抓漏;大夫,怕治咳。」,對博士班攻讀材料且從事結構設計多年的我來說,「金屬疲勞」是我的抓漏,因為金屬的疲勞發生無法透過計算得到,也難憑肉眼看見。

一般大樓及建築鋼鐵結構可以透過力學原理配合結構矩陣和有限元素方法求得所選擇材料(物理性質)、結構尺寸下的每個局部或整體有效降伏強度及極限強度,再為其量身訂做適合的防腐蝕計畫,這就是我們通常稱的20年或50年使用壽命。然而真正的隱形殺手並不包括在上述的所有動作當中。

金屬在反覆交變的外力作用下,它的強度要比在不變的外力作用下小得多,人們把這種現象叫做金屬材料的「疲勞」。在循環載荷或交變載荷下,服役的使用壽命遠小於設計壽命,甚至不到設計壽命的一半。

橋樑的疲勞肇因於車輛來了又離開,大樓的疲勞因為風力大小不定經年累月吹襲,飛機所受的疲勞分為外在因上下氣流對機體產生的震動,及發動機葉片因為轉速每分鐘從0到10000長期累積的應力應變所產生的金屬疲勞。

金屬材料在受到交變應力或重複循環應力時會產生微裂紋,經一定循環次數後,裂紋擴展到臨界點,導致定製合成金屬材料在工作應力小於屈服強度的情況下發生突然斷裂,這種現象不限於金屬,許多非金屬材料如塑膠、碳纖維、陶瓷、玻璃等,也都有疲勞現象發生。

疲勞歸類腐蝕框架內的一種現象,根據中國調查腐蝕整體每年造成的損失高達GDP5%,以台灣來說每年造成的損失為1兆元,代價大於所有自然災害損失的總和。

隨著材料科學進步,如今的汽車、輪船和飛機等大型裝備,其構件在進行生產之前都進行了抗疲勞設計,方向有兩類,一是在容許應力設計上根據金屬面對的力量反覆循環次數加予程度不等的安全係數。二是對金屬材料物理性質做本質上的改變,以增加抵抗疲勞的能力。

然而以上方法只能改善金屬性能卻並不能根本解決問題,防止因金屬疲勞釀成無可挽回悲劇的最有效方式還是定期對金屬內部結構進行檢測,找出金屬裂紋。我的蛙車剛滿十年,發動機鋁合金葉片就出現清晰可辨的裂紋,更遑論即將屆滿40年的老飛機,金屬疲勞只是飛機機械故障的原因之一,老飛機要維繫繼續服役的唯一條件就是檢測、檢測再檢測。

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