28 車輛研測資訊 100期 2014-06

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一、前 言

無論是海外工作或是旅遊所需，人們搭乘飛

機的機會已變得十分普遍，飛航安全也日益受到重

視。只是一般民眾可能不知道，在航空工業發展初

期，飛機設計者與工程師們的重點幾乎都擺在在提

升飛機的機械性能，較少考慮到乘客的安全問題或

是考量當飛機發生事故時，該如何有效避免及減少

飛行員或者乘客的傷害。1930年代，美國福特Ford

4-AT-A Tri-Motor 商用飛機上所配備的乘客座椅，

採用的竟是以藤編製而成的座椅(如圖1)，就現今的

角度來看，或許覺得不可思議，更重要的是倘若發

生飛安意外，這類座椅恐怕無法提供乘客任何有效

的安全保護。

根據波音公司對重大飛航事故的統計資料(如

圖2所示)，飛機處於巡航(Cruise)階段佔飛行總行

程57%的時間，此時發生「重大致命失事率(Fatal

Accidents)」約佔總失事率9%左右；而在起飛爬升

與盤旋降落的飛行期間，雖然只佔總行程時間的

2%~6%，但此時的重大致命失事率卻佔總失事率

的57%，其中盤旋降落時的失事率更高達41%。除

此之外，進一步分析在大部分的飛機迫降事故中，

造成乘客死傷原因主要是由於迫降所引起的火災與

機身結構、地板變形以及乘客座椅碰撞與通道被阻

擋，而導致逃生不及(如圖3所示)。此一現象凸顯出

飛機座椅實是維護乘客安全的關鍵組件之一。

　　

支撐、束縳與保護， 飛機座椅的角色扮演

車輛研究測試中心 施尚融

▼

圖1、美國福特Ford 4-AT-A Tri-Motor 飛機上配備

的藤椅 照片取自Airliners.net網站

▼

圖2：全球飛航事故統計資料 (資料取自 http://www.boeing.com/news/techissues/pdf/statsum.pdf)

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二、飛機的安全性考量

不管是對於路上、海上或天上的交通工具，

盡可能避免事故發生是所有民眾及工程師都渴望達

到的目標；但意外總難完全避免。在依據飛機的

特性下，其安全性考量就著重在「可生存的意外

事故中，提高飛機上乘客的存活率」。依航空技

術而言，將此分為兩個層面，一個是「適航性」

(Airworthiness)，即飛機本身在正常使用環境中保

持安全飛行的能力，此主要表現在飛機的飛行性

能上；另一個是「適墜性」(Emergency Landing

Conditions)，意思是保證飛機在墜落/衝擊或其他緊

急事件中，得以保護乘客安全的能力，包含能讓機

上乘員受到最大程度保護的裝置，以及保有逃生空

間完整性與爭取更多逃生時間的設施等，好讓機上

乘客能成功撤離飛機。

當乘員進入客艙之後，活動空間絕大部份都

在座位範圍內，因此飛機座椅可說是當事故發生

時，站在第一線保護乘客安全的重要角色。例如

當遇到天候不良(如遭遇亂流)或是機件故障需緊急

迫降等狀況，座椅可透過吸能裝置吸收撞擊時的衝

擊力道，並且利用安全帶增加對乘客的束縛將其牢

牢固定在座椅上，從而盡量降低乘客所承受的衝擊

負荷；此外，當飛機墜落後，座椅本身即使發生變

形也不應堵塞通道，以免妨礙乘客逃生。換言之，

飛機座椅需要考量對乘客的束縛性能、座椅結構的

耐衝擊性與能量吸收，並使用防火無毒的材料等條

件，才能在乘客遭遇事故時，提供有效的安全防

護。

再者，與陸上交通工具所使用的座椅相比，

飛機遭遇垂直向的衝擊機率比較高，故而飛機座椅

比一般汽車座椅更講求垂直向的結構強度與能量吸

收設計，再加上考量飛機的燃油效率，因此如何

讓座椅同時兼具結構強度及輕量化要求，一直是

飛機座椅設計的一大挑戰。美國聯邦航空管理局

(Federal Aviation Administration, FAA)，針對座椅的

適墜性與防火耐燃性能就分別訂立了相關的標準與

要求(FAR Part 25: Airworthiness standards: Transport

category airplanes )，其主要的章節包括FAR §25.561

適墜性一般要求、FAR §25.562緊急降落動態測試

要求與FAR §25.853防火耐燃測試，以作為飛機製

造商在飛機座椅設計上的基本性能要求。

▼

圖3、飛機事故照片擷取自http://www.aircraftdocuments.com/

failure-of-9g-seats-under-16g-load-test.html

飛機座椅耐衝擊性研究先驅1945年美國空軍的航空科學家約翰·斯塔普

博士(John Paul Stapp)，為評估飛機座椅與乘客

防護性能對人體的影響，以自己作為實驗對象，

展開一系列人體衝擊承受能力試驗。其中包括他

親身乘坐一輛安裝火箭推進器的雪橇上，以時速

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三、飛機座椅的結構強度測試

FAA在座椅的適墜性要求中，最早實施的是

FAR §25.561，規定座椅必須經靜態結構強度試驗

或合理的分析驗證，確認其結構可承受飛行過程中

的各項靜態負荷。其施力的估算方法是以乘客重量

(以77kg計之)加上整個座椅及附加物的重量，乘以

緊急降落時座椅可能遭受的各受力方向和負荷係數

(如表1)；試驗方法則是依據SAE AS8049B規定，將

標準治具安裝於座椅上的負荷施力點(如圖4所示)，

分別對座椅施加向前、向上、向下、側向及向後等

力量負荷，最少需持續3秒鐘，其座椅不可破壞。

由於在此標準中要求向前的靜態負荷係數為

重力加速度的9倍，所以航空業界也慣稱此為「9g

飛機座椅」規定。早期大多數客機的座椅設計，僅

需符合9g飛機座椅規定即可，但由於緊急迫降發生

時，座椅受到衝擊力道往往遠大於FAR §25.561要

求；此外，若機身地板結構發生損壞，亦可能會

造成座椅變形進而影響到乘客逃生空間，於是FAA

又提出了FAR §25.562 Emergency landing dynamic

conditions緊急降落時的16g動態強度測試要求，規

定座椅於緊急狀況時，應具備以下功能：

1. 保護乘客，減緩腿部、腰椎之傷害。

2. 確保機身附加物之強度，不可移動或破壞造成

乘客損傷。

632英里高速前進，然後在數秒內煞車，以模擬

飛機撞擊時的衝擊過程。透過他的實驗，證明了

合適的防護設備與堅固的座椅，可協助人體承受

約40G左右的衝擊力道，並不至於造成重大致死

傷害。斯塔普亦發現，如果飛機座椅採取後向安

裝方式，可將乘客向前的衝擊力量轉由椅背支撐

吸收，降低對人體的衝擊，比其他安裝方式更具

防護性能，因此早

期軍事運輸機的機

上座椅大多採取後

向安裝，以保護士

兵安全。但在民航

飛機方面，因考量

到乘客的舒適性，

習慣乘坐方向是朝

著要飛去的地方，

而非背向背對飛行

方向，所以現代各

類大眾運輸上的座

椅，大多採取前向

安裝。

▼

約翰·斯塔普博士乘坐於安

裝火箭推進器的雪橇

受力方向 負荷係數

向前 9.0 g

向上 3.0 g

向下 6.0 g

側向 4.0 g

後向 1.5 g

▼

圖4、SAE AS8049B飛機座椅垂直方向的靜態負荷

能力試驗 (資料來源取自於網路)

▼ 表1、FAR §25.561靜態負荷試驗條件

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3. 適當使用上軀幹束縛系統，可避免乘客胸部的

嚴重傷害。

4. 確保乘客不致於被過度變形的座椅所困。

飛機座椅的動態測試方式與汽車座椅相同，

皆為使用模擬碰撞台車設備，利用台車在滑軌上

的加速運動，重現飛機迫降時的衝擊力量，以評

估飛機座椅的各項乘客保護性能。此項動態測試

包含了最大加速度14g的向下衝擊，以及最大加速

度16g的向前衝擊(如表2所示)；測試時除了需將整

椅依規定角度安置於測試平台上，還需放置符合

規範之人偶(例如Hybrid-Ⅱ或FAA H-Ⅲ)，人偶及

安全帶皆需裝置加速規或荷重元等感測器，以量

測衝擊過程中的物理量變化及數據，作為是否符

合的判定依據。通過此項試驗之座椅，在航空業

界則稱為「16g飛機座椅」。例如FAR §25.562要

求經上述動態測試後，其人偶傷害指數需符合下

列規範：

1. 人偶頭部傷害指數(HIC)值需小於1000；

2. 腰部受力需小於6.67 kN (1 kΝ約 102 公斤物體

的重量)；

3. 大腿受力需小於10.0 kN；

4. 織帶張力需小於7.78 kN。

FAA從 2005年底開始，要求2009年底以後生

產之運輸類飛機需符合FAR §25.562動態測試要

求，所以目前新設計的客機，例如波音 787客機等

都已經符合相關規定。當然隨著16g飛機座椅愈來

愈普及，對於乘客所能提供的安全保障也會隨之

增加。

四、飛機座椅防火耐燃性測試

FAA要求飛機需依據FAR §25.853座艙內設備

之防火耐燃測試規範執行防火耐燃性能試驗，其中

飛機座椅需滿足FAR 25.853(a)之12秒垂直燃燒測試

及FAR 25.853(c)之油槍測試，除此之外，飛機製造

商針對飛機座椅還會有額外的煙濃度與毒性之要

求。

FAR 25.853(a)為材料之耐然性評估，主要是燃

燒一小試片，評估其燃燒長度，通常燃燒長度愈短

表示該材料愈不容易燃燒；FAR 25.853(c) 則是進行

全尺寸的航空座椅的油槍耐燃測試，此較能模擬事

故時的燃燒現象，也能評估飛機座椅真正的耐燃性

能(如表3及圖5所示)。

▼ 表2、FAR §25.562動態衝擊試驗條件

向下衝擊 向前衝擊

衝擊圖示

最大加速度 g 14 g 16 g

最大加速度時間 tr 0.08 sec 0.09 sec

速度變化 V 10.67 m/s 13.41 m/s

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五、結 語

由於飛機的航行是屬於三度立體空間的運動，

因此對乘客安全防護性能考量也相對複雜，在飛行

過程中，座椅不僅要提供旅客一個舒適的乘坐體

驗，且因其是最接近乘客的保護裝置，包括加裝在

座椅上的安全帶，都是為了當飛機不幸發生衝擊或

墜落時，能發揮支撐、束縳與保護三大功能，善盡

保護乘客的重責大任。為此，飛機製造商不斷研

發，希望透過座椅結構設計，使其變得更加穩固結

實，以減緩人體受到的衝擊力；同時又要具備足夠

的結構強度，不致因變形而影響事故後的救援活

動，從而將傷害降至最低。

透過本篇介紹，飛機座椅的重要性可見一斑，

以及其背後需通過高規嚴謹的要求，層層把關，絕

非僅在乎舒適而己。也希望能提醒更多民眾，日後

在搭乘飛機時，務必依照空服人員指示，正確使用

座椅、安全帶等機艙設備，才能使自己安全獲得最

大的保障。

六、參考文獻

[1] 飛航事故統計資料http://www.boeing.com/

news/techissues/pdf/statsum.pdf

[2] 亨利福特博物館 http://www.thehenryford.org/

museum/index.aspx

[3] FAA 航空法規 http://www.faa.gov/regulations_

p o l i c i e s/f a a_r e g u l a t i o n s/c o m m e r c i a l_

space/#regulations

[4] 民用飛機艙內裝飾與設備的適墜性研究， 上

海飛機設計研究所 張維方

[5] 航空座椅墊PMA認證測試介紹，工研院 機械

與系統所劉永隆

▼

圖5、座椅油槍測試 (取自http://www.aim-aviation.com)

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▼ 表3、FAR 25.853(a)與FAR 25.853(c)之測試條件與性能要求

項目 12 秒垂直燃燒 油槍測試

規範FAR 25.853(a) & Appendix F

Part I

FAR 25.853(c) & Appendix F

Part II

樣本尺寸 2〞x 12〞x 1/2〞

座墊：18〞×20〞×4〞

背墊：18〞×25〞×2〞( 不包括

包覆外布重覆縫合的部份 )

樣本數 3 3 ( 座墊與背墊為 1 組 )

測試前靜

置條件

溫度 70 ℉±5 ℉

濕度 50％ ±5％ RH

至少 24 小時

溫度 70 ℉±5 ℉

濕度 50％±5％ RH

至少 24 小時

性能要求

平均之燃燒長度不可超過 8〞

火焰移除後，平均燃燒時間不可

超過 15 秒

餘燼持續燃燒不可超過 5 秒

須有 2/3 以上的件數，其燃燒長

度不可超過 17〞

平均重量損失不可超過 10％

至少總測試件之 2/3 不可超過

10％之重量損失