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飞机的飞行操纵面与航空事故之三

来源:民航资源网专家 作者:路桥 2008-12-25 14:06:37 我来说两句(0)

专业分类飞行 文章编号】2-2008-0216

  

 

飞机的飞行操纵面与航空事故之三:波音飞机非指令性滚转揭秘

  摘要:波音飞机发生非指令性滚转,具有普遍性和严重性,令人堪忧。1991年3月3日美联航(United Airlines)585航班和1994年9月8日美合众国航空(US Air)427航班的失事,给人们敲响了警钟。美国联邦航空局(FAA)和国家运输安全委员会(NTSB)花费大量的人力物力进行调研分析,结果并不令人满意。据统计,仅波音737飞机,自1980年至1999年期间,发生偏航或滚转的事件超过一百多起。其中确定为“非指令性滚转”(Uncommanded roll)的就有15次之多。直到2004年6月10日,中国国际航空公司的波音737型B-2650飞机执行CA109航班,在香港机场进近着陆过程中,机组脱开自动驾驶的瞬间,飞机向右带大坡度侧倾……幸运的是,该机组飞行员控制住了飞机。着陆后,发现飞机驾驶盘向右满盘。

  波音飞机为什么会产生非指令性滚转?请看:波音飞机非指令性滚转揭秘

一、谜团

  1.1991年3月3日,美国联合航空的波音737型飞机N999UA,执行丹佛到春城的585航班。飞机驾驶员在完成从自动飞行向仪表飞行的转换之后,正准备向春城市属机场35号跑道做最后进近之际,飞机姿态突然向右倾滚、机头下俯,态势发展急剧,直至飞机几乎以垂直姿态触地失事。机上两名驾驶员、3名空服人员和20名乘客全部丧生。

  2.1994年9月8日,美国合众国航空的波音737型飞机N513AU,执行芝加哥到匹斯堡的427航班。当完成仪表飞行转换之后,飞机姿态突然进入非操控性侧倾,在距目的地机场西北大约6英里的位置,飞机直插地面。机上2名驾驶员、3名空服员和127名乘客无一生还。

  以上两起空难事故后,直到2001年3月,美国国家运输安全委员会(NTSB)正式公布:“美联航585航班和美合众国航空427航班空难事故是由于失去了飞机的控制力,而导致的原因是飞机方向舵操纵面的移动达到了其极限,这一切又起因于方向舵动力控制组件中的伺服阀门。”

  在美国NTSB的报告中清楚地说到:“由于FDR没有滚转或侧滑的信息记录,因此,最终造成航向改变的原因是出于滚转所至亦或出于滚转连带侧滑,则不得而知。”美国NTSB的报告指出“美联航N999UA飞机FDR只有五个基本参数而难以断定失事的确切原因。”

  美国NTSB公布的长达300多页的事故报告中,汇集分析了波音737型飞机自1980年至1999年期间,发生偏航或滚转的事件、事故超过一百起。其中,确定为“非指令性滚转”(Uncommanded roll)的就有15次之多。不过,NTSB的报告中并未就每个个案发生的时机、产生的原因,以及同类型事件的共性、普遍性等进行综合分析。以至今日,波音飞机的“非指令性滚转”问题,仍然是个“谜团”!

二、启发

  2004年6月10日,中国国际航空公司的波音737型B-2650号飞机执行北京前往香港的CA109/110航班。飞机在香港落地,机组报告:在1800英尺高度脱开自动驾驶仪时,飞机突然大坡度向右倾斜,难于操纵。飞机发动机、液压系统、襟翼等均正常。着陆后,驾驶盘处在向右侧满盘位置。机组要求彻底排故。

  经过地面机务人员检查发现:该飞机驾驶盘向右偏6度左右,飞机右副翼向上、左副翼向下。人工操作副翼配平电门,将驾驶盘回中立,检查副翼翼面位置平齐,指示正常。人工操纵驾驶盘左右能转到最大,无卡阻且能自由回到中立位。检查副翼感觉定中机构及弹簧固定和剪切销及定中凸轮正常;放下襟翼检查副翼钢索、滑轮正常;拆下副翼控制面板,测量S1、S2电门及内部导线无短路和绝缘不良现象;测量D2930插头到D2928插头之间导线均正常;使用副翼配平电门操纵配平左右2个全行程,接通、断开电门控制均正常。地面初步检查飞机副翼系统工作正常。后经国航总部对FDR(飞行数据记录器)进行译码。发现:该飞机空中飞行46分钟后、高度在35460英尺时,副翼配平电门连续工作25秒;说明在机组不知情的情况下,副翼已接获了向右侧配平的指令信息。

  由于当时飞机处在自动驾驶状态下的巡航飞行,飞机的飞行姿态并未产生变化,机组自然也没有任何不正常感觉。一旦机组脱开自动驾驶转由人工操作进入仪表着陆状态,飞机姿态即发生向右侧倾斜。

  因是飞行中人为误操作,在未完全确认之际,当日航班取消;飞机于第2天调机回北京。

  发生在B-2650号飞机的偶然事件,给人们以下启发:

  1、波音737型飞机的副翼配平控制系统在任何情况下都是可以由人工触动副翼配平电门而使作动器(马达)运作;

  2、飞机处于自动驾驶飞行状态时,即使有意操作副翼配平电门,飞机的姿态仍由自动驾驶仪操控。虽然副翼配平作动器已经产生了相应的动作,但并不会产生改变飞机姿态的最终作用;

  3、一旦脱开自动驾驶,转入仪表飞行状态——即由驾驶员人工操控飞机,由于已经产生的副翼配平作动器的动作,即会改变副翼动力控制组件的状态而最终使副翼产生相应的运动,从而改变飞机的正常飞行姿态。

三、探密

  同样处于进近着陆阶段的美联航585航班和美合众国航427航班的波音737飞机,是否与国航CA109航班的波音737飞机存在着相同的诱发因素呢?

  美国NTSB关于585航班和427航班的失事报告都表明,该两次航班飞行的状况,无论是天气还是飞机技术性能,一直都很正常。只是在接近目的地着陆机场前,在完成最后进近阶段由自动飞行向仪表飞行转变之后,飞机的飞行姿态才出现大幅度、持续的侧倾滚转。大约二十几秒之后,飞机几乎机腹朝上、机头向下垂直触地,机毁人亡。

  据美国NTSB事故报告公布的信息,19:02:24,管制塔台向美合众国航空427航班的波音737飞机发出:“USAir427,左转,航向100”的指令。427班机19:02:32接获指令并重述,接着便左转弯向指定方位修正航向。19:02:34,427机组调节飞机自动驾驶速度配平轮。19:02:54,427机组看见了导航台,飞机进入了最后着陆准备。此时,427机组脱开了自动驾驶仪,进入仪表着陆状态;427航班也就进入了事故的边沿。

  19:02:54,427航班从向指定的方位100度左转弯返回到水平姿态,其后便开始了偏航和滚转。

  19:02:59,机头方位开始向左转动。

  19:03:01,机头方位以5度/秒的比率急剧向左摆动;飞机左倾斜角急剧加大到28度。

  19:03:02,飞机舱音记录下“自动驾驶脱开”的音响警告。

  19:03:06,飞机的左倾斜角超过了70度。

  19:03:07,飞机驾驶杆抖动,发出“失速警告”,一直到记录终结。

  19:03:08,飞机舱音记录下“高度警告”的音响。

  19:03:09,机组呼叫“空管、空管…”。

  19:03:13,管制塔台呼叫“USAir…”。

  19:03:15,机组发出“427紧急状况”呼叫。

  19:03:18,机长发出“拉、拉…”

  19:03:22,记录终止。427航班飞机触地,管制塔台看到机场北侧生起了黑烟。

  美国NTSB关于585航班的事故报告中,没有象427航班那么清楚的记录。但585航班事故报告的综述中说:585航班在刚刚完成着陆前的最后转弯调整、对正了35号跑道、飞机已处于仪表飞行状态之后,飞机便产生了持续的向右侧倾滚转、机头下冲,最终,飞机几乎是以垂直姿态触地损毁。

  美国NTSB关于427航班的事故报告中,1.16.1.2节,介绍了“东风航空公司”(Eastwind Airlines)517航班发生的类似事件。1996年6月9日,美国东风航空公司的波音737-200型N221US号飞机,执行517航班。该机飞至维吉尼亚州里奇蒙附近,在完成着陆进近调整和下降高度过程中,当飞机处于空速大约250海里、高度大约4000英尺能见飞行时,发生了向右侧的偏航和侧滚。幸运的是,飞行机组很快就控制住了飞机状态,并且平安着陆。事后,该航班的机长报告说:当他驾驶的517班机进入着陆进近、下降高度到10000英尺时,他脱开了自动驾驶改为手动飞行控制落地,随后就发生了飞机的侧倾滚转。

  典型的类似事件,当属中国南方航空公司所属的波音737型B-2523号飞机。1992年11月24日,该机执行广州至桂林的航班飞行。在机组完成进近请求“下降高度、通场加入三边”之后,当驾驶员脱开自动驾驶改由手动操控飞行,飞机随即产生急剧向右侧的滚转。不到20秒的时间,飞机几乎以倒扣的姿态撞山失事。(详见《航空维修》2007-5“这几架波音737飞机怎么了”一文)

  类似上述波音737型飞机出现的状况,在波音的其他机型也有反映。2006年4月27日,中国国际航空公司的波音747-400型B-2443号飞机,落地滑跑过程中,机组发现副翼左倾45度,不能自动回到中立位,后经机组手动配平回零。(详见《航空维修》2008-1“波音747-400飞机副翼配平技术分析”一文)

  波音系列飞机客观上存在着如此严重的“非指令性”侧倾滚转,是涉案飞机出现的个别案例,还是具有一定的普遍性?

四、揭秘

  波音系列各型飞机副翼电配平的设计和装配,具有相同的基本模式。

  1、波音系列飞机副翼电配平工作基本原理

  副翼电配平系统包括以下主要部件:在两个控制杆上的刻度盘、在中央操纵台上的副翼配平准备电门和副翼配平控制电门、位于左机翼起落架轮舱内的副翼配平作动器。

  波音系列飞机的副翼电配平是:同时作动“准备电门”和“控制电门”而提供电信号,驱动配平作动器工作;作动器的输出重新建立一个操纵控制系统的中立位置。(控制原理参见图一)

 

  (图一)

  在波音系列飞机上,为使一些重要系统避免误操作,采取了一系列的防护措施。比如:在控制电门处安装保护盖等。图一中,S1电门和S2电门必须同时作动,才能提供给副翼配平作动器一个完整的电源通路。除此之外,在S1和S2电门外沿还安装了一对保护性的凸台(如图二所示),这又增加了其防护误操作的裕度。

 

  (图二)

  在正常情况下,配平和感觉机构的信号输出至中央横向控制组件(CLCP)(参见图三),中央横向控制组件同样也接受来自自动驾驶系统的信号。自动驾驶衔接时,副翼配平电门对飞机的横向操纵不起作用。这时,如果副翼配平电门由于某种原因处于不在中立位的状态,那么,当飞机进近过程中脱开自动驾驶时,副翼配平电门的非中立状态就会造成飞机横向操纵状态的突然改变。通过对执行相关飞行任务的机组人员的沟通,我们了解到副翼配平电门在自动驾驶衔接时可能由于某些重物(资料,书籍等)的压迫处于非中立状态。当自动驾驶脱开时,引起了飞机姿态的突然改变。处于着陆阶段的飞机驾驶员,如果对这突如其来的改变失于应对,其后果则不堪设想。

 

  (图三)

  上述基本原理的描述,可从波音系列各型飞机的《维护手册》(Maintenance Manual)中得到。

  2、波音系列飞机《使用手册》中的注释

  飞机的《维护手册》是供维修工程技术人员使用的。本文所关注的问题,每天与波音飞机打交道的飞行人员是否也了如指掌呢?

  本人抽样了某航空公司的波音767飞机的《使用手册》(767 Operation Manual)。查看波音公司为其提供的英文版本,在“横侧操纵-副翼”节段,以“注释”形式说:(先看英文原版、再看中译文)

  Note: If the flight crew inadvertently activates aileron trim while an autopilot is engaged, the repositioning of the aileron neutral point is not apparent to the crew. When the autopilot is disengaged, the control wheels and ailerons move to the (possibly undesired) neutral point and the airplane will roll proportional to the amount of trim input.

  注:在自动驾驶接通的情况下,如果飞行机组无意中触动了副翼配平,新调定的副翼中立点对机组来说并没有明显的反映。一旦自动驾驶被脱开,操纵盘和副翼就移向新的(可能是不需要的)中立点,并且,飞机将与配平输入量成比例地滚转。

  波音飞机的《使用手册》,揭示了波音系列的飞机不时发生“非指令性滚转”的内因。正如本文前面提到的波音737型B-2650飞机,通过对FDR译码发现,“该机空中飞行46分钟后,高度35460尺时,副翼配平电门连续工作25秒”。在机组无意识的情况下,该机的副翼已发生了全行程配平。确切地说,飞机副翼配平作动器产生了全行程的运动,可飞机副翼本身(以及飞机操纵盘)并未发生联动,飞机的飞行姿态当时没有丝毫变化。但是,当机组完成进近着陆准备、一脱开自动驾驶,飞机即刻出现了急剧的侧倾滚转……。

  3、波音飞机飞行模拟器上的验证测试

  为了彻底揭开波音系列飞机产生“非指令性滚转”的奥秘,为了让人们明了产生“非指令性滚转”是波音系列各型飞机普遍存在的安全性隐患,为了让用人们的生命换取的经验教训真正被业界人士所汲取,本人联系了几位驾驶不同类型波音飞机的飞行员,嘱咐他们在不同的波音飞机飞行模拟器上作同样的验证测试。

  这些“不同的波音飞机飞行模拟器”有波音737机型、波音767机型和波音747机型,而“验证测试”的结果是一样的。即:在自动驾驶接通的情况下,如果飞行机组无意中触动了副翼配平,新调定的副翼中立点对机组来说并没有明显的反映。一旦自动驾驶被脱开,操纵盘和副翼就移向新的(可能是不需要的)中立点,并且,飞机将与配平输入量成比例地滚转。

  或许有人说,这不正是波音飞机《使用手册》中注释说明的吗?既已注明,就不是秘密;所谓“揭秘”,不过是公开了波音飞机原本存在的实际状况。

  完全正确。本文的目的就是希望人们、尤其是与波音飞机打交道的飞行人员和机务维修人员,人人都明了:波音系列的各型飞机都具有发生此类“非指令性滚转”的潜在可能性,重要的是如何防止这种可能性不再成为新的现实。

2008年12月25日完稿于北京

  

关于《波音飞机非指令性滚转揭秘》的后续资讯

  6月29日,本人收到波音(中国)公司姜国权先生的信息:

  有关您写的那篇涉及非指令性横滚的文章,我们的飞行员进行过多次试验,希望本周有时间和您交流一下。

  7月1日13:30,本人应邀到波音(中国)公司办公室,会见了姜国权先生和民用航空服务中国支援部的两位高级飞行教员,一位是罗培生机长(Captain Robert E. Johnson),一位是庄瑞凯机长(Captain Rici V. Johnson)。

  本次会面交流,可谓飞行技术人员与维修工程人员的专业对话。围绕本人在“波音飞机非指令性滚转揭秘”文中提出的问题,亦即波音飞机《使用手册》中注释所述:在自动驾驶接通情况下,如果飞行机组无意中触动了副翼配平,新调定的副翼中立点对机组来说并没有明显的反映。一旦自动驾驶被脱开,飞机操纵盘和副翼就移向新的(可能是不需要的)中立点,并且,飞机将与配平输入量成正比例地滚转。波音公司的两位高级飞行教员述说了他们在模拟机上多次试验的情形和感受。

  简言之,波音公司两位高级飞行教员对此问题的见解有三点:

  1. “此项问题”在波音飞机上确实存在,这与空客飞机的设计理念不同;

  2.  发生这种情况的概率,很低,尚无考虑采取改进措施的必要;

  3.  脱开自动驾驶时,飞行员应是手握操纵盘的,即使存在“此项问题”、飞机产生侧滚,是能控制住的。

  波音公司的两位飞行教员还一再邀请本人择时与他们一起上模拟机,亲自体验一下“此项问题”出现时的状况。基于本人撰写“波音飞机非指令性滚转揭秘”前前后后遇到的和收集到的资讯,尤其是B-2650飞机的实例,以及其他B737、B767、B747等飞行员的模拟机体验,本人已感同身受。对他们的邀请,本人仅表谢意和有兴趣;何日应邀,日后再说。

  当日,本人也讲了三点意见:

  1. 本人提出的“波音飞机非指令性滚转”问题,得到了波音公司的如此重视,特别是两位高级飞行教员又进行了多次试验,本人深表谢意;

  2. “此项问题”确实是波音系列各型运输机都存在的,具有普遍性;

  3. 希望波音公司加强宣讲教授,让波音飞机的所有用户(航空公司)的飞行员和机务维修人员都清楚明了“此项问题”的基本概念。

  2009年7月9日星期四  于北京

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延伸阅读:波音 滚转 波音公司
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