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断开自动驾驶就侧倾 这几架波音737怎么了?

来源:民航资源网专家 作者:路桥 2009-09-29 09:45:14 我来说两句(45)

专业分类飞行 文章编号】2-2009-0181

  

  断开自动驾驶、准备用仪表着陆的波音飞机,突然产生侧倾滚转。有的由驾驶员及时掌控修正而安全落地;有的则没那么幸运,结果是全体乘员与飞机同归于尽。个别案例的技术数据资料显示,波音飞机的副翼电配平系统存在着先天的设计不足。请看这几架波音737飞机怎么了……

B-2650号飞机偶发事件的启示

  2004年6月10日,中国国际航空股份有限公司(Air China Limited,简称“国航”)的B-2650号波音737-89L型客机执行北京往返香港的CA109/110次航班。飞机在香港赤鱲角国际机场(Hong Kong Chek Lap Kok International Airport)落地后,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。机组要求彻底排除故障。

  经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43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倾斜。

  由于是飞行中的误操作,在未完全确认之际,当日航班取消;飞机于第二天调机回北京。

  发生在B-2650号飞机的偶然事件,给人们以下启示:

  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拨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伸、缩的动作,但并不会发生改变飞机姿态的最终作用;

  3.一旦结束自动驾驶,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,从而改变飞机的整体姿态。

  4.行家们在问:空中调整副翼配平电门时,为什么自动驾驶仪没断开呢?

质疑几起空难事故的调查结论

  B-2650号飞机副翼配平系统的这起偶发事件,除给人们上述启发和疑问外,更让业内人士对以往发生类似的几起波音737飞机空难事故的调查结论产生质疑。

  三次类似的空难事故概况:

  1.1991年3月3日,美国联合航空公司(United Air Lines, Inc.,简称“美联航”)的N999UA号波音737-291型客机,执行丹佛斯泰普尔顿国际机场(Denver Stapleton International Airport,该机场于1995年2月27日送走最后一个商业航班后关闭,被新建成的丹佛国际机场替代)飞往科罗拉多斯普林斯-彼得森机场(Colorado Springs-Peterson Field)的UA585次航班。飞机驾驶员在完成从自动飞行向仪表飞行的转换之后,正准备向彼得森机场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,态势发展急骤,直至飞机几乎以垂直姿态触地失事。机上两名飞行员、3名空中乘务员和20名乘客全部丧生。

  2.1994年9月8日,美国合众国航空公司(US Airways, Inc.)的N513AU号波音737-3B7型客机,执行美国芝加哥奥黑尔国际机场(Chicago OHare International Airport)飞往匹兹堡国际机场(Pittsburgh International Airport)的US427次航班。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名飞行员、3名空中乘务员和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(National Transportation Safety Board,简称“NTSB”)正式公布:“美联航UA585次航班和合众国航空US427次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。”

  3.1992年11月24日,国内某航空公司的B-2523号波音737-3Y0型客机,执行广州白云国际机场至桂林奇峰岭机场的3943次航班飞行任务。该机当日7时17分从广州起飞,飞行高度7000米。7时50分45秒,飞机请求高度2100米通场加入三边,塔台回答可以。7时50分49秒,飞机回答明白,此后便失去联系。从飞行数据记录器(Flight Data Recorder,简称“FDR”)解码情况分析:飞机在下降过程中,出现右发自动油门不随动,导致左、右发动机推力不平衡。在此情况下,飞机自动驾驶系统控制副翼进行修正。左副翼逐渐上偏至5度,右副翼逐渐下偏至3.5度。7时51分48秒,飞机驾驶员操作驾驶盘超控按钮,即脱开飞机自动驾驶,改由飞行员人工操控飞机。此时,飞机左副翼由上偏5度突然变为下偏11度,右副翼由下偏3.5度突然变为上偏13度。飞机急骤向右侧滚转。大约在7时52分4秒,飞机几乎以倒扣的姿态撞山失事。机上的8名机组人员和133名乘客全部罹难。

  有关部门就此次事故结论为:“造成事故的原因是飞机在下降过程中,出现右发自动油门不能随动,导致左右发动机推力不平衡;飞机向右滚转时,飞行员本应向左修正,却突然向右操纵驾驶盘加速了飞机向右滚转。”

  质疑:

  1.前两起空难事故,从失事时的飞机状态到调查结论,几乎是同一个版本。失事的飞机都是发生严重侧倾滚转、下冲触地。使飞机产生这类姿态变化的作用力,只能是来自绕飞机横滚轴(纵轴)运作的作动力。飞机的横滚轴(纵轴)是由机头到机尾贯穿飞机重心的轴。而使飞机产生沿横滚轴运作的作动力,主要是由铰连在飞机每侧机翼后缘的可动部件——副翼——产生的。副翼的运动姿态,用于控制飞机的侧倾、滚转(机翼向上和向下)。而美国国家运输安全委员会的两起调查结论都归结于飞机方向舵伺服阀门的问题。这个结论可以说是前因不搭后果。即使是方向舵系统真的存在故障,出现向右或向左的极端偏转,其结果也只是飞机飞行方向(航向)的转变,而不会产生飞机的侧倾和滚转。飞机的方向舵是铰连在垂直安定面后缘上、用以操纵飞机偏航(机头向左或向右)的可移动部件。飞机方向舵的运动姿态,使飞机产生沿着飞机的垂直轴(偏航轴)运动的力,它使机头产生向左或向右的运动。

  这一点,在美国NTSB的报告中也清楚地说到:“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。”其实滚转与侧滑二者是一回事。滚转势必引起飞机航向的变动产生侧滑,而单纯的航向转变却不一定引起滚转。这是飞机副翼和方向舵功能的基本常识。

  2.美国NTSB的报告指出“美联航N999UA号飞机的FDR只有五个基本参数,因而难以断定失事的确切原因。”而B-2523号飞机的FDR所记录的详细数据,可以给人以更多的启发。比如:B-2523号飞机两台发动机自动油门不匹配,主要表现在右发自动油门不能随动,FDR数据也同时给出:在自动驾驶飞行状态下,自动油门的不匹配状态,已由飞行姿态的调整得以修正——即:为获得平飞推力,当左发动机自动油门由8度增加到41度时,由于左右发油门不一致,右发油门不能随动,仍保持在原有的8度慢车位。在此情况下,飞机自动驾驶系统控制副翼进行修正。左侧副翼逐渐上偏至5度,右侧副翼逐渐下偏至3.5度。这一修正是使飞机姿态产生向左侧的倾斜和侧滑,用以克服左发推力明显大于右发所引起的飞机姿态变化。

  正是在飞机驾驶员完成脱开自动驾驶而转为人工驾驶的转变(即驾驶盘超控接通)之后,B-2523号飞机的副翼角度(由FDR记录在案):左侧副翼由上偏5度突变为下偏11度,右侧副翼由下偏3.5度突变为上偏到13度,飞机产生剧烈的向右侧方向的偏转。这是由于自动驾驶转换为人工驾驶的结果,而绝非驾驶员“人为向右压杆”所致。

  本文开头列举的国航B-2650号飞机,实际上已具备与上述三起事故飞机相同的条件。幸运的是B-2650号飞机的驾驶员及时上手紧紧握住驾驶盘(据说是正副驾驶员同时操作),用全力和几乎是全行程地向左侧压住驾驶盘。驾驶员所付出的操作力,是用以抵消或平衡副翼配平作动器早前已接获的来自副翼配平电门的“接通”信息。B-2650飞机的副翼配平电门“空中连续工作25秒”是FDR揭示的事实,而该电门是在什么情况下、又是怎么被拨动的可能永远是个不解之谜。事后,有飞行专业权威人士就B-2650号飞机的事件指出:“脱开自动驾驶后,人工调一下副翼配平电门就知道了!”这位权威人士同样质疑:“飞机还是有问题,不然为什么会自动倾摆?空中调整配平电门(6°),那要断开自动驾驶的。”但B-2650号飞机的实际情况又是:空中时副翼配平电门接通过25秒钟,而当时又没使自动驾驶断开;在驾驶员完成由自动驾驶向人工驾驶转换后,飞机出现了自动倾摆……

  B-2650号飞机发生的偶然事件,与这三次波音737飞机的空难事故,均发生在飞行方式由自动驾驶转变为人工驾驶的仪表飞行之际。转换飞行方式之后,为什么会产生飞机的侧滑和滚转,直至飞机几乎以“倒扣”式触地失事?这与波音737飞机副翼配平操作系统的设计以及驾驶员的非规范性操作有直接关系。这恰恰是三起空难事故调查处理者所忽略之处。

波音737飞机应完善副翼操纵系统的设计更改

  波音737飞机副翼控制系统的设计是通过机械式或液压式驱动而运作的。正常情况下,只要液压系统A和系统B同时或至少有任一个系统提供液压动力的话,就可以通过扭转驾驶盘来带动副翼控制系统相关部件运作,进而驱动飞机机翼后缘的副翼翼面产生相应的上、下偏转,达到调整和改变飞机飞行姿态的目的。

  如果同时失去系统A和系统B两组液压动力的话,飞机副翼系统的控制只能由人工操作——即由人手转动驾驶盘、再通过各种传动部件机械地调整和改变副翼的运作。在这种情况下,副翼配平电门将不会提供副翼配平的调整功能。

  波音737飞机的副翼配平电门安装在驾驶舱中央操纵台后部。驾驶员拨动该电门,由电力驱动副翼配平作动器(马达机构)。作动器与副翼传动部件相铰连,随著作动器的伸、缩状态改变副翼的中立位置而起到副翼配平调节的作用。如果在两个副翼动力控制组件失去压力的时候,拨动副翼配平电门,即实施了副翼配平调节运作,由于没有液压动力,副翼控制系统将保持在中立状态不动。不过,一旦恢复了液压动力,飞机的副翼和驾驶盘就会立即运转到与所施配平调节量相当的新的配平位置。这一点,在波音737飞机维护手册27-11-00 12.C.工作说明中有明确阐述。

  此外,波音737飞机的副翼控制系统还可以由自动驾驶系统实施自动飞行控制。自动驾驶系统的指令信息是通过自动驾驶系统的动力控制组件转变为推拉式的机械运动,并与副翼系统的传动部件相铰连而起到相应飞行姿态控制作用的。在自动驾驶飞行状态下,飞行人员主动操作驾驶盘或拨动副翼配平电门,飞机的自动驾驶系统是要脱开的。

  以上这些,就是波音737飞机副翼控制系统的基本工作特点,但其中也蕴含着缺陷和不足之处。比如前面提到的B-2650号飞机副翼配平电门在空中连续工作25秒钟,其作动器可调节副翼偏离定中位达6度,这并未引起自动驾驶系统断开。相反,当机组脱开自动驾驶而改由人工操作飞行的时候,飞机却瞬间改变姿态——侧倾滚转。

  按照波音737飞机维护手册27-11-00 12.C.的说明,可以得知:该型飞机副翼配平电门在任何时候都是可以被拨动而使配平作动器产生相应的伸缩运作。但是,配平作动器运作后能否发生改变飞行姿态的作用是有条件的——副翼动力控制组件有无液压动力可用,或者相关系统中有没有其它“故障”等。这样的前提条件设置在影响飞机飞行姿态的控制系统之中,即使有一项也是多余的。毕竟在保证飞行安全、调整飞行姿态的关键时刻,对飞行员来说,时间就是生命。“分秒必争”已经太迟,而是“秒秒必争”!本文中所列举的几起波音737飞机突发式飞行姿态改变事故,对每架飞机来说都是在“满足一定条件”之后的自然变动;而对每一位在座的驾驶员来说又都是突如其来的冲击。因为,从人的心理认知到动作反应的滞后,一两秒钟之内的突然变故并不希望一两分钟之后才有反映。可是,仓促应对,往往又适得其反。这种情况下,每一秒都是相当重要的。这几起相类似的空难事故,都只在飞机姿态突变之后的一两分钟左右就发生了!

  如果,波音737飞机的副翼配平电门不是在任何时候都可以拨动,或者,即使拨动了而其作动器也不参与变动——即把现有的“前提条件”变为“提前防范”,可能会效果更好。

  具体更改意见是:在现有副翼配平控制电路中,加入一个可控转接点,来操控副翼配平作动器的电路通、断。而操控者是由自动驾驶系统的接通、断开来决定的。当自动驾驶接通状态下,副翼配平控制就不可能工作;当自动驾驶系统脱开后,副翼配平控制才可以操作。如果是这样,无论驾驶人员是有意或无意之中拨动了副翼配平电门、也无论飞机上还存在其它任何情况,飞机的姿态也不会再发生突然的变化。从此可以避免以往重复发生的严重事故。

  或许有人说,为防止驾驶员无意中碰到副翼配平电门,在其安装位置前后已有二个半圆的凸片阻挡;而且从设计上是前、后两个弹性定中电门必须同时拨动。这种设计不能说不是个好主意。但是,现实是它并未起到有效的防范作用。

  汲取以往航空事故的经验教训,进一步完善波音737飞机的副翼控制系统的设计更改,无论是对飞机的制造方、飞机的使用方,还是飞机的乘客都是有益的。

  补遗:在本文完稿之际,得知:国航另有一架波音747型飞机——B-2443号波音747-4J6型客机于2005年4月27日也发生类似于B-2650号飞机的事件。如此,不单是波音737乃至波音系列各机型的副翼配平操作问题,都应引起足够的重视。

2006年7月4日完稿 于北京

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延伸阅读:侧倾滚转 波音公司
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