本
文
摘
要
乔善勋/文
方向舵是飞机上最常用的控制方向的装置。当飞机转向时主要依靠两侧机翼上的副翼，垂直尾翼上的方向舵主要是反向偏航和调节非对称负载。飞机上的方向舵通常通过液压、机械或线传装置来控制。而一旦方向舵失灵，就会对飞行安全带来很大隐患。
1991年联合航空585号航班的一架波音737型客机在巡航途中遭遇不测，飞机垂直尾翼的方向舵突然向右偏转，这架737在翻转后直接坠地，事故共导致25人遇难。
图1、波音737的方向舵曾酿成数起事故联合航空585号航班事故也震动了全球航空业，波音737是全球应用最广泛的窄体客机，这起事故是个性还是共性问题？事故的原因成为大家关注的焦点，如果不能彻底解决隐患，类似事故还会再次发生。
图2、美国联合航空涂装的波音737-291型客机联合航空585号航班是从皮奥里亚机场飞往科罗拉多泉机场，中间经停丹佛国际机场的定期航班。执飞当天航班的客机为波音737-291，机身编号N999UA，机上搭载两具普惠JT8D-17发动机，一共累计26050飞行小时和19734起降循环。
585号航班的机长是哈罗德·格林，52岁，他累计飞行9902飞行小时。副驾驶帕特丽夏·艾德森，42岁，她累计飞行3903小时，她还是联合航空公司首批女飞行员。1991年3月3日的航班中，联合航空585号上共搭载了5名机组成员和20名乘客。
图3、科罗拉多泉机场俯瞰图科罗拉多泉机场又被称为科罗拉多斯普林斯机场，其位于科罗拉多斯普林斯市东南9.7公里处，是一座军民两用机场。机场拥有3条跑道，包括4115米的17L/35R跑道、3360米的17R/35L跑道和2521米的13/31跑道。彼得森空军基地就位于13/31跑道北侧。
从丹佛机场到科罗拉多泉机场距离很短，但是客机在起飞不久后就遭遇了强阵风。随着客机进入下降阶段，他们受乱流的影响也越来越大，而且越接近机场，颠簸程度越剧烈。就在585号航班获准降落在35跑道之际，这架波音737突然向右开始倾斜，并立即陷入失速翻滚状态。
当时585号航班进场高度很低且事发突然，飞行员试图选择15度襟翼和增加推力来挽救危局。但失速的客机还是无可挽回的向地面坠去，加速度高达4g。这架波音737最终以394公里的时速坠地，他们距离跑道约6公里。救援队员虽然很快赶赴事发地，但现场并无幸存者，事故共导致25人遇难。
图4、调查员在585号航班事故现场，客机的残骸呈碎片状美国国家运输安全委员会（NTSB）接手了后续调查工作。调查员发现客机坠毁后还引发了火灾，客机的残骸散布在足球场大小的区域。而让调查员始料未及的是，他们展开的是长达21个月的漫长调查。
调查员将客机残骸小心地收集起来，残骸上留下的信息是帮助调查员绿色空难的关键要素。尤其是“黑匣子”中能够留下驾驶舱语音记录和飞行数据记录信息，这能直接帮助调查员解读空难成因。驾驶舱语音记录显示，两名飞行员配合融洽，遇到突 *** 况也能相互配合化解。
飞行数据记录仪（FDR）外壳虽然遭到破坏，内部的数据还是能被完全解读出来。585号航班客机上搭载的老款FDR记录有五个参数，包括航向、高度、空速、加速度和麦克风键控。但它并未记录方向舵、副翼或扰流板的数据。现有的数据不能直接解释客机为什么会突然失控。
图5、高山附近会产生背山波恶劣的气候也会对客机造成严重破坏。1966年3月5日，英国海外航空911号航班从日本羽田机场飞往香港启德机场的途中发生意外，执飞的波音707型客机起飞不久后便卷入乱流而导致机身解体，并坠毁在富士山脚。事故的原因便是富士山附近产生的背山波（Lee Wave），这种强气流会对客机的安全造成极大的隐患。
但是调查员结合飞行数据记录后否定了天气原因，他们转而开始研究机械故障因素。
当飞行员踩下方向舵踏板时，方向舵动力控制单元（PCU）会通过液压系统驱动客机的方向舵。 而PCU的核心部件是伺服器，它外观类似饮料瓶，内藏两个滑片，滑片移动后能驱动液压油控制方向舵。
图6、波音737型客机的方向舵动力控制单元示意图调查员拆解585号航班方向舵PCU装置后，发现液压油中充斥着金属杂质。他们猜测这些杂质很可能卡住伺服器，导致飞行员无法控制客机方向舵。然而调查员从PCU制造商的实验室中得知，PCU中的过滤器就是为了防止杂质影响伺服器。他们也未从装置中发现遭到磨损后的痕迹，装置内的润滑油同样没有遭到污染。
调查员汇总所有证据后，怀疑是PCU发生了故障导致585号航班突然向右倾斜并导致坠机，但这一猜测缺乏证据支持。
1992年12月8日，NTSB发布585号航班最终的事故报告，其内容并未指明事故原因，这也是NTSB史上第四次无明确结论的事故报告。585号航班事故原因成为一桩航空史悬案，直至另两起类似事故的发生，让NTSB又重启了585号航班的调查工作。
图7、NTSB发布的585号航班事故报告，这也是NTSB史上第四次无明确结论的事故报告1994年9月8日，全美航空427号航班从美国欧海尔国际机场飞往国匹兹堡国际机场途中，在匹兹堡突然坠毁，事故共导致132人遇难。
图8、全美航空涂装的波音737型客机427号航班上共搭载127名乘客和5名机组成员。航班的机长是45岁的皮特·戈尔曼诺，他在1981年2月加盟全美航空公司，累计12000飞行小时经验。副驾驶是38岁的查尔斯·艾美特，累计9000飞行小时经验。执飞机型为波音737-300，共累计23846飞行小时和14489起降循环，其搭载两具CFM 56-3B-2涡扇发动机。
经过一段时间的飞行，427号航班即将降落在匹兹堡国际机场28R跑道，根据计划他们将排在达美航空1083号航班之后降落，这是一架波音727-200型客机。427号航班的飞行员甚至还能看到前机留下的尾波乱流。
当地时间晚上7点02分，427号航班在1830米高度以190节速度进近时，客机突然向左倾斜，并很快陷入失控俯冲姿态。飞行员拼尽全力试图挽救客机，但一切都无济于事。427号航班几乎以垂直的姿态坠毁在比佛县的森林中，事故共导致127人遇难，此次事故亦无人生还。
调查员赶赴现场后，坠机留下的惨状也震惊了他们，乘客的尸体和客机的碎片混杂在一起，调查组很快便将事发地划为生化危险区域，调查员还需要身穿全套防化服，他们使用2000个尸袋收集了6000多块人体遗骸。宾夕法尼亚州 *** 耗资50万美元才做好现场的清理和环境恢复工作。
富有经验的调查员很快发现，427号航班坠毁方式和585号航班事故有很多类似之处。在最后的进近阶段，427号航班突然向左倾斜，而585号航班则向右倾斜。失控的方式都像是方向舵被卡住而导致灾难发生，唯一的不同是427号航班空难发生时天气晴好。
由于427号航班几乎以垂直方式坠落，客机的“黑匣子”和方向舵都保持基本完整。然而调查员并未从方向舵上看到被卡住的痕迹，接连发生的两次类似事故让航空业对波音737的安全性大打折扣。
图9、身穿防化服的调查员在收集客机残骸调查员开始关注人为因素方面的原因，他们发现副驾驶在客机意外发生至坠毁阶段，一直踩着方向舵的踏板，然而后续的调查也否定了副驾驶蓄意坠机的可能。调查员身负的担子更重了，他们如果不找出事故原因，预防类似事故也就无从谈起。如果再有悲剧发生，全球运营的数千架波音737都有停飞之虞。
遗憾的是两架波音737客机和157条人命仍未阻止类似事故的发生，而事故的调查也在第三次相似事故后得以突破性进展。
图10、东风航空涂装的波音737型客机1996年6月9日，东风航空517号航班从美国特伦顿-梅沙县机场飞往美国里士满国际机场，客机在准备降落时突然向右倾斜，幸运的是飞行员最终又掌控了飞行，客机最终安全降落在里士满机场。而517号航班也成为最终揭开连环空难案的关键。
517号航班机长是布瑞恩·毕肖普（Brian Bishop），当时客机向右倾斜飞行约半分钟，然后这股力量突然消失了，客机又恢复了正常飞行。当他们惊魂未定时，客机突然又陷入倾斜当中，这是这次意外消失的更快。毕肖普决定宣布客机进入紧急状态，并寻求降落的机会。517号航班最终有惊无险的降落在里士满机场的跑道上。
517号航班的意外情况引起了NTSB的高度重视，调查员第二天便来到里士满进行调查取证程序。调查员很快判定三起事故的肇因一致。517号航班成为绿色前两起事故的密匙。
图11、客机空中翻转示意图调查员得知当意外发生时，即便飞行员全力踩方向舵踏板，客机也没有丝毫反应。调查员立刻拆解了517号航班方向舵的PCU装置，但是这个组件没有任何问题。
调查员模拟517号航班的事故环境，对方向舵内的液压系统做一系列的实验。他们发现液压系统在经受-50摄氏度（3万英尺高度环境温度）至地面30摄氏度时就会卡住，而且不会留下任何痕迹。
调查员的突破性发现也揭示了三起事故的成因，方向舵动力控制单元在特定环境下会卡住。当飞行员试图修正客机姿态时，方向舵还会适得其反的向反方向移动，最终导致空难的发生。调查员也得以重新梳理联合航空585号航班和全美航空427号航班空难。
全美航空427号航班的事故调查历时四年半，这也是NTSB史上最长的事故调查之一。1999年3月24日，NTSB才发布最终的事故报告。其内容将事故原因直指方向舵故障，这直接导致客机偏转而坠地。
事故调查报告公布后，波音立刻对737型客机的方向舵进行重新设计，波音还耗费百万美元为全球范围内服役的737型客机更换相关零件。此外航空业也加强飞行员的相关培训，以帮助他们掌握方向舵发生异常后的操作方法。波音737型客机经过改进后，再也没有发生过类似事故。
