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什么原因导致东方航空公司MU5735失联坠毁? 第1页

  

user avatar   chai-jian-yi 网友的相关建议: 
      

先简述一下飞机的状态:

在29100英尺巡航状态,轨迹非常平直,通讯正常,ADS-B回传数据正常,然后在接近下高点的位置突然在20秒两个数据点内飞行状态发生巨大变化,两个数据点内,基于高度变化计算出的垂直速度达到每分钟负两万多英尺,下一个数据点算出的是负三万。可以推测出其实在20秒内就已经达到了负三万,只是前面还有一段时间平飞,把平均数拉回来一点而已。

下落到八九千英尺的时候改出了下坠,甚至短期内拉出了正八千的上升率,但没坚持多久又栽下去了。

下落过程中飞行轨迹开始略有一点点左转弯,然后又开始有一点点右转弯。

飞机下坠的轨迹被厂区监控、行车记录仪拍到,视频中机身基本完好但视频太糊无法绝对确认是否完好,操纵面更无从看起。飞行姿态看似是俯冲不是落叶飘。

飞机以非常大的角度高速扎到山沟里面,远超737的速度限制范围,但可能并不像某些视频里拍到的垂直扎下去,那个是机位带来的错觉。实际角度可能有五六十度,巨大的速度导致飞机撞得粉碎,冲击力夹带泥土、燃油和飞机碎片飞溅出来,甚至抛洒到山坡另一边。

全程机组没有尝试通讯。

7000多架737NG飞了几十年,从来没有自发过这种模式的事故,甚至整个民航史上各种常见喷气机型中都是非常少见的,这种反常的事情才是最诡异的。

再简述下我能看到的残骸碎片与分布:

绝大多数残骸都在撞击坑附近,目前看到的包括:

  • 右翼翼尖
  • 右翼下半大段残片(经常被其他分析误认为是左翼,且在远处发现的那个)
  • 左右不明的机翼附带一截副翼
  • 发动机核心机
  • 疑似水平与垂直安定面残段,疑似复合材料方向舵的残片,但也有可能是翼梢小翼后缘残片。

不在撞击坑而在数公里之外发现的,经鉴定主要是翼梢小翼残片。

由于最大块完整碎片是右翼,我的推测是飞机最终扎地的姿态是向左滚转的,右翼最后触地,冲击能量已经被机身吸收大半,所以残余碎片比较完整。如果左翼没有断而是随着飞机一起撞进去,那么左翼粉碎,现场碎片很难识别,我没看到不奇怪。

数公里外的小翼碎片,因为没有配套找到机翼碎片,目前没有办法直接证明和飞机空中结构失效。小翼可能是飞机超速下坠时被空气动力撕扯下来的。

事故原因推测:

先搁置一个无法讨论的因素:恶意因素。因为这个因素和技术没有任何关系,目前完全无法证实或证伪,目前知道的是,机组成员口碑良好,现场残骸目前也没有检测出爆炸物残留。

恶意因素的话,所有线索都在黑匣子里,听录音就知道,再讨论也没用。

再排除一些显著不符合现场情况的胡扯推论:

  • 双发故障,737关了双发也只会向前滑,飞机姿态都不会有太大变动,更别提不可能直接扎猛子了。ADS-B数据一直回传到最后一刻,也证明飞机供电是好的。
  • 右翼折断,这个推论是建立在对右翼下半残片的错误研判上的,既然碎片在现场,那就不可能是当空折断。
  • 拨叉结构失效,这个要失效的话直接就是当空大散架。这个直接与视频中机身完整的结果矛盾,也与ADS-B数据一直在回传矛盾。事故飞机的年限也远远没有达到发生拨叉问题的地步。

终于到了从可能的情况推测的环节了。这里面要分成几个部分讨论,一开始是怎么扎下去的,半路是怎么临时改出的,为什么又再度扎下去了。很有可能第一次和第二次,原因并不完全一样。

民航客机要这样高空扎猛子直接下来,只有几种可能:

  • 飞控重大故障
  • 结构失效
  • 机组技术失误,如空间迷向。

这里面空间迷向也是一个可能性较低的方向。虽说可能在后期改出俯冲的时候发生导致在云中错误判断上下,导致二次扎猛子,但在高空自动驾驶巡航状态犯这种错误的可能性极低,更不可能在短短20秒内就发生,错觉的积累误导需要一分钟甚至更长时间以上无目视参考、不关注仪表,20秒拉出负三万,怎么看也不像。

结构失效,就比如机翼外部断一个三五米的部分,这种在737NG上发生过,也产生了螺旋扎猛子,最终在天上就超速转散架。事故范例GOL 1907。1907的机翼是被另一架飞机撞断的,断的部分更多一点,所以产生了非常厉害的旋转俯冲,没有加速到很离谱的状态,飞机就提前解体了。这也导致碎片撞地时速度不大,大块完整结构保留。

如果这次是因为机翼结构失效掉下来的话,机翼断的部分应该比GOL 1907 小一点,比如只有两三米这样,不然不可能临时改出下坠。断的只可能是左翼,因为右翼就在撞击坑找到了。

但好像并没有找到折断的左翼,所以这个说法目前没有证据。

还有一种可能是结构失效,诱发了飞控故障,比如后增压隔板爆裂,吹坏了机尾的飞控导致操纵卡死,陷入俯冲并导致改出极其困难等。这不是没有可能,失压带来的巨大震惊、优先戴氧气面罩的几秒钟也可能导致机组没有尝试及时控制飞机,更让机组无法联系地面,但抓紧这几秒估计也不会改变什么。这个这个可能性主要还是拿到飞控部分讨论。

那么就到了技术推测最重点的环节了:飞控。

737其实没什么“飞控”,或者没有什么像空客那样的电传操纵系统、计算机控制、飞控软件等等。

这货用的就是一套传统的机械-液压式操纵系统,靠双路机械传导、两套液压系统实现冗余,俯仰和横滚靠人力操纵做最后保障,方向舵偏航靠备用液压系统兜底。俯仰配平是电动的,靠人力手摇兜底。

操纵系统里唯一有电子控制的部分几乎都是开环控制,就两组飞控电脑,FCC和SMYD各两台。人工驾驶时通过固定的参数补偿一点升降舵与安定面配平,提升速度稳定性,唯一的闭环控制是方向舵的偏航阻尼。自动驾驶时是闭环控制的升降舵与副翼,逻辑控制的安定面,但指令也是直接驱动到舵机上,且任何时候可以直接关掉自动驾驶,想让自动驾驶保持工作,尤其是在错误条件下错误工作,比把自动驾驶关掉费劲多了。

这套系统你当空把电拔了把液压关了,也能让飞行员人力操纵飘降,从操纵方面来说,除了费劲以外,没有显著困难,完全可以做到。

常见的操纵故障,在飞机设计上也考虑到了很多冗余回路和处置流程。

俯仰控制方面,左右座的驾驶杆通过两套钢索回路传递到机尾,经过感觉力与定中机构定义升降舵的回中点与杆力梯度后,驱动两套升降舵作动器分别控制左右侧升降舵。左右升降舵由两套液压系统分别驱动。

两套作动器之间有扭力管互联,两个驾驶杆之间有超控机构互联。这样遇到单侧液压故障,另一侧可以完整操纵飞机,遇到单侧钢索回路、作动器等等卡阻,可以大力超控断开两侧驾驶杆的同步,扭转扭力管,恢复半边操纵。如果不巧的话,一侧升降舵卡在偏下位置,另一侧就需要极大力超控,先断开,再继续加大力量,把另一侧升降舵往上拉,抵消对侧升降舵的偏下作用。这时候如果还无法控制飞机姿态,需要带配平。

这种事在其他国家发生过,但救回来了,当时连飞机姿态都没有发生巨大变化,所以还是很难想象是怎么栽下去的。

说到配平。737的安定面配平是电动的,备用钢索转盘手摇。安定面配平的电信号可以由驾驶员拨动驾驶盘上的拇指开关输入,也可以由FCC根据速度配平规则自动补偿一点,也可以在自动驾驶时由FCC根据升降舵移动的阻力补偿配平。电信号可以被直接关闭,也可以靠手抓住配平轮的方式物理抑制。关闭后可以人力手摇,但是要注意打好提前量,越是带杆越是需要配平,但越是带杆,气动载荷越大,越难摇得动。

在正常飞行包线内,操作验证过,低头打满配平,靠手拉升降舵是可以拉住飞机的,但飞机超速的话不行。

安定面配平电信号有个保护,就是只能顺着升降舵的方向打配平,防止反打。如果升降舵卡在非中立位,那么机组需要打开中控台上一个超控开关,这样不管升降舵方向都能任意打配平,主要就是用来拯救升降舵卡阻状态的飞机的。

结论是,俯仰方面,把飞机救回来的机会要远多于能让飞机栽下去的机会,只有一种突发的重大故障,不第一时间处置的话,飞机会严重失控,导致直接栽下去,俯冲到一半好不容易救回来,又栽下去,可能是操纵被进一步损坏、猛烈的改出导致结构失效,飞机从气动上丧失飞行能力,或者空间迷向等。

这类故障有各种可能,其中一种可能的猜测是后增压隔板破裂导致机尾操纵部分被吹坏,但目前仅仅是猜测。听上去要让这个理论和事情经过完美契合,需要多种巧合,而且平飞的时候隔板破裂也很奇怪,所以目前仅做猜测。

接下来说一下横滚控制。横滚控制的总体思路和俯仰一样,两侧驾驶盘分别管一部分。机长驾驶盘管两侧副翼,副驾驶的盘管两侧扰流板。两个盘之间有弹簧同步,如果一侧操纵回路卡死,另一侧用剩下的回路操纵。

两片副翼是机长侧驾驶盘通过钢索回路、驱动机腹内一个带有配平回中机构的输入轴,推动连杆输入一组作动器一起驱动的,有两套液压供能。作动器下游的钢索回路有剪切铆钉,如果机翼内有钢索卡阻,大力超控把铆钉掰断,可以用另一侧副翼继续操纵。

扰流板负责横滚的部分,每侧机翼一共有四片,内外各两片分别由两路液压控制。

结论仍然是抑制失控的手段比造成失控的手段多。飞机陷入横滚,的确会导致快速下降且无法改出。一波带走737横滚系统的方式,一般是爆胎。737的副翼回路输入轴、作动器、扰流板输入轴和分配器都在机腹主起落架舱前部,而且无任何防护。如果爆胎,可能造成大范围破坏。不过也像我上面说的,平飞突然爆胎也很奇怪。

最后是偏航控制,方向舵部分。

方向舵和其他两个操纵轴的区别是:冗余度明显要低。

机长和副驾驶的脚蹬是连杆同步的,不带超控机构,钢索回路也只有一路,输入到机尾里面的配平回中机构后,通过三根连杆输入两套作动器,主作动器有两套连杆,分别负责AB两套液压系统的操纵,备用作动器有一套连杆,负责备用液压系统的操纵。

两套作动器除了接受飞行员脚蹬的机械输入信号,还接受偏航阻尼器的电信号输入,小范围移动方向舵,用来自动稳定飞机、自动转弯协调等。主作动器接受偏航阻尼电信号,用B液压系统的压力移动一个电液伺服阀,驱动一个混合脚蹬输入和偏航阻尼输入的混合连杆,最终混合的机械操作才进入主作动器移动方向舵。偏航阻尼的输入不会反传到飞行员脚蹬上。

备用作动器原理类似,只是用的全都是备用液压系统的油压。

方向舵和其他两个操纵的区别在于,为了在低速、舵效低的状态下抑制住单发故障所造成的偏航力矩,方向舵舵效极大,在高速下打满会直接对结构造成损伤。其他两个操纵,都是验证过在所有飞行速度区间直接拉满,至少不会产生损伤飞机结构的过载的。升降舵为了保证俯仰操纵力与配平速度之间的梯度关系,在回中机构上设计了根据空速可变的回中力梯度,副翼甚至没有可变梯度,就靠一组弹簧产生回中力。

737方向舵的操纵保护,用的是直接降低通往方向舵作动器的油压的方式,油压低了,方向舵就会变沉,因为要在油压低的状态下蹬动方向舵,需要更大的力气去蹬,把伺服阀开度提高。

飞行员一般也不会在天上去碰方向舵,都是自动的,手动也有偏航阻尼自动补偿,只有起降阶段有侧风,或者单发故障需要补偿偏航力矩的时候去蹬。

但如果是伺服阀直接故障,直接把压力打到舵上,我不确定能不能造成结构损坏,至少导致失控是可能发生的。

737历史上曾经出现过类似事故,但并不是NG,而是老款。

故障触发的条件比较苛刻,所以当时一直没有发现,出了事都没查出来,出了几次才最终确定。故障需要:

  • 老而且旧的飞机,伺服阀有一定磨损,限位装置不牢。液压油比较脏,有一点金属碎屑在里面,提高零件卡阻的可能性。
  • 从高空平稳下降,作动器没什么动作,里面的油直接兜一圈就回去了,没有流到伺服阀各处,这样伺服阀是冷的。
  • 低空突然来几波气流,触发偏航阻尼大范围活动,这样伺服阀会被加热膨胀,但作动器整体还是冷的。

这三条一起出现,就有概率触发偏航阻尼输入过猛,冲破伺服阀的限位装置,如果一个不巧,伺服阀内套阀走满行程的时候卡在外套阀上,把整个外套阀反向推过去冲破限位,就触发了伺服阀的灾难性故障,整套液压流反过来了,而且越推越反着走。

在这种状态下,是无法控制飞机姿态的,巨大的偏航会产生横滚,很有可能无法被副翼和扰流板输入抑制,飞机翻滚倒扣扎下去。

但当时最终调查出那几架老737为什么摔之后,波音修改了方向舵的设计,并且改善了机组培训。现在遇到方向舵失控的时候,方向舵作动器内部会检测AB两套系统输入的冲突,并且触发方向舵液压的切换,机组也会去尝试切换液压来源。同时三路作动器失灵,没听说过。

飞机在高空巡航,也不符合方向舵伺服阀故障的触发条件,除非又是一个新的故障模式我们不知道。

后隔板爆裂的话,也是有概率破坏方向舵操纵钢索的,这作为一个猜测保留。

还有发动机反推空中解锁的可能性,这个先留着日后研究。

综上,我个人推测,至少飞机一开始的扎猛子,非常不可能是单纯的单点飞控故障,至少不像其他推测的那种什么安定面失控卡死那样单纯。

而是需要灾难性的结构失效导致机翼折断一截,或者在机腹、机尾发生比较重大的爆炸性失效,比如增压隔板破裂、爆胎等等能够突然大范围破坏操纵机构的,而且好巧不巧碎片正好卡在关键操纵机构上,才有可能实现这种突然的操纵系统严重故障。但目前的现场证据没有办法支持机翼折断,零件破损程度也无法判断操纵机构损坏,只能等捡到机翅膀,或者黑匣子数据出来后进一步判断。

至于坠落末期改出,一般说明机组尽最大努力尝试改出了,但运气有限,操纵故障没有彻底排除,或者结构失效无法支持飞机在改平、速度降低后继续维持飞行,再一次陷入俯冲,或者就是纯粹的空间迷向。空间迷向说的话,需要事故当时的气象数据,看看飞机是不是在云层里。具体是哪个,也还是要等黑匣子数据。

这些可能的故障模式非常少见,实际上就没在NG上发生过,整个航空业也极其罕见。这次发生了可以说是几十年一遇级别的小概率事件。

我能想到的所有合理猜测都在这里了,现有证据可以证伪的已经在前面列出。

个人估计等数据出来,只需要在这个答案里再一条条划掉证伪的猜测,不太可能另加。




  

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