​高空失灵的方向舵 三起事故157人遇难：第二代波音737客机空难揭秘

高空失灵的方向舵 三起事故157人遇难：第二代波音737客机空难揭秘

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破解空难的关键要素。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，遇到突发情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。宾夕法尼亚州政府耗资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号航班成为破解前两起事故的密匙。

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。