突然卡死的方向舵

喬善勛

美國(guó)西北航空85號(hào)航班（NW85）是從底特律大都會(huì)國(guó)際機(jī)場(chǎng)飛往東京成田國(guó)際機(jī)場(chǎng)的定期國(guó)際航班。2002年10月9日，執(zhí)飛該航班的一架波音747-400客機(jī)在飛越白令海峽時(shí)，方向舵突然發(fā)生故障，一時(shí)險(xiǎn)象環(huán)生，所幸客機(jī)在4名飛行員的通力合作下安全降落在阿拉斯加安克雷奇機(jī)場(chǎng)。穩(wěn)定可靠的波音747飛機(jī)怎么會(huì)突然發(fā)生機(jī)械故障？死里逃生的機(jī)上乘員到底經(jīng)歷了怎樣的驚魂時(shí)刻？

飛機(jī)突然向左偏轉(zhuǎn)

2002年10月9日，美東夏令時(shí)14時(shí)30分，NW85號(hào)航班從底特律大都會(huì)機(jī)場(chǎng)起飛，航班上搭載了18名機(jī)組成員和386名乘客。美國(guó)飛往日本的航班大多需要飛越白令海峽，NW85號(hào)航班也不例外。越洋長(zhǎng)途航線通常配備多人制機(jī)組，此次航班的機(jī)長(zhǎng)是約翰·漢森和副駕駛大衛(wèi)·史密斯，替班機(jī)長(zhǎng)是弗蘭克·蓋布和副駕駛邁克·法根。

NW85號(hào)航班升空后很快便在萬(wàn)米高空巡航，為了避免飛行員疲勞駕駛，4名飛行員分成兩個(gè)機(jī)組，他們?cè)陲w行6個(gè)多小時(shí)后進(jìn)行了換班，航班還需要再飛行6個(gè)多小時(shí)才飛抵東京。

阿拉斯加夏令時(shí)17時(shí)40分，NW85號(hào)航班已飛行約7小時(shí)，這架波音747突然開始向左偏航和滾轉(zhuǎn)，角度傾斜在30°～40°之間！客機(jī)一度陷入失控境地，當(dāng)班機(jī)長(zhǎng)蓋布需要作出及時(shí)而準(zhǔn)確的反應(yīng)，他迅速切斷了客機(jī)的自動(dòng)駕駛儀，手動(dòng)修正客機(jī)飛行姿態(tài)。

飛行員在奮力調(diào)整飛機(jī)姿態(tài)，但客機(jī)操縱面卻沒(méi)有作出正確回應(yīng)，這意味著方向舵出現(xiàn)了問(wèn)題。與此同時(shí)，駕駛艙中的偏航阻尼器發(fā)出警報(bào)聲，印證了飛行員的判斷。

方向舵是垂直尾翼上實(shí)現(xiàn)客機(jī)航向操縱的活動(dòng)翼面，其主要功能是反向偏航和調(diào)節(jié)非對(duì)稱負(fù)載，它通過(guò)改變流經(jīng)機(jī)身的氣流來(lái)調(diào)節(jié)客機(jī)的方向。飛機(jī)方向舵通過(guò)液壓、機(jī)械或線控的方式和駕駛艙相連。

2001年11月12日，美國(guó)航空587號(hào)航班（AA587）從肯尼迪機(jī)場(chǎng)起飛后不久便墜毀在紐約市貝爾港，并引發(fā)大火，共造成265人遇難，事故的起因就是執(zhí)飛飛機(jī)的方向舵使用過(guò)度，增加了氣流壓力，最后導(dǎo)致整個(gè)垂直尾翼脫落。

波音為增加747飛機(jī)的安全冗余，給方向舵設(shè)計(jì)了4套獨(dú)立的液壓系統(tǒng)，分別由4臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。每個(gè)方向舵連接兩套液壓系統(tǒng)，其中一套連接左側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)，另外一套連接右側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)。該方向舵分為上、下兩個(gè)部分，正常情況下方向舵上下兩段會(huì)呈整體運(yùn)動(dòng)，而NW85號(hào)航班面臨的問(wèn)題是：方向舵的下段突然向左偏移了17°并呈卡死狀態(tài)。

飛行員只能盡量通過(guò)調(diào)整上段方向舵和副翼，讓客機(jī)保持微妙的平衡。蓋布機(jī)長(zhǎng)知道這只是權(quán)宜之計(jì)，他讓副駕駛法根查找客機(jī)緊急檢查單，同時(shí)決定召回正在休息的第一機(jī)組成員，并打算降落在2小時(shí)航程外的安克雷奇機(jī)場(chǎng)。

驚魂后安全著陸

副駕駛法根開始聯(lián)系安克雷奇機(jī)場(chǎng)管制員，打算向地面宣布客機(jī)進(jìn)入緊急狀態(tài)。然而，NW85號(hào)航班所處的位置恰好位于通信盲區(qū)，他們無(wú)法直接聯(lián)系到安克雷奇方面。所幸在安克雷奇和NW85號(hào)航班之間，正好有西北航空NW19號(hào)航班飛過(guò)。NW19號(hào)航班幫助他們向安克雷奇發(fā)送了緊急報(bào)告。

客機(jī)的方向舵發(fā)生故障后，蓋布機(jī)長(zhǎng)只能小心翼翼地通過(guò)控制副翼讓客機(jī)轉(zhuǎn)向。過(guò)了不久，漢森機(jī)長(zhǎng)和副駕駛史密斯趕到駕駛艙，雙方進(jìn)行了短暫交流，但是他們也從未經(jīng)歷過(guò)類似的模擬機(jī)訓(xùn)練，而飛行手冊(cè)也無(wú)相應(yīng)解決辦法，飛行員只能憑經(jīng)驗(yàn)隨機(jī)應(yīng)變。

經(jīng)驗(yàn)更為豐富的漢森機(jī)長(zhǎng)決定接手飛行。他一上手就被操縱桿反饋的巨大力道所震驚，而且此時(shí)他們還不清楚方向舵受損有多嚴(yán)重，操作上稍有不慎，就可能陷入萬(wàn)劫不復(fù)的深淵。

蓋布機(jī)長(zhǎng)決定通過(guò)客艙廣播向乘客通報(bào)客機(jī)受損情況，并要求乘客做好緊急迫降的準(zhǔn)備。機(jī)長(zhǎng)廣播讓客艙氣氛陡然緊張起來(lái)，他們需要做好最壞的打算。

駕駛艙中，漢森機(jī)長(zhǎng)發(fā)現(xiàn)越來(lái)越難以操控客機(jī)平穩(wěn)飛行，他打算將客機(jī)降至較低的飛行高度。高度越低，空氣密度越大，提供的升力也就越大。下降高度對(duì)于正常的飛機(jī)而言是再尋常不過(guò)的基礎(chǔ)動(dòng)作，但是對(duì)于受損的NW85號(hào)航班而言，就需要更加小心。

手動(dòng)操縱客機(jī)耗費(fèi)了漢森機(jī)長(zhǎng)很多體力，他中途不得不讓副駕駛法根頂上，讓自己稍微喘口氣。受過(guò)專業(yè)訓(xùn)練的乘務(wù)員也開始將物品歸位，并為即將到來(lái)的迫降做準(zhǔn)備。與此同時(shí)，乘務(wù)員還要撫慰驚慌失措的旅客。

漢森機(jī)長(zhǎng)通過(guò)無(wú)線電系統(tǒng)和地面技術(shù)人員取得聯(lián)系，但是后者并未提供實(shí)質(zhì)性的幫助。NW85號(hào)航班的遭遇太罕見(jiàn)了，這也是考驗(yàn)飛行員飛行技藝的時(shí)刻。

安克雷奇機(jī)場(chǎng)是阿拉斯加州最主要的機(jī)場(chǎng)，位于市中心西南方向約8公里處，機(jī)場(chǎng)以美國(guó)前參議員特德·史蒂文斯命名。安克雷奇機(jī)場(chǎng)擁有3條3千米長(zhǎng)的跑道，其中7R/25L跑道長(zhǎng)3780米，15/33跑道長(zhǎng)3312米，7L/25R長(zhǎng)3231米。在1960～1980年代，受限于當(dāng)時(shí)客機(jī)的航程，很多往來(lái)于北美和亞洲的航班都要經(jīng)停安克雷奇。時(shí)至今日，安克雷奇仍是世界著名的貨運(yùn)機(jī)場(chǎng)。

漢森機(jī)長(zhǎng)和安克雷奇機(jī)場(chǎng)的管制員進(jìn)行了溝通，他們將使用7R跑道，這也是三條跑道中最長(zhǎng)的一條。但是，由于客觀條件限制，他們只有一次平安降落的機(jī)會(huì)。

漢森機(jī)長(zhǎng)在飛往安克雷奇的途中，操縱客機(jī)進(jìn)一步下降高度，他也借此機(jī)會(huì)試探客機(jī)的受損程度。按照降落時(shí)的程序，漢森機(jī)長(zhǎng)逐步放出客機(jī)襟翼，并放下起落架。此時(shí)，方向舵的力反饋更強(qiáng)了，兩名飛行員不得不交替上陣。

駕駛艙資源管理的好處也開始顯現(xiàn)出來(lái)，當(dāng)副駕駛法根操縱客機(jī)時(shí)，漢森機(jī)長(zhǎng)和他的搭檔史密斯還能討論降落的技術(shù)性問(wèn)題，而蓋布機(jī)長(zhǎng)則去發(fā)布客艙廣播。對(duì)于乘客而言，見(jiàn)到機(jī)長(zhǎng)能讓他們安心不少。

降落是最關(guān)鍵的階段，一招不慎，滿盤皆輸。

副駕駛史密斯也幫忙操控油門力度，他增加左側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)功率，并減少右側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出。安克雷奇機(jī)場(chǎng)也做好了應(yīng)急準(zhǔn)備，消防車和救護(hù)車都準(zhǔn)備在跑道邊。

飛機(jī)著陸速度超過(guò)300公里/小時(shí)，損壞的方向舵可能會(huì)導(dǎo)致客機(jī)失控。客機(jī)接地后，漢森機(jī)長(zhǎng)和副駕駛法根使盡全力把控住操縱桿，以防止客機(jī)偏離跑道。

NW85號(hào)航班最終停在了跑道上?？蜋C(jī)停穩(wěn)后，客艙中傳來(lái)劫后余生的掌聲?？展芸吹竭@架客機(jī)下段方向舵被卡死的情景，也為NW85號(hào)航班的機(jī)組發(fā)出陣陣贊嘆。

但航班的安全著陸并未讓航空公司和調(diào)查機(jī)構(gòu)松口氣。世界上還有很多747飛機(jī)在飛行，如果方向舵故障是共性問(wèn)題，那么下一次發(fā)生故障就不一定能這么幸運(yùn)了。

美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì)（NTSB）派出調(diào)查組趕赴安克雷奇機(jī)場(chǎng)。調(diào)查員發(fā)現(xiàn)停在地面的NW85號(hào)航班的機(jī)尾仍在漏出液壓油，這些油來(lái)自飛機(jī)的液壓系統(tǒng)。飛行員使用腳踏板通過(guò)液壓系統(tǒng)控制方向舵組件，這也被稱為動(dòng)力控制模塊（PCM）。當(dāng)飛行員踩動(dòng)腳踏板時(shí)，PCM會(huì)促使液壓油流動(dòng)，從而控制方向舵移動(dòng)。

加裝特制閂

調(diào)查員拆開垂直尾翼的擋板后，發(fā)現(xiàn)PCM的端蓋破裂并完全脫落。這是一個(gè)直徑6.35厘米的圓蓋形零部件，它的脫落直接導(dǎo)致PCM失效，模塊內(nèi)部的活塞移動(dòng)也超出設(shè)計(jì)范圍，并導(dǎo)致下段方向舵偏移卡死。

NW85號(hào)航班方向舵卡死的原因被查明了，但令人疑惑的是，動(dòng)力控制模塊的端蓋為什么會(huì)失效？

端蓋的材質(zhì)通常是鋁合金，也就是在鋁材中加入一些銅、鎂和鋅。鋁合金相比單純的鋁材而言會(huì)更加堅(jiān)固耐用。材料專家對(duì)脫落的端蓋進(jìn)行失效分析，從裂縫的形狀判斷PCM發(fā)生了金屬疲勞現(xiàn)象。

波音在設(shè)計(jì)747的時(shí)候，就將其定位于越洋長(zhǎng)途飛行，也就是要經(jīng)受住每天12～15小時(shí)的飛行，其零部件也需要經(jīng)受數(shù)十年的使用。而脫落部件的設(shè)計(jì)失效時(shí)間就長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年！也就是說(shuō)，即便這架飛機(jī)報(bào)廢了，這個(gè)部件還能用。

調(diào)查員將失效的零部件送回工廠進(jìn)行更詳細(xì)的檢測(cè)。鋁合金這樣的金屬是由小晶粒構(gòu)成的，晶粒太大、太小或形狀不規(guī)則，都會(huì)帶來(lái)負(fù)面效應(yīng)。但零件返廠檢查后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)材質(zhì)方面的問(wèn)題，調(diào)查員只能另尋他法。

調(diào)查員追查涉事客機(jī)的背景資料后發(fā)現(xiàn)，執(zhí)飛NW85號(hào)航班的客機(jī)為波音747-400的首架原型機(jī)，注冊(cè)號(hào)為N661US。該客機(jī)進(jìn)行了嚴(yán)苛繁瑣的飛行測(cè)試后，于1989年12月8日被交付給美國(guó)西北航空公司。

也就是說(shuō)，涉事客機(jī)是當(dāng)時(shí)機(jī)齡最長(zhǎng)的波音747-400飛機(jī)，其累計(jì)飛行時(shí)長(zhǎng)超過(guò)5.5萬(wàn)小時(shí)，起降循環(huán)超7000次，這兩個(gè)數(shù)據(jù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通運(yùn)營(yíng)的747客機(jī)。客機(jī)過(guò)度使用也會(huì)讓某些瑕疵提前暴露。有了NW85號(hào)航班事故的前車之鑒，NTSB建議航空公司對(duì)波音747的動(dòng)力控制模塊進(jìn)行更為仔細(xì)的檢測(cè)。

2006年，法國(guó)航空的一架波音747型貨機(jī)下段方向舵也發(fā)生了失效故障，并緊急迫降成功。調(diào)查人員將失效的零部件送至實(shí)驗(yàn)室，但并未在零件上發(fā)現(xiàn)失效的痕跡，反而發(fā)現(xiàn)了制造方面的瑕疵。兩起事故的結(jié)果非常相似，但是調(diào)查員卻沒(méi)能發(fā)現(xiàn)事故的起因，正確的預(yù)防建議也就無(wú)從談起。

為了提升安全性，波音在747的動(dòng)力控制模塊中增加了一個(gè)特制閂，它能在端蓋脫落后，防止方向舵進(jìn)行大范圍偏移。FAA也發(fā)布了適航指令，強(qiáng)制要求所有波音747型飛機(jī)加裝特制閂，它雖然不能完全避免該部件失效，但起碼能將風(fēng)險(xiǎn)降至最低。

此外，波音公司還專門開發(fā)了方向舵PCM的無(wú)損檢測(cè)方法。2003年7月24日，波音發(fā)布警報(bào)服務(wù)公告747-27A2397，公告建議航空公司需要定期對(duì)PCM部件進(jìn)行超聲波檢查。

NW85號(hào)航班遭遇了下段方向舵卡死的極端情況，但仍平安落地，一方面得益于波音747方向舵的兩段式設(shè)計(jì)，如果方向舵是一體式的，飛行員將面臨非常嚴(yán)峻的后果。另一方面，機(jī)組成員的通力協(xié)作同樣功不可沒(méi)，尤其是故障發(fā)生時(shí)，蓋布機(jī)長(zhǎng)的快速反應(yīng)更是挽救客機(jī)的關(guān)鍵一環(huán)。

2004年1月，國(guó)際航空飛行員協(xié)會(huì)向NW85號(hào)航班機(jī)組成員頒發(fā)了“高級(jí)航空獎(jiǎng)”，以表彰機(jī)組成員的卓越表現(xiàn)。

2009年2月24日，注冊(cè)號(hào)為N661US的747飛機(jī)作為西北航空公司機(jī)隊(duì)的一員，一起加入了達(dá)美航空公司。2015年9月8日，該機(jī)完成了最后一次飛行，抵達(dá)美國(guó)亞特蘭大國(guó)際機(jī)場(chǎng)，并在2016年4月底轉(zhuǎn)移至達(dá)美航空博物館進(jìn)行公開展示。