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一架飛機墜毀,試飛員冒險駕機升空,為驗證相同故障如何引發空難

1991年4月5日,美國發現號太空梭宇航員曼利卡特,搭乘大西洋東南航空公司2311號航班出行。卡特不僅是一名宇航員,同時還是工程師、醫師和海軍飛行員,可謂人中豪傑。他搭乘的這個航班是一架巴西生產的EMB120型短途飛機,由兩臺渦輪螺旋槳引擎驅動。當飛機快要降落時,機長減小了油門推力,奇怪的是左側引擎轉速反而在增加。飛機機身開始向左傾斜,機長急忙操縱副翼和方向舵改正機身。飛機仍然持續向左傾斜,角度越來愈大,機長已經無力控制飛機,最終飛機以近乎垂直的角度墜毀在一片樹林裡,機上23人全部遇難。

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一名優秀的航天員,沒有在高風險的太空梭上犧牲,卻在被認為最安全的民航飛機上遇難,此事引起了媒體和民眾的極大關注。事故調查人員及時趕到現場勘察,他們在事故現場找到了飛機的頭部、尾部和兩個翼尖部件,證明飛機殘骸完整,沒有在空中解體。由於當時沒有強制要求短途支線客機安裝黑匣子,這架飛機沒有飛航記錄儀和艙音記錄儀,這給空難調查工作帶來極大不便。調查人員不得不透過飛機墜落時撞斷樹枝的高度和位置來推斷墜機時的角度,尋訪目擊者瞭解墜機前飛機的姿態。透過以上努力,調查人員得知飛機墜毀前向左極度傾斜。

飛機正常飛行時不會向左傾斜那麼大的角度,從大的方面講有兩種可能會出現這樣的情況。一是飛行員故意為之,操控飛機墜毀;二是飛機故障導致。對兩位飛行員執飛前的行蹤進行調查,發現兩人執飛前心情很好,完全沒有自殺跡象和動機。剩下的可能就是飛機故障了。

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副翼控制著飛機的傾斜,會不會是副翼出現了問題?調查人員仔細檢查了殘骸中副翼相關控制組件,沒有找到故障跡象。這條可能性被排除了。那會不會是引擎故障呢?兩側引擎如果輸出推力差別過大,也會產生致命的傾斜。調查人員又對兩個引擎的殘骸進行檢查,發現引擎裡有樹枝和樹葉殘屑,這是飛機墜落撞到樹木時吸入發動機的,證明墜機前引擎仍在運轉,引擎故障的可能性也沒得到證實。

調查人員檢查螺旋槳葉片時,發現上面殘留有墜毀時產生的劃痕,透過劃痕可以推斷出墜毀時葉片的偏轉角度。透過對比螺旋槳葉片劃痕的測算結果,有了驚人發現,右側螺旋槳4個葉片的偏轉角度都是22。6度,在正常範圍內;而左側螺旋槳4個葉片的偏轉角度只有3度,這是一個很危險的角度。螺旋槳面近乎垂直於飛行方向,不但不能產生推力,還會產生很大的阻力。飛機右側螺旋槳向前產生推力,左側螺旋槳向後產生阻力,飛機自然向左傾斜,而且副翼和方向舵無力糾正這麼大的扭矩,在這種情況下飛機墜毀時必然的。

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那左側螺旋槳葉片為什麼會失控進入危險角度呢?這架飛機使用的引擎是兩臺普惠PE-118渦槳引擎,配套的螺旋槳是漢密爾頓14RF-9螺旋槳。這種螺旋槳可以調節葉片偏轉角度,在不改變引擎轉速的情況下改變動力輸出。引擎和螺旋槳之間透過主軸和套管連線,靠主軸和套管上的齒來傳遞旋轉動力。調查人員發現這架飛機左側主軸上的齒已經完全磨損,無法為螺旋槳傳輸旋轉動力,等於引擎和螺旋槳之間脫離了動力輸送。

主軸齒表面進行了金屬硬化處理,那為什麼還會被完全磨平呢?原來為了防止套筒上面的齒被磨損,表面塗了一層硬化塗層,比主軸的齒更硬,長時間的磨合將主軸齒磨損失效。按照飛機設計指標,就算一側失去動力,飛機也是能夠被控制降落的,飛行員也都受過這方面的訓練。這架飛機怎麼就墜毀了呢?還是前面提到的,左側螺旋槳不但沒有提供動力,還帶來了阻力,問題的關鍵在於為什麼左側螺旋槳葉片會進入危險的平面位置。調查人員諮詢了螺旋槳製造商漢密爾頓工業,得到的回覆是“絕對不可能”。廠商在設計螺旋槳時也考慮到了脫離動力的情況。當主軸動力脫離輸出時,螺旋槳葉片會自動進入順槳狀態,即葉片平行於飛行方向,儘量減小阻力。

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調查人員對廠商的回覆表示質疑,他們到廠商實驗室進行實地驗證。廠商在實驗室安排了一個主軸失效的試驗,結果正如廠商所說,葉片自動進入了順槳位置。調查人員還是認為螺旋槳設計有問題,但試驗結果擺在他們面前。經過仔細分析,調查人員認為實驗室條件太過理想,引擎固定在地面上,和在飛行的飛機上有很大的差別,可能在飛機上會有另一番情況。

調查人員又聯絡巴西的飛機制造商,要求驗證主軸在空中失效的情況。這是一項風險極大的試驗,要用真實飛機升空模擬故障,一旦調查員的假設正確,那麼這架飛機可能也會墜毀。為此他們請來了廠裡首席試飛員,還對飛機進行了改進設計,能透過控制讓主軸失效,並加裝了限位裝置,即使螺旋槳葉片失控,也最多偏轉到22度。即使這樣,試飛員也被要求攜帶降落傘,試飛要在無人區進行。

一架飛機墜毀,試飛員冒險駕機升空,為驗證相同故障如何引發空難

試飛員駕機升空,到達指定空域後,使主軸脫離傳動。此時螺旋槳還是如製造商所言,慢慢進入了順槳位置,廠商代表臉上露出了喜悅和自信的神色,調查員卻更加迷惑了。然而就當決定試驗結束返航時,令人震驚的情況出現了。在飛機的震動和氣流的干擾下,螺旋槳葉片慢慢向反方向偏轉,角度越來越大,直到22度才停止。此時試飛員操控飛機已經非常困難,如果不是事先加裝了限位裝置,估計這次試飛真的要以墜機結束了。看到這種情況,廠商代表和調查人員互換了神色。

至此這起空難的原因調查完畢,是由於飛機螺旋槳安全保險裝置執行異常所致,要求製造商重新設計整改。