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现代科技 让飞行越来越安全
来源:中国民航网2017-04-05 16:11:00

作为一名机长,身边的朋友问我最多的问题就是:在颠簸过程中看见飞机“翅膀”来回晃动,它会不会折断啊?事实上,被称为“工业之花”的航空制造业,集合了材料科学、化学、电子学、空气动力学、物理学、机械、锻压铸造等所有现代工业领域的顶尖科技。以我对飞机的了解,机翼是整个机身最牢固的部分,它绝对不会因为飞机的颠簸而折断。

现代飞机的机翼不管是从平面还是从横截面来看,都需要蒙皮、纵向加强构件和翼肋共同承受机翼上的载荷。科学家对机翼强度进行了计算,结果表明机翼结构完全满足强度和刚度的要求,能安全、可靠地完成机翼所应承担的任务。同样,飞机制造工程师也会对飞机进行飞机机翼应力测试:飞机被上千根钢索来回拉扯,机翼和机身达到夸张的90度,但机翼并不会折断。机翼的强度设计要求飞机在最大自然受力1.5倍的情况下依然完好无损。所以,飞机遭遇再强烈的颠簸,机翼也不会受损。

飞行员时刻面临不可预知的挑战

机翼上的总体内力——弯、剪、扭力是由机身提供支反力来平衡的。机翼上所有的弯、剪、扭力都能传到机身上,而结实的机身在龙骨和蒙皮的包裹下就犹如金属“鸡蛋壳”,显得更为坚固。近期,波音777出现过两次事故,均是飞机在操纵失误或者失去动力的情况下从几十米的高度坠落地面。坚固的机身承受了大量载荷而没有变形,为机组组织旅客紧急撤离赢得了时间。

同样优秀的空客飞机在一次迫降奇迹中也展现出优异的性能。近期,被大家热捧的《萨利机长》在民航圈引起了轰动。这是一次现代大型民航飞机在低高度双发失效的情况下平安迫降的奇迹,也是一堂大型飞机在水上迫降的经典教学课。在这个经典案例的背后,是萨伦伯格机长和机组成员系统扎实的飞行训练、临危不惧的心理素质、精益求精的飞行技术,也是展现现代民航飞机安全的系统设计、牢固的机身、优良的制作工艺,以及多套备份系统保证安全的最好例证。

由于科技的进步,发动机的安全性能得到了大幅的提高,两台发动机同时失效的概率几乎为零。所以,现代大型民航飞机出现双发失效的情况,那几乎就是飞机遇到的最严重的故障了。此时,飞行员将会面临巨大的挑战。发动机几乎是飞机上所有系统工作的动力来源,一旦两台发动机同时失效,所有的关键系统都会受到影响。这时候增压系统基本无法工作,客舱空调无法启动,多套液压系统可能丢失,电力系统受到严重影响,飞行操纵系统也会受限。

当飞机没有发动机提供动力时,只能依靠重力产生速度,像滑翔机一样飘降。如果在接地之前不能成功启动发动机,就只能继续下降高度来保持滑翔速度,直到接地。在这样极端的情况下,对飞行员和飞机都是极大的考验。但在哈德逊河的迫降奇迹中,由现代工业科技制造的飞机和接受科学系统训练的飞行员,几乎用满分回应了这次考验。

坚固的机身和完备的应急设备

萨伦伯格机长在操纵这架没有动力的空客A320客机时,是通过保持飞机的俯仰角来控制垂直下滑轨迹的,只有合适的俯仰角才能让飞机保持最佳的滑翔速度。与此同时,空客的电传操纵系统也发挥出了自身的优势。当飞行员在侧杆上的操作变为电信号被机载电脑接收处理时,空客飞机的飞行包线保护功能之一便是在低速飞行时,即使飞行员将侧杆推到底,机载电脑控制的飞机也不会失速。

在飞机触水前的最后关头,萨伦伯格机长将所有注意力放在了控制飞机的姿态上。事后数据显示,他的操作堪称完美:在迫降时,飞机仰角为9.8度,机翼保持水平,坡度不超过1度,飞行速度为232公里/小时。飞机在触水后减速,慢慢浮在水面上。

在地速几百公里/小时的冲击下,飞机即使迫降在水面上,也和迫降在坚硬的地面上受到的冲击是一样的。但由现代工业科技制造的空客飞机保持了很好的密闭性和完整性。飞机接水后,虽然尾部因为强大的冲击力而出现了破损,水从那里涌入,但飞机的重心设计让机身的大部分浮在水面上,这才使飞机上的旅客和机组能安全撤离。飞机上的旅客全部撤离后很久,飞机也没有下沉,随河流漂浮,为最后飞机的打捞和迫降数据的收集奠定了坚实的基础。

在这次水上迫降中,空客A320体现了非常高的可靠性,全新设计的座椅和安全带在强大的冲击力下对旅客起到了很好的保护作用。这架飞机上也配置了数量足够的浮力坐垫和救生衣,并装备了包括前置紧急滑梯/救生筏等救生设备,使得这次事故最终没有造成人员死亡。在水上迫降后,约64名旅客使用了前置紧急滑梯/救生筏,只有少数人受到冷水浸泡伤害。

当然,美国国家运输安全委员会也提出了建议:没有考虑空客A320飞机的客舱安全设备在水上迫降期间可能遭受的结构损坏和泄漏,这使得尾部紧急滑梯/救生筏在撤离时无法使用。应急救生索也没被找到,它们本可以被用来协助两翼上的旅客免于落水。

飞机如何“保护”自己

在人类的航空史上,载人飞机几乎没有成功在水面上迫降过。为了收集数据,1944年9月20日,两名美国试飞员冒险驾驶B-24轰炸机迫降在弗吉尼亚州的詹姆斯河上。飞机虽然遭到彻底破坏,但飞行员平安无事。在这次水面迫降后,飞行专家总结:在水上迫降时,起落架应收起,防止起落架在入水时突然遇到阻力,让飞机冲进水里;飞机的襟翼应放下,减缓飞机在接水时的速度;在迫降时,飞机机头一定要呈抬升姿势,这样对减弱入水冲击和延长后期漂浮时间更有效。

很显然,优秀的萨伦伯格机长知道这些,他多年的飞行经历和对飞机的精准控制起到了决定性作用,他在这次水上迫降过程中做到了:保持好飞机姿态,分析综合情况和采取正确的行动,在情况允许下尽快着陆。他总是尽力让飞机保持在最佳的飞行轨迹上,最终决定使用2档襟翼进行水上迫降几乎是最合理的选择。

萨伦伯格机长的第二个动作就是启动APU。看到发动机失效后,萨伦伯格机长就把点火电门放到了启动位。这个动作的目的是给发动机提供连续点火。但是后来的调查显示,当时发动机并没有熄火,是发动机核心机遭鸟击损坏,无法继续驱动风扇,从而失去了推力。

于是,机长启动了APU,通过确保飞机主要电力来源以及使飞机保持正常控制并维持飞行包线保护(其中一项是失速保护),改变了飞机水上迫降的结果。APU是飞机上的一个动力装置,它不能提供推力,但可以提供电源引气。有APU提供电源,飞机就能遵守正常法则——这是针对空客飞机的一个术语。在这种状态下,飞机具有保护功能,可以确保飞机不会失速。从分析数据来看,该航班在下降过程中大部分时间都速度偏慢。但正是因为遵守了正常法则,飞机才能始终处于安全范围内。

事实上,双发失效水上迫降是极其罕见的情况,飞行员不会专门进行这方面的特别训练。在双发失效时,飞机的操纵性能也和平时有很大不同,所以飞行员不能精确操纵是正常情况。萨伦伯格机长通过启动APU,用飞机能力弥补了人力缺陷,获得了最好的结果。

每一次空难都是民航发展前进的契机,每一次血的教训都会让人们避免重蹈覆辙。这次事件发生之后,美国国家运输安全委员会要求所有的发动机进行小型和中型鸟类吸入测试,并要求航空公司加强对飞行员应对低高度双发失效的训练。

在这次奇迹中,机组和飞机上所有的旅客都是幸运者。机组尽了最大努力,运用了平时积累的知识,作出了正确的决策。现在这架拯救了158条生命的报废的空客A320飞机被“拴”在纽约曼哈顿的巴特里·帕克城码头,在让大家参观之余,细细体会这次奇迹背后,现代科技是如何保证飞行安全的。

飞机是人类文明和智慧的结晶。从100多年前莱特兄弟驾驶飞机飞上蓝天起,人们就一直在追求提高飞行的安全性。民航业发展的100年,也是人类追求飞行安全的100年。如今,现代科技加上成熟的民航管理系统正在以一种紧密的方式运行,形成了完整的闭合链条以保证飞行越来越安全。(姚永强 作者系南航新疆分公司机长)

责任编辑:邢路
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