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空难纪录之——一次致命的螺旋桨反转

 -战争机器- 2022-03-07

正文共: 3964字 2

预计阅读时间: 10分钟

一次致命的螺旋桨反转

在战后早期,当活塞式发动机占主导地位时,由于模拟发动机故障而导致的多引擎飞机事故可能比真实情况下的事故要多。但这对于一架有三位经验丰富的航空公司机长的DC-6训练飞行来说,几乎不被认为是一种危险。

1955年4月4日下午,美国联合航空公司的一名机长正在纽约州伊斯利普的麦克阿瑟机场与该公司的两名航线飞行员进行仪表飞行等级检查。当天天气晴朗,但西南风强劲,风速约为35公里,有时阵风高达55公里。
参与飞行训练的飞机是公司的一架DC-6飞机,编号N37512,绰号:爱达荷州主航线(Mainliner Idaho)。这架飞机的重量只有27670公斤多一点,远远低于其最大允许的重量,其重心在规定的范围内。
在下午3点50分左右,在几次起降的过程中,人们看到这架DC-6在迎风的跑道上再次起飞。它在跑道末端450米至550米处升空,最初在跑道上正常爬升,起落架开始收回。但当它爬升到大约15米时,DC-6开始向右倾斜并转弯。
随着爬升转弯的继续,倾斜角度和转弯率逐渐增加,很快就达到了令人震惊的程度,当DC-6转过大约90°时,倾斜度增加,达到机翼几乎垂直的程度。现在,在大约45米的高度,发动机仍处于大功率状态,DC-6停滞不前,机头猛烈下降。几分钟后,飞机陡然俯冲,机头和右翼撞到了地面。飞机旋转着,向右倒下,爆炸起火。
尽管机场消防队迅速赶到,但在控制住火势之前,大火已经吞噬了大部分飞机残骸。机上的三名飞行员,即DC-6的唯一乘客,在撞击中当场死亡。

调查
担任机长的是45岁的美国空军二战老兵斯坦利-霍伊特,他坐在右侧控制员的座位上,总共有近10000小时的经验,包括550小时的DC-6飞机。他在该公司担任检查机长已有两年半时间。致命起飞时坐在驾驶座上的飞行员,40岁的亨利-多兹尔,有9000个小时,包括1100多个小时的DC-6飞机。第三个飞行员,35岁的弗尼斯-韦伯,有类似的飞行经验,事故发生时他正担任飞行工程师。
在致命飞行中看到DC-6飞机起飞的旁观者说,在飞机开始在如此低的高度向右倾斜之前,一切看起来都很正常。虽然所有四个引擎都因撞击和火灾而严重受损,但从它们扭曲和弯曲的螺旋桨叶片所遭受的损害可以看出,每个引擎在撞击时都在工作。虽然无法确定其输出功率,但在任何发动机残骸中都找不到运行故障的证据。
在调查的早期,对机身、机翼、尾翼组件、控制面和飞行控制系统的完整性进行了详细检查,以确定机身在起飞时是否会出现任何问题。没有发现任何故障的迹象。所有的控制面和调整片都在它们的铰链上,阵风锁和自动驾驶都解除了。襟翼在15°和20°之间伸展,这是起飞时的通常设置,起落架也被收回。油气控制在自动富余位置,也是起飞时的正常设置。
对所有四个螺旋桨的检查都没有发现操作有问题的证据。螺旋桨调速器都处于起飞转速的位置,但是1号、2号和3号螺旋桨都处于34度的正螺距,也就是起飞时的设置,而4号螺旋桨则处于负8度的全反向螺距。影响4号螺旋桨操作和控制的电气锁扣和继电器都没有发现任何故障的迹象,很明显,所有的损坏都是由撞击或随后的火灾造成的。
DC-6的螺旋桨被设计成在飞机着陆后,提供反向推力进行制动。螺旋桨在着陆后通过将油门杆向后退到正常的空转位置来反转。这个动作激活了每个螺旋桨轮毂中的电动机构,使叶片旋转到一个与正常方向相反的位置,从而产生推力,而不是拉力。发动机的功率和反向推力的大小与飞行员应用的油门向后的运动量成正比。正向推力可以通过将节气门杠杆返回到节气门象限的正常空转位置,或更高的位置来恢复。
当飞机在飞行时,一个自动锁定机制可以防止油门杆无意中向后移动到空车位置,从而防止不必要的螺旋桨反转。油门锁扣由主起落架支杆上的锁扣控制。当飞机的重量在着陆时被转移到起落架上时,锁扣关闭,使电磁铁通电,释放锁扣。同时,在控制台上有一个反向警告标志,显示节气门已解锁。这个红色的金属锁扣与螺线管有机械连接,如果螺线管失效,机组人员可以手动扳起这个锁扣来释放锁扣。
当飞机在起飞时升空,起落架支杆锁扣打开,电磁铁断电,允许锁扣回到锁定位置。当这种情况发生时,锁扣会在视线范围内降下来。
事故中的飞机上没有安装反向推力指示器警告灯。当安装时,每个螺旋桨都有一个灯,当螺旋桨的叶片转到零度的叶片角度时,灯就会亮起,警告机组人员螺旋桨正在反转。在事故发生时,美国联合航空公司正逐步在其DC-6和DC-6B客机上安装该指示灯。
在事故发生的三年前,美国联合航空公司担心机上螺旋桨反转可能是由于电气故障造成的,因此修改了其DC-6机队的螺旋桨反转控制电路,在飞机飞行时自动切断电源。这是通过增加一个继电器来实现的,由节气门锁螺线管驱动的锁扣控制。当飞机着陆时,节气门锁释放电磁铁通电后,电力恢复到螺旋桨控制电路。
在事故调查期间,测试表明,如果DC-6螺旋桨以这种方式进行了改装,在飞机起飞时仍稳稳地停在地面上,通过向后移动节气门杆进行反转,然后飞机以这种配置升空,无论节气门杆的位置如何,叶片都会保持反向螺距状态。它所产生的反向推力的大小将取决于所应用的油门的大小,无论是向前还是向后的方向。在这种情况下,螺旋桨只能通过抬起反向警告锁扣和推进油门来恢复到正向推力。抬起锁扣的作用与飞机着陆时将重量转移到起落架上时关闭起落架锁扣的作用相同,即它再次给螺旋桨的电动反转系统通电,使前向推力得以恢复。但是,如果在油门杆向前移动时,锁扣没有被抬起,那么正在形成的反向推力将仅仅与应用的油门开度成比例地增加。
美国联合航空公司还在安全高度进行了一系列的飞行测试,以研究反转外侧螺旋桨对DC-6飞机在低空速下的操控特性的影响。这些测试表明,在起飞过程中,1号、2号和3号发动机使用METO功率或更高的功率,当4号发动机使用全部反向功率且空速为185公里或以下时,飞机几乎立即变得无法控制。在测试中发现,通过施加全部的左副翼,可以短时间内延迟向右翻滚,但继续向右剧烈偏航,导致空速下降;在几秒钟内,发生剧烈翻滚和俯冲。在飞行试验中产生的飞机姿态与目击者在事故发生前描述的DC-6飞机的动作非常相似。
飞行测试也证实了调查的结果,即在飞机起飞时,当飞机的重量还在起落架上时,油门杆无意中移到了反向位置。飞行测试表明,在飞机升空后,将油门杆移回正向推力范围,不会使螺旋桨脱离反向,而只是导致反向推力增加。
在事故发生前的一段时间,美国联合航空公司在更新其机队的过程中,购买了一些DC-7飞机,这些飞机没有采用DC-6型的电动油门反向闩锁,而是安装了一个手动操作的顺序门闩锁,称为马丁杆。这种闩锁,原则上包括一个横跨在正常空转位置后面的油门象限的锁定锁扣,在着陆时可以移开,以使油门杆能够拉回到反向。但在飞行过程中,这个锁扣可以防止油门杆在不经意间被拉到反向位置。
由于在其新的DC-7飞机上使用马丁杆锁的良好操作经验,美国联合航空公司决定为其所有的DC-6和DC-6B飞机也配备这种锁。尽管DC-6的电动油门锁功能令人满意,但飞行员操作的马丁杆上的机械锁被认为比自动电气装置及其所有锁扣和继电器更安全和可靠。联合航空公司在事故发生前几个月就已经订购了所需的马丁杆改装套件,而该公司的第一架DC-6飞机在事故发生前一周才安装了新的锁扣系统。

分析
飞行测试结果表明,在起飞状态和空速下,DC-6的外侧发动机在全功率和螺旋桨反桨的情况下变得不可控。很快就失去了控制,以至于在低空时,机组人员几乎无能为力。在这次事故中,在失去控制之前是否有时间恢复前向推力是值得怀疑的。出于同样的原因,反转警告灯是否会对结果产生任何影响也是值得怀疑的。
测试还表明,在空中,如果油门设置为正向或反向空转,驱动反转螺旋桨的发动机会失速。有证据表明,4号发动机在撞击时正在运行,测试确定,为了达到与事故飞机类似的飞行轨迹,4号发动机需要全速反向动力,其他三个发动机在向前推力中输出METO动力。
在起飞过程中,4号螺旋桨只有两种可能被反转。要么是螺旋桨控制系统出现故障,要么是4号油门杆在DC-6升空前被拉到正常空转位置。因为对4号螺旋桨的电气系统的详细检查排除了故障的可能性,所以不得不得出结论,螺旋桨的反转是机组人员无意的行为。
DC-6起飞的几个方面表明,当时正在进行仪表起飞,然后是模拟发动机故障。这个特定的起飞是检查飞行中进行这些练习的逻辑点,根据公司的要求,4号是模拟故障时选择的发动机。此外,飞机在最后起飞前在跑道起点的短暂延迟,符合仪表起飞前最后一次驾驶舱检查的惯例。这通常是作为检查程序的一部分,模拟发动机故障。
在调查人员看来,事故发生的原因很可能是,在DC-6起飞前的仪表起飞练习中,检查飞行员模拟4号发动机的故障,将其推力减至空转,无意中将4号油门杆向后拉得太长,进入了反转状态。
当这种紧急情况发生时,机上飞行员的自然反应是立即将4号油门杆从反转状态完全向前推,疯狂地努力恢复向前的推力。但是,正如飞行试验所证明的那样,由于反向警告锁扣没有被解除,这反而产生了全部反向动力的致命影响。

结论
民航委员会,作为其对DC-6事故的调查结果,发现:
在模拟发动机故障的仪表起飞过程中,4号发动机被降低到零推力,在飞机升空前,4号螺旋桨被无意地反转。
有证据表明,为了纠正这个错误,4号油门杆被从倒车位置移到了全速前进的推力位置。但是由于反向警告锁扣没有被解除,导致了完全的反向推力。
当DC-6以起飞状态和空速升空时,外侧螺旋桨反转,再加上其他三个发动机的大功率,导致飞机几乎立即变得无法控制。
当时没有足够的时间和高度让机组人员采取有效的纠正措施。

原因
事故的可能原因是,在飞机升空前,4号油门杆无意中移到了反转状态。由于其他三个发动机都在大功率下工作,飞机一旦升空,很快就变得无法控制。

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