致命缺陷三部曲最終曲，回顧東風航空517航班1996.6.9里士滿驚魂

飄影23號 2020-06-11

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揭開波音737致命設計缺陷的一次意外事件

美國東風航空公司標志

1996年6月9日傍晚18時40分左右，一架隸屬于美國東風航空公司（1995年至1999年存在的一家以特倫頓默瑟縣機場為主基地的小型廉價航空公司）的波音737-200型客機（波音737-2H5，注冊編號N221US，機齡請各位大神補充）飛臨里士滿空域，正準備向目的地里士滿國際機場進近。該機正在執(zhí)飛的是從新澤西州特倫頓默瑟縣機場起飛前往弗吉尼亞在州里士滿國際機場的W9517航班（注意W9是東風航空公司的二字代碼），當時飛機上有2名機組成員、3名乘務組成員和48名乘客。

東風航空涂裝的N221US號波音737-200客機

執(zhí)飛W9517航班的機長是經(jīng)驗老道、擁有超過10000小時飛行時長經(jīng)歷的布萊恩·畢曉普，副駕駛資料不詳。在進近階段，由畢曉普機長操縱飛機，副駕駛負責和塔臺進行聯(lián)絡。

空中浩劫畫面：東風517航班機長和副駕駛

空中浩劫畫面：在夜色中向里士滿機場進近的東風517航班

布萊恩·畢曉普機長

副駕駛：“里士滿中心，這里是東風517，請求進近?！?/p>

里士滿：“聽到了，東風517，準許你們進近，在34號跑道降落?！?/p>

副駕駛：“在34號跑道降落，東風517明白?！?/p>

機長：“我們現(xiàn)在高度和速度多少？”

副駕駛：“空速250節(jié)，高度5000英尺。”

機長：“了解了。”

“女士們先生們，這里是機長廣播，本航班將在5分鐘后降落在里士滿機場，請大家坐在各自的座位上系好安全帶，調(diào)直椅背，收起小桌板，打開遮光板，請乘務組做好降落準備。感謝大家選擇東風航空航班，謝謝?！?/p>

里士滿國際機場全景俯瞰

當時里士滿機場空域天氣情況大好，沒有風，沒有云，沒有亂流，十分適合客機的起降。

當畢曉普機長穩(wěn)穩(wěn)的駕駛飛機對準里士滿機場34號跑道進近的過程中，他忽然奇怪的感覺到右腳踏板有短暫的異響，于是他向右撇了一眼坐在他右邊的副駕駛，看是不是副駕駛踩動了踏板（波音737的左右坐的操縱桿和踏板都是聯(lián)動的，一側(cè)的機組人員踩踏板另一側(cè)的機組人員就能在第一時間感知到），結(jié)果發(fā)現(xiàn)副機長的腳放在地板上。于此同時，坐在飛機尾部折疊座椅上的一名空乘也聽到了自己下方某個地方（不是腳下正下方）傳來了巨大的“砰砰”聲。

空中浩劫畫面：毫無征兆的急劇右轉(zhuǎn)的東風航空517航班

空中浩劫畫面：飛機翻轉(zhuǎn)后客艙中的場景，不過似乎轉(zhuǎn)反了

緊接著，飛機突然毫無征兆的向右急劇翻轉(zhuǎn)，大吃一驚的畢曉普機長本能的向左拉桿，并用盡全力踩下左轉(zhuǎn)踏板，但他發(fā)現(xiàn)即便他用了吃奶的勁使勁猛踩，左轉(zhuǎn)踏板就是紋絲不動，飛機的方向幾乎不響應人為操作。

機長：“該死的，什么情況！”

副駕駛：“左轉(zhuǎn)！左轉(zhuǎn)！”

機長：“我轉(zhuǎn)不了，踏不動！”

空中浩劫畫面：拼了老命踩踏左轉(zhuǎn)踏板的畢曉普機長，但就是踩不動

“我不知道當時的情況有多嚴重，但我敢肯定的是方向舵出了問題，我把操縱桿往反方向扳，并用力踩左方向踏板，但踏板動也不動?！碑厱云諜C長事后這樣回憶道。

危機關(guān)頭，機長果斷的打開了左側(cè)的副翼，并增加右側(cè)機翼發(fā)動機的動力，希望借此來抵消飛機向右偏轉(zhuǎn)的趨勢并努力維持主飛行姿態(tài)不讓飛機進入螺旋，重蹈美聯(lián)航UA585和全美航空AU427航班的覆轍。30秒后，飛機突然停止了偏轉(zhuǎn)，恢復了平衡，機組重新控制住了飛機。

機長：“開始應急情況檢查單程序！”

副駕駛：“收到，執(zhí)行！”

驚魂未定的機組趕緊啟動應急檢查程序，檢查程序的其中一項就是暫時關(guān)閉方向舵的偏航阻尼器。當副駕駛關(guān)閉偏航阻尼器時，飛機突然再次劇烈右轉(zhuǎn)，駕駛艙內(nèi)近地警報響個不停，剛剛稍微安定下來的氣氛陡然再度陷入危機。

本廠長繪制的東風航空涂裝的N221US號波音737-200客機二視圖

機長：“怎么又來了！”

副駕駛：“我不知道！”

但這次危機來的快去的也快，僅僅幾秒鐘后飛機又突然恢復了正常的水平飛行。

機長：“宣布緊急情況！通知塔臺我們飛機的飛行控制出現(xiàn)問題！”

副駕駛：“MAYDAY！MAYDAY！MAYDAY！東風517呼叫，我們的飛行控制出現(xiàn)問題，宣布緊急情況，請求優(yōu)先降落。我們需要支援，需要支援！”

里士滿：“收到情況，東風517出現(xiàn)飛行控制問題，我們已經(jīng)為你清空進近路線上的所有飛機，你們可以隨時降落在34號跑道。我們將為你們準備好一切支援！”

副駕駛：“東風517收到！”

機長：“減速進近！”

副駕駛：“但愿別來第三次啊——再來一次我們肯定就完蛋了！”

機長：“上帝保佑我們！襟翼30°！”

副駕駛：“襟翼30°確認。”

機長：“放下起落架！”

副駕駛：“起落架放下確認鎖定?！?/p>

機長：“我想你最好找個沒有燈光的空曠地方，萬一再出現(xiàn)問題我們能避開社區(qū)和人群?！?/p>

副駕駛：“老兄，我認為附近沒有比機場更空曠的地方了?！?/p>

機長：“好吧，你是對的。繼續(xù)進近！”

空中浩劫畫面：最終成功向里士滿機場34號跑道進近的東風517航班

所幸之后飛機并沒有再次發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最終在一分鐘后東風航空W9517航班N221US號波音737-2H5型客機成功的降落在里士滿機場34號跑道，機上的53名機組/乘務組成員和乘客因為全部系著安全帶而全部幸存，只有一名空乘被安全帶勒傷，但傷勢并不算太重。

當飛機停穩(wěn)后，四肢還在不住顫抖的畢曉普機長拿起話筒準備對客艙說點什么諸如安慰乘客的話，但話筒放到嘴邊卻一句話都說不出來，只好無奈的將話筒放下：“在跑道滑行時我發(fā)現(xiàn)自己的雙腿在顫抖，我們把飛機開到登機橋后，我拿起廣播器想跟乘客解釋情況，但拿起麥克風后，我發(fā)現(xiàn)沒有什么可讓我講的，這是我自擔任機長以來第一次在廣播時語塞，于是我放下麥克風，就這么算了?！?/p>

雖然東風航空W9517航班里士滿空中遇險沒有造成人員傷亡，但鑒于該機遇險情況和美聯(lián)航UA585航班科羅拉多泉空難（具體詳情請看本廠長一文）和全美航空AU427航班比佛縣空難（具體詳情請看本廠長一文）遇到的情況極為類似。正被兩次空難找不到真正原因而焦頭爛額的美國國家運輸安全委員會（NTSB）調(diào)查組聞訊立刻派人在事故后的第二天就趕到里士滿機場對這次事件展開調(diào)查，他們意識到，如果這件事件能查個水落石出的話，將機有可能順帶將美聯(lián)航UA585航班科羅拉多泉空難和全美航空AU427航班比佛縣空難的罪魁禍首一并給“拉”出來。

本廠長繪制的東風航空涂裝的N221US號波音737-200客機細節(jié)1

本廠長繪制的東風航空涂裝的N221US號波音737-200客機細節(jié)2

本廠長繪制的東風航空涂裝的N221US號波音737-200客機細節(jié)3

本廠長繪制的東風航空涂裝的N221US號波音737-200客機細節(jié)4

附錄：NTSB調(diào)查東風航空517航班里士滿險情事件調(diào)查過程

NSTB的調(diào)查員查閱了N221US號機的維護記錄：在一個月前的5月14日，機組在駕機起飛后不久，異常感覺到右側(cè)方向踏板自己“動”了起來，機長當即決定返航。隨后地勤更換了N221US號機的方向舵動力控制單元PCU，地勤人員與5月21日再次檢查了方向舵的動力控制單元PCU，記錄為一切正常。

隨后在6月1日和6月8日，N221US號機在這兩天各發(fā)生了一次小幅度的非人為控制的偏轉(zhuǎn)，6月8日當晚，地勤也更換了偏航阻尼器的一部分零件。第二天，也就是事發(fā)當天的6月9日，飛機在試驗飛行一切正常，因此飛機又重新投入了商業(yè)運營，結(jié)果當天晚上就再次出現(xiàn)問題。

于是NTSB的調(diào)查員們決定對出事的方向舵及其內(nèi)部的偏航阻尼器進行更加仔細檢查。

波音737 的方向舵設計最大偏轉(zhuǎn)角度為26°，每側(cè)13°。實際上并不允許飛機的方向舵偏轉(zhuǎn)如此之大，系統(tǒng)允許的最大偏轉(zhuǎn)角度為每側(cè)8°，超出這一數(shù)值則視為超過安全極限。偏航阻尼器通常用于小幅度自動調(diào)整飛機的水平，最大偏轉(zhuǎn)角度則只有每側(cè)3°。方向舵的偏轉(zhuǎn)速度可以高達每秒66°，即從最左到最右的最快實現(xiàn)時間不足半秒。

波音737的方向舵需要驅(qū)動尾翼上巨大的尾舵，僅憑人力也是無法轉(zhuǎn)動的，因此駕駛艙通過左右腳的踏板發(fā)出控制命令，命令通過電纜傳輸給方向舵的動力控制單元PCU，由PCU內(nèi)部控制的液壓驅(qū)動尾舵。尾舵有兩套液壓裝置，互為備份，液壓裝置響應來自駕駛艙方向踏板的信號，以及偏航阻尼器小幅度的調(diào)整信號。

在動力驅(qū)動單元PCU內(nèi)部，有一個易拉罐粗細的伺服閥門，伺服閥門是控制尾舵方向的關(guān)鍵，閥門會根據(jù)控制命令向其中一側(cè)滑動，從而讓液壓油流通到某一個方向，由此驅(qū)動方向舵朝該的方向運動。

根據(jù)東風航空517航班的飛行數(shù)據(jù)，通過飛行模擬器模擬，他們發(fā)現(xiàn)，要達到東風航空517航班飛機遇險的瞬間，，方向舵需要突然偏離6~6.5°，而偏航阻尼器只是角度微調(diào)設備，調(diào)整角度只有3°，無法實現(xiàn)這樣大角度的偏轉(zhuǎn)的，此外，盡管方向舵的動力控制單元存在一定程度的液壓油泄露，但泄露的結(jié)果通常是偏轉(zhuǎn)減小。

這架飛機的方向舵和偏航阻尼器被拆下來用于分析，因此換上了新的設備并重新投入運營，奇怪的是，此后的飛行員都沒有報告過方向操作存在異常。

波音公司對此的反應是耐人尋味的：1996年11月，波音公司一邊矢口否認波音737的方向舵存在問題，一邊宣布將在現(xiàn)有的所有波音737型客機方向舵上增加一個方向舵限位器。

接下來調(diào)查人員仍然是毫不善罷甘休，繼續(xù)不停的折騰方向舵和偏航阻尼器，此時，一個焦點問題是，有金屬碎屑等各種雜質(zhì)的“臟”液壓油能否導致方向舵失控？

結(jié)合飛機實際的環(huán)境，大家想到了這樣一種場景：在高空飛行的飛機外側(cè)是凜冽的寒風和極低的溫度，氣溫甚至可以低到-40℃（巧合的是，這個溫度差不多也是-40℉），此時的方向舵暴露在空氣中，早已凍透，而飛機的液壓油則是在飛機內(nèi)部不斷循環(huán)，液壓油在經(jīng)過溫度極高的發(fā)動機驅(qū)動的液壓泵，溫度較高。NTSB的飛行測試數(shù)據(jù)顯示，在海拔6000米的空中（20000英尺），飛機外側(cè)的溫度差不多為-35℃，而從液壓泵出來的液壓油溫是50℃，到達方向舵的液壓油溫是30℃。

那么，如果突然給低溫狀態(tài)下的方向舵灌入高溫的液壓油，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？

1996年10月，在加州的實驗室中，反應明顯遲鈍的方向舵的伺服閥門卡住了！波音表示不接受這個實驗結(jié)果，之后波音公司于1997年2月在自己的實驗室中重復了這一實驗，結(jié)果令他們無比尷尬的是：伺服閥門也同樣卡住了。

伺服閥門內(nèi)部有兩個滑塊共同作用，來控制液壓油的導流，主滑塊在輔滑塊上滑動，而輔滑塊則在殼體上滑動。通常主滑塊先行進行移動，而僅當主滑塊不足以滑到指定位置時，輔滑塊才開始滑動。

仔細檢查卡住的原因，發(fā)現(xiàn)是輔滑塊在溫度沖擊下卡住了，根據(jù)對比正常的伺服閥門和事故飛機的伺服閥門，NTSB得出了兩種解釋：第一，當該閥門是由于系統(tǒng)公差導致間隙偏小的時候，容易發(fā)生堵塞；第二，液壓油里的金屬顆粒也會導致閥門內(nèi)部滑塊的堵塞。

一旦輔滑塊被卡住在一個特定范圍內(nèi)后，如果外部繼續(xù)發(fā)出操作指令的話，主滑塊會滑出預定位置。特殊情況下，當輔滑塊的位置超出50%的位移并卡住時，主滑塊甚至會反向滑動！

1997年6月，調(diào)查人員在波音737飛機上進行了這樣的實驗，正常情況下各種折騰的方向舵都工作正常，然而一旦將輔滑塊卡在50%位移處，只要稍稍點一下方向踏板，方向舵都會產(chǎn)生明顯的反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

找到原因之后，調(diào)查人員對東風航空517航班再次進行了模擬飛行，這一次模擬卡在不同位置時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并與黑匣子中的飛行數(shù)據(jù)進行擬合，得出的結(jié)論是，東風航空517的輔滑塊很可能卡在了55%的位置上。

而當調(diào)查人員對聯(lián)合航空585航班和全美航空427航班的數(shù)據(jù)進行擬合時，發(fā)現(xiàn)當時的輔滑塊很可能卡在了100%的位置上時，也就是方向舵反轉(zhuǎn)最嚴重的情況下，擬合出來的數(shù)據(jù)驚人的和實際飛行記錄數(shù)據(jù)高度一致！

也就是說，東風航空517的輔滑塊幸運的卡在了反轉(zhuǎn)的邊緣，從而得以死里逃生，而聯(lián)合航空585次航班和全美航空427次航班則卡在了最極端的位置，一旦飛行員稍微操作了方向，飛機的狀況就會瞬間急轉(zhuǎn)直下，不到20秒后就高速墜毀。

面對這個對自己嚴重不利的結(jié)果，波音公司坐不住了：1997年9月波音公司向NTSB提交聲明，稱沒有證據(jù)支持飛機發(fā)生過非人為指令的方向舵大幅偏轉(zhuǎn)。隨后的1998年4月，波音公司再次向NTSB提交補充聲明，認為沒有證據(jù)表明東風航空航班517事件，美聯(lián)航UA585航班科羅拉多泉空難和全美航空AU427航班比佛縣空難是由共同的飛機故障引發(fā)的空難。

然而NTSB的調(diào)查員幫波音排除掉了天氣、人為、爆炸、起火、飛機解體等各種各樣的原因之后，最有可能的方式只剩下波音自己的方向舵伺服閥門失效了。

波音公司最終不得不宣布“認慫”，重新設計波音737的伺服閥門并替換所有現(xiàn)有波音737的部件。新的設計略微加長了兩個滑塊，并確保即使在輔滑塊卡住，主滑塊超過最大行程的情況下，液壓油路也不會錯誤的鏈接，避免方向舵反轉(zhuǎn)。

修改前（上）和修改后（下）的波音737尾舵伺服閥門對比

同時，波音更新了波音737的操作手冊，來應急處理方向舵可能的卡死情況：

當出現(xiàn)非人為操作導致的飛機翻轉(zhuǎn)時，先關(guān)閉自動駕駛，再關(guān)閉偏航阻尼器，此時方向舵不會再接收到外部的方向舵調(diào)整信號；

而當方向舵出現(xiàn)卡死時，先關(guān)閉自動駕駛，隨后要求正副機長同時用力踩方向舵，直到方向舵回正。如果無法回正，在波音737兩套動力控制單元PCU間來回切換后，繼續(xù)用力踩方向舵。

波音737客機的方向舵設計從一開始就冗余偏低，波音737是當時所有大型雙發(fā)運輸機中，唯一一款采用單一方向舵面板和單一方向舵控制的，其余機型均采用分體式方向控制，并采用多個液壓控制器或機械控制器。這就意味著，波音737的方向控制冗余較少，一旦出現(xiàn)故障，容易牽一發(fā)而動全身。盡管波音737有一個冗余的方向舵動力控制單元PCU，但需要飛行員手動切換，諸如美聯(lián)航585和全美航空427的極端條件下，飛機迅速失去控制并在十幾秒后墜毀，飛行員很可能無法及時切換PCU。

在經(jīng)歷兩起機毀人亡的空難和

美國聯(lián)邦運輸安全委員會NTSB向美國聯(lián)邦航空管理局FAA建議：

要求波音公司修改波音737方向舵的問題，并組織一個專家委員會進行評估；

飛行數(shù)據(jù)記錄儀黑匣子增加包括方向舵狀態(tài)在內(nèi)的飛行數(shù)據(jù)；

飛行員手冊、模擬機訓練相關(guān)內(nèi)容的修改。

N221US號機性能數(shù)據(jù)：

機型：波音737-200

乘員：機組2人+載員115人（最大）

長度：30.53米

翼展：28.3米

高度：11.13米

空重：27448千克