冰殤英航 積冰堵塞引發777客機空難 英國航空38航班|空難改變航空史

2020-12-11 航空之家AH

2008年1月17日,時任英國首相戈登布朗坐車趕往希斯羅機場,他即將展開上任後的首次訪華活動。他的車隊在臨近機場時,突然一架波音777客機呼嘯而至,幾乎貼著地面的高度墜毀在跑道盡頭。

事故差點釀成政治事件,什麼原因導致這一慘劇呢?

圖1、英國航空塗裝的波音777客機

英國航空38號航班是英國航空公司,從北京首都國際機場飛往英國倫敦希斯羅機場的定期航班。當班機長是波克爾,43歲,擁有12700小時飛行經驗。副駕駛是科沃德,41歲,他擁有9000小時的飛行經驗。客機為註冊編號G-YMMM的波音777-236ER,擁有28675飛行小時和3957個起降周期。

波音777是波音生產的寬體雙發客機,其擁有先進的航電設備和動力系統,諸多數字駕駛艙技術的引入,讓飛行員的操作更為便捷,被奉為同期客機的標杆產品。這架客機搭載了兩具巨大的羅羅遄達895型渦扇發動機,發動機極低的故障率保障了777成為業內最安全的商用飛機之一。

38號航班經過十多個小時飛行,即將降落在希斯羅機場。機場位於英國英格蘭大倫敦希靈登區,離倫敦中心有24千米遠,緊鄰英國A30公路。

高度智能化的自動駕駛儀幫助飛行員對準了機場的37左跑道,快要接近地面時飛機遭遇強風,這是整個旅途中第一次因亂流引起的顛簸。由於當時風速有約50公裡,自動駕駛儀控制飛機給油加速以應對這個小問題。

科沃德決定接手最後的降落程序,塔臺傳來允許英航38號航班降落的信息,波克爾做出了及時回復。飛機很快降落到了500英尺高度,科沃德突然發現發動機失去了動力,無論他怎麼操作,發動機都沒有反應。

客機在臨近降落時遭遇發動機停車,而且還是雙發失效。如此低的高度,38號航班兇多吉少。

圖2、事故中的38號航班

面對險境,波克爾的選擇並不多,他知道即使飛機飛越了霍恩斯路,還是有可能衝入繁忙的A30高速公路,亦或撞上機場前端的導航天線。他最先想到的是收起起落架,這樣能降低飛機阻力。為了能夠穿越地面建築物,波克爾不得不冒險抬高飛機襟翼,收回襟翼可以減少飛機的阻力和升力,能讓飛機飛得更遠,不過這會讓飛機過早陷入失速。

一瞬間,波克爾決定調整飛機襟翼角度,並向塔臺發出「Mayday 」的求救信號。飛機在距離跑道咫尺之遙的草地上重重的砸了下來,依靠巨大的慣性艱難的向前滑動,伴隨著飛機機體的撕裂聲停在了跑道旁邊。

萬幸的是機組成員毫髮無損,他們立刻展開緊急程序――關掉油門,打開動力系統防火開關……通過廣播通知客艙進行緊急疏散,空乘員接手疏散工作。現在最大的危險便是火災隱患,剩餘的燃油隨時可能被點燃,大家在和死神賽跑。

圖3、機腹墜地的英航38號航班

事故的現場一片狼藉,飛機的右輪在巨大衝擊力下散落在一旁,發動機被整體扯落,整流罩散落一邊,另一半的發動機還半埋在土裡。事發後,許多往來希斯羅機場的後續航班都受到影響,甚至影響了英國首相戈登布朗出訪中國的時間表。

當飛機失速急降跑道之時,戈登布朗的車隊正在公路上行駛,28秒鐘之後,飛機即在公路上空僅6米左右處掠過,不過布朗在抵達中國後接受採訪時還稱讚英航飛行員的冷靜專業。

英國航空事故調查局(AAIB)接手了調查任務。調查員發現,客機停在在距離跑道約1千英尺處,起落架遭到撞擊並刺穿了機翼,前起落架呈坍塌狀。事故數小時後,調查員便開始問詢機組成員。波克爾回憶稱,事故主要的問題在於,飛機雙發失效,而手動操作也無響應。

調查員初步斷定是客機燃料耗盡。1983年加拿大航空143號航班的一架波音767,在飛越大西洋時耗完燃油。起因是機務人員在添加燃油時,混淆了公制和英制的換算方式,使得客機帶著少量燃油起飛。最終客機通過塔臺的引導,以滑翔的方式降落在一個廢棄空軍基地。

38號航班並未如此,事故現場,發動機底部的裂縫處流出了大量的燃油。

圖4、38號航班險些撞上跑道盡頭的設備

每天都有數百架波音777在飛行,調查員務必要在最短時間內發現故障原因,以避免此類事故再次發生。造成發動機空中停車的原因有很多,調查員在等待讀取「黑匣子」同時,他們提取了飛機所剩餘的燃油。質量低劣的燃油會造成飛機突然失去動力。燃油可能受到多重汙染,可能堵塞濾網而限制流量,調查員分別從飛機的不同位置提取燃油樣本,甚至包括了燃油管路裡的殘餘燃油。

調查員追溯到這批燃油來自韓國,通過郵輪和燃油管道輸送到北京機場,最後加注到客機中。調查員通過和英國其他批次的燃油相比對,發現38號航班加注的燃油品質很優秀。

圖5、模擬的飛機墜落過程

調查員梳理完飛機各種飛行記錄的數據後,試圖拼湊出事故發生時的經過――38號航班在最後進近途中發生重大故障,在高度720英尺時右邊發動機停擺,7秒後左邊發動機也停止運行。

自動駕駛儀操縱油門試圖增加更多的推力,但是兩具發動機並沒做出任何回應。飛行數據記錄器(FDR)還為調查員提供了另外兩個重要的參數,一個來自燃油測油瓣,那些設備顯示為全開啟狀態。飛機電腦要求油箱輸出更多的燃油,但送到發動機的燃油卻遠不夠用。

充足的燃料儲備,飛機的電子系統也正常。調查員想到了外部環境因素。飛機從北京起飛後,要穿越整個西伯利亞上空,這塊不毛之地的上空溫度可低至零下74攝氏度,在這樣的嚴寒環境,必須時刻注意燃料的溫度。燃料結冰後會產生蠟,溫度降的越低,產生的蠟質會越多,直至燃料凝結無法流動。

機艙內都會有燃料溫度指示器,飛行員也時刻關注著燃油的溫度,不能讓燃油降到零下34攝氏度。客機飛越西伯利亞空域後,氣溫也顯著升高,堵塞油路的因素也被排除。調查員決定擴大調查範圍,他們從其他部門調取過往航班的飛行數據,收集的數據樣本多達14.4萬份,分析這些數據是一件繁雜的工作,需要耗費數月時間。

事故發生後,冰早已融成了水。調查員面臨一個幾乎不可能完成的任務,怎麼樣才能證明冰才是墜機的罪魁禍首?事發三個月後,調查員飛赴美國西雅圖波音總部,與該公司的工程師一起研究這個案例。如果是冰的原因造成了墜機,他們必須找出確鑿的證據。

調查員攜帶了燃料系統右邊的管線,這些管線被用于波音的實驗設備上。油管裡產生的冰一直是各種噴氣客機的安全隱患之一。聰明的工程師通過各種方法解決了噴氣客機燃料結冰問題。系統的核心是燃油熱交換器(FOHE),這裡的冷燃油通過細管輸出,細管則被潤滑發動機的熱油所包圍。燃油加熱器的目的在於提高燃油溫度,避免系統結冰。

調查員在燃油試驗中,發現它限制燃油的流動速度為每小時6千磅,整個系統中唯一產生限制的地方在於燃油熱交換器表面。

調查員必須搞清楚三件事:1、足量的冰堆積在油管內部。2、冰可能突然脫落。3、證明脫落的冰堵塞了燃油交換器的接口。

調查員用各種方法控制油管周圍的環境,包括乾冰、冷燃油還有熱空氣,模擬飛機在飛行時油管所處的環境。每結束一次燃油冷卻實驗,調查員都會看看油管裡有沒有存冰,燃油溫度在零下30度時,油管裡產生的冰也很少,但這不足以堵塞燃油熱交換器的接口。調查員得知,38號航班的飛行員一直在監控飛機的燃油溫度,一直沒有低於零下30攝氏度過。

出乎意料的是,事件的突破來自燃油溫度升高,燃料中如果含有水,水就會結成冰晶。溫度降到零下20攝氏度時,燃料內的冰晶無法附著在油管內部,在零下20到零下8攝氏度時,冰晶就會形成並聚集在一起黏結在油管內部。

圖6、實驗室重現熱交換器被冰堵塞的狀況

整個劇情在事發10個月後迎來轉機,另外一架波音777在美國本土3萬9千英尺的高空遭遇了同樣的麻煩。這架飛機的發動機也沒有任何徵兆的失效了,不過這次發動機有足夠的時間恢復正常運轉,並安全降落在亞特蘭大機場。

這起事故引起了調查員的注意,這架飛機也使用了來自羅羅的發動機,調查員迅速尋找相同問題的證據。他們也確實找到了兩家飛機事故的共同之處,這架隸屬於美國達美航空的飛機從上海飛往亞特蘭大。飛機燃油的溫度也在範圍之內,不過這架飛機在日後檢驗中,也沒有發現任何電子系統和機械系統出故障的證據。

調查員發現客機燃油流量出現四次變化,其中一次流量值很高,達到每小時1萬3千磅,巧合的是達美航空的波音777客機也遭遇了同樣的過程。調查員設法複製了當時相同的條件,試圖重現飛機降落前的動作。而這樣的實驗成功率很低,在最後一批次的測試中一次,終於集齊了當時所有的客觀條件。調查員先讓冰累積了3個小時,然後增加飛機的動力需求,這使燃油交換器下方的油壓劇減,調查員迅速檢查了這個關鍵的部件,他們發現很多冰聚集在燃油交換器表面。

形成於油管深處的冰晶,因為壓力的突然增加而脫離,這極大限制了流入發動機的燃油量,調查人員有足夠證據證實事故元兇。

飛機飛越西伯利亞上空時,燃油裡的水結成了冰,零下20攝氏度時,它們開始累積在油管內部,自動駕駛儀設定飛機定速巡航,冰的累積量也逐漸增加,在臨近降落時,亂流迫使發動機提供更多動力支持,大量湧入的燃油衝出了燃料系統的冰晶。大量冰晶堆積在燃油熱交換器表面,導致了最終的事故發生。

但是,達美航空如何躲過一劫?

因為當時達美客機不是降落,而是巡航狀態,只需要讓飛機發動機進入慢車狀態數秒,飛機就會自動清除燃油熱交換器表面的積冰。

得出調查結果後,羅羅公司迅速做出改變,重新設計了燃油熱交換器,他們讓燃油熱交換器表面變得更平坦,這樣即使結冰,冰晶也會直接掉入洞中而不影響正常的燃油輸送。

雖然出事客機機齡只有6年,但由於損毀嚴重,AAIB發布的報告中已將飛機損害描述為「超出經濟維修能力」,英航發言人亦證實飛機已作報廢處理,事故客機因而成為全球首架全損報廢的波音777客機。客機在完成調查後被拆卸。

圖7、希斯羅英雄――波克爾機長

38號航班的調查過程艱辛而曲折。但也帶來了好的結果,波音更改了配備羅羅發動機的波音777的飛行手冊,將「不應在『燃油溫度低於-10°C的高空』持續飛行超過三小時」改為「不應在『燃油溫度低於-10°C的高空』持續飛行超過兩小時」。

羅羅公司也對該款引擎之熱交換器進行改良並更換,波音777能以更加安全的姿態翱翔天空。

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