综合美联社、美国哥伦比亚广播公司(CBS)、《纽约时报》6月15日报道,美国西南航空公司一架波音737 Max 8型客机于5月25日从亚利桑那州首府菲尼克斯(又称凤凰城)飞往加利福尼亚州奥克兰期间,在空中发生异常滚转现象,导致机尾“严重”受损,所幸飞机最终安全降落,机上人员没有受伤。目前美国联邦航空管理局正调查此事。

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美国西南航空公司飞机 资料图 图自《纽约时报》报道配图

看到这个新闻,大多数读者朋友首先会发出疑问:“荷兰滚”是什么?

从专业角度来看,“荷兰滚”,英文Dutch Roll,据说这一现象得名于荷兰滑冰运动员的技术动作。在航空用语, “荷兰滚”是一种不稳定的飞行状态,在这种状态下,飞机机翼等部位会发生大幅度的飘摆。美国国家运输安全委员会的最新信息称,事故发生时,飞机高度约为3.4万英尺,大约10300米。

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花样滑冰运动员在冰面留下的滑痕

再具象一些,我们通过举例说明来解释。 假设一架飞机在飞行过程中,遭遇外界干扰或飞行员操作导致向一侧滚转。 在这种情况下,向下沉的机翼会因为侧滑而产生更大的升力,从而有助于机翼自行恢复平衡。随着升力的增加,下沉的机翼尝试回到水平位置,但这会带来阻力的增加,进而使机头向该侧偏转。然而,由于飞机装配了后掠翼,这种修复动作往往伴随着逆向侧滑,导致另一侧的机翼开始下沉。随之而来的是该侧升力和阻力的增加,使得机头向新的下沉方向偏摆。这一系列动作形成了一个动态的调整循环,飞机不断通过这种自我修正的方式来寻求飞行稳定。

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飞行员形象地描述了机头在空中绘制“八字”形状的情况,这实际上是飞机两个轴向的旋转发生耦合所致。在不使用方向舵的情况下,解决荷兰滚通常较为困难。然而,如果时间和条件允许,荷兰滚也可以自动纠正。一般情况下,飞行员会通过减少操作输入、降低飞机速度,甚至可能下降高度来自动纠正这一问题。但如果需要快速解决,就必须依赖方向舵的干预。方向舵的介入能够迅速校正飞机的偏航趋势,从而快速消除荷兰滚。

因此,在现代民用商用飞机的设计中,方向舵通常配备了偏航阻尼系统。虽然这听起来颇具学术性,其实质是一个自动设备,专门用于快速抑制偏航。当此类情况发生时,该系统能迅速消除偏航,有效解决荷兰滚的问题。这种设计大大提高了飞机的稳定性和安全性。

波音公司的飞机自然也配备了偏航阻尼装置。然而,引人深思的是,在今年2月,美国联邦航空管理局(FAA)发布了一项通知,要求各航空公司检查飞机方向舵的螺钉、螺帽和垫圈是否有松动或脱落的情况,这类问题可能导致方向舵功能部分失效。而在最近的5月25日发生的荷兰滚事件中,FAA及美国运输安全委员会(NTSB)发现涉事飞机的偏航修正机构出现了故障。目前尚不清楚该故障是功能完全丧失还是出现了恶性功能。这一发现突显了航空安全中的潜在风险,对飞机的维护和监管提出了更高要求。

例如,在原本应当修正荷兰滚的过程中,由于设备故障,偏航阻尼装置反而起到了相反的作用。它不仅未能纠正偏航,反而可能加剧了这一现象,导致飞机持续出现横滚,难以迅速恢复平稳飞行。这种情况显然让机上的乘客感到极为紧张,增加了飞行中的不安全因素。

据最新通报,这架航班的飞行数据已经从黑匣子中下载并准备分析,以确定荷兰滚的持续时间和严重程度。然而,由于语音记录被覆盖,无法提供直接的证据。尽管如此,通过已有的数据分析,我们可以迅速追踪到问题的根源。已知方向舵存在故障,并且横梁也出现了问题,这显然指向了飞机航向稳定性的严重缺失。因此,可以推断这种稳定性问题可能导致了荷兰滚效应的部分放大。这引发了对荷兰滚潜在危害的进一步关注和分析。

“荷兰滚”的危害有多大?

历史上,波音公司曾经发生过一起因荷兰滚导致的严重事件。

1959年,一架波音707正在进行一次演示飞行,准备交付给布兰尼夫公司。机上共有8名资深飞行人员,目的是测试飞机对荷兰滚的应对措施。然而,由于飞行员过度自信,在进行大角度操纵时不慎使飞机进入荷兰滚。当时的飞机倾角最大达到了60度以上,随后飞机进入了更为严重的发散状态,坡度接近90度,使得这种震荡变得难以修正。尽管最终飞机脱离了螺旋状态并重新稳定,但在荷兰滚和随后的螺旋过程中产生的巨大过载导致四个发动机悬挂的三个完全失效。

换句话说,在这次事件中,飞机四个发动机中有三个失效,导致飞机无法正常飞行,最终不得不执行紧急降落。在着陆过程中,飞机不幸解体,造成机上8名人员中的4人遇难。这是历史上由荷兰滚引发的一起严重事故。

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(非此次事故)1958年4月15日,FAA和波音试飞员一起进行波音707飞行测试

通常情况下,荷兰滚应该是一个收敛的过程,即飞机在震荡几次后,因能量损失而逐渐停止。然而,如果方向舵失效或出现干扰,飞机可能会进入荷兰滚的发散状态,从而完全失控,最终可能导致严重事故。关于波音737 MAX的情况,如果该型号飞机出现荷兰滚,通常不应归咎于设计问题。更有可能的是,在制造过程中,原本应抑制荷兰滚的机制发生了严重故障。因此,这种问题可能源于波音公司在供应链管理和生产过程中的缺陷。

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