伊朗航班事故:如果客機的發動機突然壞了會怎樣?
據美聯社報道,10月15日,伊朗一架載有426名乘客的波音747型客機在飛行時,客機3號發動機部分脫落并砸壞了機身。所幸的是,客機立即返航安全迫降于機場,并未造成人員傷亡。
那么,問題來了,少了一個發動機的客機,還能繼續飛行嗎?

10月15日,伊朗一架波音747客機飛行時,3號發動機部分脫落,所幸客機隨即安全迫降于機場,并未造成人員傷亡。圖片來源:aljazeera.net
隨著民用航空技術的飛速發展,商業客機不斷更新換代。以波音公司為例,旗下的波音747系列和737系列都是商業客機中的常青樹,在近半個世紀的演變中,737系列生產數量接近9000架,最先進的波音737 MAX首架預計在后年交付。商業客機的升級離不開先進的航空技術,比如航空電子、氣動優化以及強勁而可靠的動力系統等。航空電子設備的飛躍讓駕駛飛機變得更加簡單,巡航階段由自動駕駛儀控制,飛行員負責起降介入。
氣動布局的成熟使得商業客機的飛行品質更高,在應對單發、雙發失效的緊急情況下有更出色的表現。強勁的發動機則賦予了客機更有力的心臟,在雙發配置下,即便一臺出現故障停車,另一臺仍然可以完成起飛和降落。對于一些更先進的雙發商業客機,還被賦予了ETOPS延程飛行能力,在單發狀態下能夠繼續飛行至少180分鐘。

對于雙發客機而言,如果一臺發動機故障而停車,還能依靠另一臺繼續飛行至備降機場。圖片來源:airliners.net
多種氣動布局的優化
氣動布局對商業客機而言,重要性相當于先天條件,如果氣動從一開始就設計錯誤,或者存在安全隱患,亦或影響經濟性,那么這款客機的壽命也不會長久。第一代噴氣式客機基本采用了翼根式發動機布局,把動力系統內安裝在機身與機翼的結合部位。這樣設計的優勢在于風阻較小,在發動機推力還不給力的年代,有利于增強飛行員對客機的控制能力。發動機距離客機重心較近,也能在一側發動機失效的情況下,減小推力分配的不平衡性,這對商業客機安全性而言是非常重要的。
除了翼根式外,還有機尾式發動機布局,將發動機安裝在機尾兩側。比較經典的有麥道-80/90系列,蘇聯的圖-154客機等。如今也有現代客機使用這樣的布局,比如我國的ARJ-21、加拿大龐巴迪CRJ系列等,區別在于后者屬于支線客機。對于干線客機而言,最優的方案仍然是翼下吊掛式發動機。波音737之所以能風靡半個世紀,是因為它一入門就選對了氣動。吊掛式可減輕翼根位置的結構壓力,在先進的飛控介入下,單發推力不平衡的問題可以解決。經過半個世紀的發展,大型客機的氣動都使用了翼下吊掛式,支線小飛機可使用機尾式發動機布局,以至少兩臺發動機為基本配置,重點優化單反飛行、雙發失效情況下的迫降能力。

翼下吊掛式發動機的優勢在于降低翼根負荷,同時也有維修的便利。圖片來源:airliners.net
單發飛行與雙發失效迫降
使用兩臺以上發動機的商業客機,如果其中一臺出現故障,就可以使用另一臺繼續飛行。在巡航階段中出現單發停車的故障并不罕見,飛行員能夠利用一臺發動機找到最近的機場降落。2014年11月,南航CZ 3739航班就遭遇一側發動機起火冒煙,單發著陸的事件;海航HU7606航班在2011年也遇到單發失效。對于巡航狀態的雙發或四發發動機,單發失效仍然有很大的概率安全降落,但是若處置不當,也可能造成嚴重后果。
單發飛行也被適用于起飛狀態,現代客機在設計時充分論證了使用一臺發動機起飛的能力。波音最新型號的波音787-9,在試飛時就進行了全面的單發起飛驗證。飛行員在起飛過程中關掉一臺發動機模擬故障發生,787-9立刻出現推力不平衡現象,機身往一側偏離,此時飛行員可通過垂直方向舵和襟翼的配合使用,讓機身保持穩定并起飛。進行單發起飛性能測試目的在于,讓客機進入接近極限的起飛狀態,給出一個起飛決斷速度,一旦超過這個速度,那么即便判斷為單發失效,客機也能夠安全起飛。如果沒有達到這個臨界速度,那就猛踩剎車吧,至少前面的跑道還夠長。

單發飛行示意圖,利用舵面平衡力矩。圖片來源:skybrary.aero
當雙發客機兩臺發動機全部失效時,只能通過滑翔降落。此時經過優化的氣動就幫上大忙了,如果風阻較小,那么滑翔距離肯定更遠,這就為迫降贏得了更多的時間。
1983年加拿大航空公司波音767執飛的143航班就遭遇雙發空中停車。由于對載油量的計算失誤,導致這架767在飛行中途把燃油用光了。發動機全部停車后,大部分儀表盤也一片空白。幸運的是,這位機長是一位滑翔機飛行員,而且經驗豐富,在一邊掉高度的情況下估算出了可能的滑翔距離。不幸的是,767仍然無法滑翔到迫降機場。
奇跡再次出現,副駕駛曾經是加拿大皇家空軍飛行員,知道附近有個被關閉的空軍基地。他當時不知道的是,這條跑道被改成了卡丁車賽道,于是143航班就這么一路滑翔完成迫降。由此看出,對于雙發客機而言,雙發失效比單發失效更為恐怖,失去全部動力也面臨著失去液壓控制和電力的風險。

1983年加拿大航空公司的波音767執飛的143航班遭遇雙發空中停車,最終滑翔迫降。圖片來源:u-cursos.cl
為了保證雙發客機的安全性,國際民航組織提出,當雙發客機發生一臺發動機故障時,客機能夠利用剩余一臺發動機繼續工作,并且抵達最近的備降機場,這個能力也被稱為延程飛行。延程飛行主要針對的是越洋航班,畢竟海洋上飛行備降機場很少,如果執飛客機沒有延程飛行能力,那么就要把航線沿著海岸線來飛。
隨著商業客機發動機技術的進步,空中停車故障率也大幅度下降,延程飛行被逐步放寬到180分鐘以上,這意味著最近的備降機場可能距離你2000千米以上。對航空公司而言是個利好消息,可以開拓更多的洲際越洋航線。
這一切的基礎是現代客機擁有先進而可靠的發動機,具備單發飛行能力,即便在雙發失效的低概率事件中,也能利用氣動滑翔迫降。
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