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為何飛機會失速?

Fabian Schmidt
2019年3月16日

許多空難的發生原因是飛機突然失速。過去的數起空難中,在感應器傳達錯誤的機翼攻角及飛行速度後,機長或自動駕駛做出錯誤決定。

Boeing 737 MAX 8
圖片來源: Getty Images/J. Raedle

(德國之聲中文網)即使是在低速飛行的情況下,民航客機一般不會輕易墜毀。依照客機的結構設計,即便時速只有280公里,機身也能持續飛行。這要歸功於機翼的特殊形狀,它們能將空氣向下反推,借此製造出升力。

只要空氣順暢地流到機翼表面的後方,功能就能正常運作。在機翼後方區域,大量的空氣形成負壓,進而將機翼向上拉升。

攻角大小與空氣動力

但前提是機翼必須與周圍空氣形成正確攻角,即空氣流向與機翼方向的夾角。若攻角過大(約大於15度角),氣流便無法順利流過機翼的上下兩面,造成氣流分離並產生漩渦。這樣的現象是第一個危險警示。

若不採取任何措施,情況將會惡化。飛機駕駛必須下拉機頭降低攻角。如此一來可以避免漩渦,並確保飛機的升力。若飛行員未做出這一反應,在攻角介於18至22度時,飛機便會進入失速狀態。機翼上方的空氣開始形成渦流。

在此情況下,機翼失去了升力以及維持平衡的功能,飛機會朝前傾斜並開始下墜。若飛機是曲線飛行,失速的情況也可能只發生在一側機翼上,造成飛機旋轉,如石塊般墜落。只有在離地相當高的距離下,經驗豐富的機長才能成功重拾對飛機的控制。

最常在起飛階段發生失速的便是民航客機圖片來源: picture alliance/NurPhoto/L. Souza

速度也是關鍵

尤其當飛機高度攀升時,這樣的情況尤其容易造成飛機墜毀。最常在起飛階段發生此類意外的便是民航客機。飛機的速度越慢,就必須以較大的攻角飛行,如此才能取得充足的升力。若飛機無法超越必須的失速速度,就會發生失速的情況。

起飛不久後,飛機需要相當大的推力才能同時增加速度並提升高度。在上升期間若推力減弱,將無可避免地導致速度降低。

該相信哪個感應器?

無論是何種情況,機長都應掌控飛機速度以及機翼攻角。若顯示相關數據的感應器失靈,機長必須切換至備用感應器。然而,飛行員也需能分辨哪一個感應器的數據是錯誤的。若飛機駕駛參考的是故障感應器,意外便會加速到來。

近數十年來的航空事故中,有三起是因為感測飛行速度的"皮託管"(或稱"空速管")發生測量錯誤造成:1966年,從多明尼加共和國起飛的伯根航空301號班機在起飛不久後墜毀。該班機的皮託管上可能堆積了過多灰塵。同年發生的秘魯航空603號班機空難也有近似的情況。該班機的皮託管在起飛前剛進行清潔,只是地勤人員沒有將粘貼在靜壓孔的護條撕除。

上述兩起空難中,皮託管皆發出了飛行速度過快的訊號。伯根航空301號班機的飛行員試圖將機頭上提減速,卻造成無可挽回的悲劇。或許是速度錯誤的訊息造成駕駛員的混亂和不知所措,使他忽視了第二個感應器的正確數據以及即將發生失速的警報訊號。

秘魯航空603號墜毀前,機組人員進入了緊急狀態並要求返回機場。但在降落時飛機失速墜落,機上所有人員全數罹難。

2009年法國航空447號班機空難,原因可能是皮託管結冰。不過當時飛機已經進入切換自動駕駛的飛行高度。在自動駕駛解除後,飛行員可能因為飛機突如其來的傾斜,在試圖拉回機頭時將機頭拉升過高,最終飛機失速墜落於大西洋。

自動駕駛是解決之道?

飛機製造商正致力通過兩種方式改善問題:一方面,飛行員必須接受特殊訓練,學習應對感測器測量數據錯誤,並在混亂緊急的情況下正確分析數據。另一方面也必須革新技術,在機師因壓力過大做出錯誤決定時,系統能介入操作。波音公司在737MAX飛機中引進了"機動特性增強系統"(MCAS),該系統能偵測到緊急飛行情況,並在即將失速時進行干預,不過前提是自動駕駛已被關閉。這樣的狀況可能發生在飛機起飛不久正進行爬升,感應器卻提供不可靠的測量數據之時--例如法國航空失事前遭遇的情況。

然而,2018年10月發生空難的獅航610號班機上也裝置了MCAS系統。該航班的皮託管並未出現故障,出現問題的是顯示機翼攻角的感應器。兩個感應器顯示的數據相差20度。這起空難也是在起飛不久後的爬升階段發生。

在2019年3月10日發生的衣索比亞302號客機空難中,至少有一個跡象表明與MCAS有關。全球航班雷達"24小時飛行雷達網"(Flightradar 24)記錄到該航班"升降速度不穩"。這可能意味著機長和自動駕駛作出了相反的操作。究竟這起事故發生的原因為何,必須等到對黑盒子進行分析後才能得出結論。

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