ATR72的严重振动和俯仰中断事件

核心提示： 近年来，ATR72飞机不止一次在空中发生机体严重振动和俯仰中断事件，引起业界关注。

近年来，ATR72飞机不止一次在空中发生机体严重振动和俯仰中断事件，引起业界关注。有关安全管理机构一方面责成制造商彻底查清事件发生的原因，另一方面也对飞行员如何正确处置这类情况给出了建议。

机体严重振动事件

2007—2014年，ATR72涡桨飞机发生了7起严重振动事件，最近的一次发生在2014年11月。当日，布莱金厄支线航空的一架ATR72飞机在维斯比机场进近，当飞机以250kn速度下降至2100m时，飞行员感觉飞机发生了“小幅振动”，随后振动变得“非常严重”，以至于客舱的空乘人员感到“难以移动”，驾驶舱的飞行员无法“读取仪表数据”。直至飞行员将螺旋桨置于顺桨状态并关闭了右侧发动机后，飞机的振动才停止，所幸机上的52名乘客及4名机组人员均未受伤。瑞典的政府事故调查局（SHK）经过调查后表示，这次事件没有发展为事故，是因为当时的目视气象条件较好，尽管机组人员在读取仪表数据时有困难，最终还是控制住了飞机。

2007—2014年，ATR72涡桨飞机发生了7起严重振动事件，有关安全管理机构责成制造商彻底查清事件发生的原因。

在其余的6起振动事件中，有一起发生在2013年9月，还有一起发生在2014年5月，这两起事件均由法国安全调查局（BEA）负责调查，而其余的4起在事后没有进行调查。

所有报告的ATR72严重振动事件都有一些共同点：事件都源自右侧发动机；事件都发生在飞机正以约250kn的速度下降时；事件发生时，发动机的转速降至空中慢车状态。而在这些事件中，螺旋桨和发动机的损坏包括：偏心轴套在超载荷后开裂；螺旋桨变桨距制动器在超载时发生严重弯曲；发动机安装架损坏；螺旋桨超载引起发动机压气机机匣开裂。

SHK已经要求飞机制造商ATR公司和螺旋桨制造商美国汉胜公司找到导致这7起严重振动事件的原因。BEA于2014年12月向欧洲航空安全局（EASA）提出了关于ATR飞机严重振动事件的建议，EASA基于这些建议于2015年1月发布了一份有关装美国汉胜公司568F-1螺旋桨的ATR42/72飞机振动问题的公告，并于2016年1月进行了更新。公告建议飞行员将飞机在进近时的速度降至240kn以下，关闭受影响的发动机。

美国汉胜公司于2014年10月发布的一份服务通告认为，这种振动主要是由于螺旋桨叶片轴承的过度摩擦，导致了桨叶的桨距角不同。汉胜公司表示已经研制了一种改进的球轴承分离器作为纠正措施。

但SHK调查人员认为，过度摩擦不可能在这么短的时间导致如此严重的振动，推测可能是由于发动机和机身发生了弯曲变形。SHK调查人员在作进一步解释时称，飞机的动部件，如操纵面及螺旋桨，需要有精湛的技艺才能正确安装，稍有偏差就可能导致气动弹性振动，这些振动虽然不会导致这些部件破坏，但会令人很不舒服，也可能会发展到很严重的程度。

SHK对布莱金厄支线航空的ATR72驾驶舱的语音记录仪进行频率分析时发现，飞机发生振动时总有一个不知来源的39Hz的声音，而ATR72在气动弹性认证时对应的发生振动的最大频率为30Hz，所以虽然不是很确定，但不排除可能是气动弹性振动的结果。

SHK呼吁EASA要限制ATR飞机的机动飞行包线或发动机使用剖面，直至ATR飞机公司和美国汉胜公司找到发生严重振动事件的根本原因。

俯仰中断事件

飞机的升降舵是飞行员操纵飞机俯仰运动的重要操作面，但是升降舵有时会突然下偏，或称之为“升降舵开裂”（split），导致飞机俯仰失控，或称作“俯仰中断”（pitch disconnect）。根据制造商的建议，在飞机操纵面控制系统被卡住的情况下，可以通过机长控制左侧升降舵以及副驾驶控制右侧升降舵，并同时在各自的驾驶盘上施加一个500N的差动力，可由一个装在机尾的俯仰解耦机构（PUM）将控制系统激活。5月5日，澳大利亚运输安全局（ATSB）公布了一份有关维珍澳大利亚支线航空的ATR72飞机于2014年2月发生的俯仰中断事件的调查报告。

机场摄像机拍摄的图像显示，ATR72飞机的平尾发生了倾斜。

报告称在2014年2月的俯仰中断事件中，当发生升降舵开裂时，两名驾驶员的第一反应就是通过各自的驾驶盘，向左右升降舵输入了相反偏转的指令，以阻止因为升降舵开裂导致的飞机以3.34g的加速度下落，然而飞机剧烈的俯仰变化，不仅使一名乘务员受了伤，同时也使得平尾的载荷超过了极限载荷的47％。由机场摄像机拍摄的图像显示，飞机的平尾在超载荷下发生了倾斜。

该机平尾发生倾斜是在5天后被发现的，而这5天内飞机又飞了13个航班。究其原因，是因为事件发生后维修人员只对飞机按照遭遇湍流的程序进行了检查，而该程序不要求查看升降舵和尾翼，致使平尾的倾斜被忽略了。

事后，ATR飞机公司承认没有考虑到在发生俯仰中断后引起的一系列瞬态效应，因为在正常的操纵系统中，操纵盘连接到升降舵的缆索上的张力是平衡的，但是当升降舵开裂引发俯仰中断时，这些缆索的平衡立刻被破坏并重新进行自动平衡。这种平衡过程是随机和瞬态的，包括升降舵和驾驶盘在不受控制下发生短时间的低阻尼振荡。如果两名驾驶员同时向升降舵输入了相反的偏转指令，很可能会使一侧平尾的空气动力载荷在瞬间增加到超过极限载荷。

为此，ATR飞机公司修改了有关俯仰操纵系统和遇到俯仰中断事件后的维护和操作文件，包括向飞行员发出警告，在遇到升降舵开裂时，只用一个驾驶盘进行控制。

事实上，EASA在2011年2月就发布了一个安全信息公告，提醒机组人员要避免“突然、双重或对抗性的输入”，并指出如果两名驾驶员各自向左右升降舵同时输入了相反偏转的指令，有可能会导致平尾的结构损坏。此后，ATR飞机公司也向所有运营商发出警告，在没有任何干扰的情况下发生俯仰中断，驾驶员的任何输入都可能会扰乱飞机的可控性。

此外，ATSB和ATR飞机公司也发现，这种瞬态振荡特性与飞机的飞行速度有很大关系。在类似的事件中，当飞机的速度较低，虽然出现了瞬态振荡特性也不会引起平尾的超极限载荷。ATR飞机公司后来确认，只要飞机的空速超过160kn，就可能会引起平尾的载荷超极限。而在2014年2月俯仰中断事件中，ATR72飞机的速度大约是240kn。ATR飞机公司通过飞行试验进一步确定，只要将飞机速度降到154kn，即比最高进近速度250kn低96kn，就能确保飞机依然可控。

ATR飞机公司的计算机模拟显示，在俯仰中断期间的低阻尼振荡的量级取决于飞行员的输入，以及飞行机组人员对PUM激活的反应速度。

ATSB报告最后要求ATR飞机公司能尽快完成在俯仰中断事件中的升降舵系统的动态特性的工程分析，并要证明ATR72系列飞机的尾部结构有足够的强度，能在遇到俯仰中断时确保安全，同时根据研究结果，立即拿出能确保飞机持续安全运行的举措。

专栏作者