萬米高空發動機爆炸，南非航空103號航班

萬米高空，一架支線客機的發動機突然發生爆炸 火花的光芒照亮了機艙 是什麼造成了這起事故 飛行員又能否將飛機安全着陸 讓我們走進南非航空103號航班的故事 2019年11月8日 一架由南非航空鏈接公司運營的英國宇航146型客機 計劃執行一趟從津巴布韋 返回南非的例行返程客運航班 航班號爲南非航空103號航班 當乘客和機組人員抵達航站樓時 他們絲毫沒有預料到 這將是一趟絕不尋常的航程 本次航班機上共有4名機組人員 2名飛行員和2名客艙乘務員 以及34名乘客 飛機是一架英國宇航公司生產的 Avro 146 製造於1997年 並於2017年7月27日完成了上一次大型維修 機長在飛行前對飛機進行了繞機檢查 以確保一切正常 在確認無誤後，機長進入駕駛艙與副駕駛匯合 兩名飛行員都是南非籍 均持有有效的航空運輸駕駛員執照 機長的總飛行時間為8895小時 其中7035小時是在該機型上的經驗 副駕駛的總飛行時間為4157小時 但在該機型上只有81小時飛行經驗 這是一趟傍晚航班 文中所提及的時間為協調世界時間 比當地時間晚兩小時 大約在16點整乘客開始登機 約30分鐘後登機完成 客艙乘務員開始固定客艙設備 而飛行員則獲取啟動和放行許可 完成發動機啟動後 飛機進行了啟動後檢查一切運轉正常 隨後飛機滑行至等待點 當天飛行條件非常理想 風向為080度風速12節氣溫15攝氏度 天氣狀況為雲量與能見度正常 103號航班隨即向空管報告已準備好起飛 並很快獲得了起飛許可 副駕駛將飛機對準跑道中心線 在兩人確認無誤後 將四個油門桿全部推前 發動機進入起飛推力 四臺霍尼韋爾2J85發動機轟鳴著 推動飛機沿跑道加速 16點45分 103號航班順利升空 開始飛往南非約翰內斯堡的航程 機組隨後獲準爬升至飛行高度34000英尺 所有系統在飛行中運行正常 此時乘客們開始安頓下來 安全帶指示燈已關閉 飛機很快進入巡航狀態 預計接下來50分鐘保持這一高度 17點38分 航班在34000英尺的高度進入南非領空 在飛行員與新的空管部門聯繫完成後 繁忙的飛行情報區交接工作告一段落 飛行員開始放鬆 並討論進近與著陸事宜 當飛機距離約翰內斯堡還有240海浬 接近下降頂點時突然一聲巨響震撼了整個機體 飛機立刻向左偏航飛行員迅速接管操控 穩定飛機並開始排查問題 在客艙內乘客們聽到巨響感到飛機向左猛晃 左側舷窗外的火花照亮了機艙更加劇了現場的恐慌 在駕駛艙裡機組對飛機進行了配平控制 症狀顯示發動機失效 英國宇航146的優勢在於它有4臺發動機提供了 額外的冗餘保障 機組檢查發動機儀表後，震驚地發現 1號發動機和2號發動機都發生了災難性故障 1號發動機完全沒有讀數 2號發動機則持續出現震動，並伴有數值波動 這兩臺發動機都位於左翼 機長從駕駛艙能看到左側發動機似乎在冒火花 機組決定繼續操縱飛機，不急於做出決定 此時一名客艙乘務員與飛行員聯繫 報告部分乘客稱看到左側發動機冒火花 客艙內已出現恐慌情緒 飛行員保持冷靜，請乘務員穩定客艙秩序 並表示稍後將提供下一步行動的簡報 由於發動機停機的方式極為劇烈 幾乎不可能成功重新點火 而且貿然嘗試可能引發進一步問題 飛行員按程序執行了飛行中 發動機失效的應急檢查單 確保切斷了1號和2號發動機的燃油供應 隨後機組決定使用1號和2號發動機的滅火瓶 以撲滅任何可能存在的火情 接著他們檢查了飛機的其他系統 由於現在只有兩臺發動機提供推力 飛機已無法維持當前高度 開始緩慢下降到剩餘推力能夠支撐的高度 機組無法確定導致兩臺發動機災難性故障的原因 並擔心剩下的兩臺發動機也可能出現問題 機長隨即向空中交通管制發出MAYDAY緊急呼叫 通報他們失去了兩臺發動機 正在從飛行高度34000英尺下降 並表示正在評估備降選項 稍後會將決定告知空管 空管為103號航班騰出了所需空域以便應對緊急情況 搜救部門進入待命狀態調度團隊也隨時準備行動 空管還聯繫了附近的一座空軍基地通報情況 該基地距離103號航班當前航線約50英里 並進入隨時可接收備降的待命狀態 與此同時機組與航司的維修控制中心取得聯繫 匯報並討論情況 空管告知103號航班空軍基地可隨時供其使用 經過討論機長決定繼續飛往約翰內斯堡在目的地機場降落 儘管還有240海浬但它們可以進行緩慢下降 以減輕兩臺剩餘發動機的負荷 並爭取足夠的時間向客艙乘務員和乘客做好簡報 並反復確認所有應急程序 此時是17點57分距離最初爆炸已過去19分鐘 到這時乘客們已變得相當不安 飛行員與客艙乘務員溝通說明瞭計劃 乘務員隨後向乘客進行情況通報 告知將繼續飛往目的地 18點10分 103號航班被要求改用 專用無限點頻率132.15MHz 空管隨後告知當前使用的是03號跑道 但考慮到他們的航向可以使用21右跑道 機長接受了21右跑道並檢查了 飛機的性能是否足以在該跑道安全著陸 在完成新的進進與著陸簡報後 機組開始為這一步尋常的情況做準備 機組仍然擔心剩下的兩臺發動機存在風險 因為至今不清楚發動機失效的原因 也無法確定爆炸是否對左翼造成了損傷 雖然外觀看似完好 但機翼或操作系統是否受損仍不得而知 機組商議提前放下著陸構型 以檢測飛機的穩定性 但這會增加阻力 並給剩下的兩臺發動機帶來更大壓力 趁著下降帶來的速度餘量 飛行員決定先測試金翼 駕駛艙裡的緊張氣氛逐漸升高 當副駕駛握住金翼操縱桿時 兩人都做好了心理準備 隨時觀察是否會出現異常震動或操縱問題 副駕駛將金翼放到第一檔 機長和副駕駛全神貫注地傾聽與觀察金翼的動作 機長隨後進行了一些緩慢的轉彎 以模擬進近飛機表現正常 於是他們決定直接放到着陸檔 按照相同程序，副駕駛移動操縱桿 認真觀察與傾聽襟翼順利放下，沒有出現問題 機長再次進行幾次緩慢轉彎，飛機依舊錶現正常 由於飛機已處於着陸構型，爲避免再次收放帶來風險 機組決定保持這一狀態繼續飛行 憑藉當前高度，飛機可以在不對剩餘發動機 造成額外壓力的情況下完成進近 18點28分 103號航班被移交 至124.5兆赫的進近管制頻率 當時距離跑道僅10分鐘航程 客艙乘務員開始向乘客進行緊急着陸程序簡報，並做好準備 爲確保103號航班優先降落 所有正在進近03號跑道的飛機都被指令中斷進近 進入等待航線，以便103號航班能夠向右接近21號跑道 飛行員通知客艙乘務員就座，機艙內瞬間安靜下來 只有兩臺剩餘發動機的轟鳴聲推動飛機向跑道逼近 機組完成了單側推力的着陸前檢查 專注於即將到來的着陸任務 遠處，他們已看見等待的應急車輛 當飛機逐漸接近地面時，機長要求副駕駛移除配平 由機長通過腳踏感受並掌控所需壓力 飛機越過跑道入口時，機長向右調整，將機頭對準跑道中線 18點39分 103號航班安全着陸 飛機滑出跑道後進行了快速的火情檢查 隨後在應急車輛的緊密跟隨下滑行回停機坪 到達機位後飛行員關閉了僅剩的兩臺發動機 讓所有乘客下機機上乘客與機組人員均無人受傷 當乘客走下飛機時 可以清楚地看到左側兩臺發動機都受到了損壞 機組下機檢查時發現二號發動機發生了爆炸 碎片被拋入一號發動機造成了損傷 調查事故原因時證實了這一點 二號發動機左側機匣被第四級渦輪輪盤撕裂 第四級渦輪轉子輪被發現卡在排氣機匣內 卡在渦輪盤與排氣肋條之間的是固定螺母 輪盤上的所有渦輪葉片都被甩出飛向了一號發動機 飛行員之所以首先看到一號發動機失效 是因為二號發動機的渦輪葉片 擊中了一號發動機的全權限數字電子控制系統 而全權限數字電子控制系統 負責提供發動機的數字讀數與狀態信息 葉片同時還擊中了燃油機油及氣動管路 因此二號發動機的第四級渦輪輪盤是故障的起點 調查人員回查維修記錄 發現二號發動機是在2013年6月2日安裝的 其第四級渦輪轉子盤在本次事故發生前幾個月已達到壽命極限 2017年7月27日這個第四級渦輪盤被拆下並更換 然而在安裝過程中 用於固定第四級渦輪的固定螺母被重複使用 調查發現，這枚固定螺母在飛行中出現了 鬆脫，導致第四級渦輪脫落 至於螺母鬆脫的原因，最可能的原因是超速環裝錯 而這被認爲與飛機維修手冊中缺乏關於 第四級渦輪盤定位的尺寸指導有關 此外，當時維修是在發動機仍掛在機翼上的狀態下進行的 這使得部件在安裝過程中存在微小的位移可能 雖然幅度不大，但在極小的公差下也會產生影響 維修工程師必須保持極小的公差 例如，第四級渦輪轉子伸出機匣的長度必須在0.13毫米以內 正是由於這些原因，超速環可能被裝錯，導致齒面錯位 從而引發渦輪超速運轉，使固定螺母鬆脫，渦輪脫落 最終造成災難性故障 自安裝以來，這枚固定螺母和第四級渦輪 轉子輪大約在經歷了320飛行小時 248個循環後就從低壓渦輪軸組件上鬆脫並脫落 這裏涉及的技術與維修術語比較多 我儘量把內容拆解得易於理解 核心問題就是，固定發動機四級渦輪之一的螺母鬆脫 使得渦輪能夠移位並最終解體 原因要麼是螺母的緊固扭矩不正確 要麼是渦輪的超速保護裝置超速環安裝不到位 這是渦輪在沒有保護的情況下轉速超出可接受範圍 增加的動能和震動又促使螺母進一步鬆脫 由於這起事件，英國宇航146 系列飛機的飛機維修手冊被修訂 新增了第四級渦輪轉子組件安裝的尺寸檢查程序 英國宇航公司向所有運營商發佈了信息 並附上將在新版手冊中包含的尺寸檢查示意圖 這起事件的結局算是積極的，它本有可能演變成一次重大災難 機組在整個過程中表現出極高的職業素養 保持冷靜穩定操縱飛機，併成功完成進近和着陸