谈“天”|航空专家眼中的韩国济州航空飞机坠毁原因
波音737-800在多重故障条件下的操纵极限与机组应对能力,也将成为航空业检讨和改进的焦点。
2025,我们来谈个“天”。
用“未来已来”这四字来形容低空经济,或是最恰当的。当所有人觉得飞行汽车还是科幻主题时,低空产业、低空生活正以加速度驶向我们。2024年末,一则则始料未及的空难事故牵动着我们的神经。12月25日,阿塞拜疆航空空难,38人死亡;12月29日,济州航空2216号班机空难,179人死亡。与此同时,12月底,低空经济的明星企业德国Volocopter申请破产。
仿若一声声警钟,就在我们对未来充满无数想象的时候,我们却发现依然有颇多疑虑。安全?产业?回报?2025年,注定会是一个低空经济发展的关键之年。我们特意邀请了一线专家、企业聊聊天上的事情,包括飞机,低空产业以及它所带来的低空生活,一起寻找低空经济最好的着陆方式。
第一期,我们邀请到上海交通大学航空航天学院为我们分析韩国空难的问题所在。从他们的分析中,或可以引导我们思考,从安全的角度,发展低空经济,我们还需要做什么。
当地时间2024年12月29日上午9时3分许,济州航空7C2216号航班在位于韩国全罗南道的务安国际机场降落时坠毁,事故机型为波音737-800。在起落架无法打开的情况下,这架飞机尝试以机腹着陆,最终冲出跑道、撞上跑道尽头的水泥墩,导致起火燃烧,机身也断成两截,造成机上179人遇难,仅2位坐在飞机最后排的空乘人员获救。悲剧发生之后,民众对航空安全的忧虑骤然加深,退票数量急剧上升。济州航空方面表示,截至当日下午1点,已有高达6.8万个航班预订被乘客取消,其中,国内航班预订取消超过3.3万张,国际航线则达到了3.4万张。
从飞机研制的技术角度来看,现代飞机都采用了“fail-safe”(即失效也安全)的设计理念,包括此次坠毁的波音737-800型飞机,对于可能导致飞机灾难性失效状态的飞机功能,都由两个或两个以上的独立功能系统完成,避免单点失效(singlepointfailure),才能达到安全性目标并通过适航认证的批准。那么飞机在降落滑行过程中都有哪些手段来减速?通常飞机降落的标准机组操作流程有哪些步骤?实际降落过程中又存在哪些偏差呢?
波音737“fail-safe”的设计理念和减速系统
波音737是一款中短程、双发动机窄体喷气客机,也是波音公司唯一一款投产的窄体客机,于1964年启动,1967年首飞,1968年2月投入使用,至今发展出14个型号。
按照适航管理要求,该型飞机需要满足美国FAA适航规章14FAR25.1309条款要求,其中要求导致灾难性后果的失效状态的概率为“极不可能”,对应的概率要求为10的负9次方每飞行小时,并且不能由单点失效产生,从而确保飞机和重要系统实现了fail-safe的设计理念,即便是其中的某一个功能或系统失效了,飞机依然能够安全地返回地面。
波音737-800飞机的地面减速功能主要由机轮刹车系统(WheelBreakSystem)、减速板(Spoiler)和发动机反推(ThrustReverse)共同完成,分别通过地面摩擦力、空气阻力和发动机反推力来实现飞机的地面减速,三个系统相互独立。
地面减速功能还涉及飞机的发动机推进、高升力系统和起落架系统,在地面减速过程中发动机减小推力,高升力系统减少升力从而增大地面的阻力,起落架则将机轮与地面摩擦力传递到整个飞机的机体结构。典型飞机的地面减速功能和相关系统如下图所示。
此外,液压系统和电源系统正常工作也是地面减速的必要条件,这些公共资源系统都有足够的裕度设计,通常情况下都不会同时失效。
飞机正常着落的构型应该是飞行员选定的着陆襟翼设置,三个起落架放下并锁定,落地后发动机反推开锁并正常工作。从外部看飞机的着陆形态应该如下图。
值得一提的是,正常着陆流程中,当飞机主轮接地起落架支柱被压缩,飞机的“空中”状态随即转换成“地面”状态,一个电信号会被发送到地面减速板控制系统,减速板配合自动或手动命令完全展开,提供最大“破坏升力”的作用,一起参与飞机的减速过程。这个电信号称之为轮载信号(WoW,WeightOnWheels),因此起落架支柱压缩,给出有效的WoW轮载信号,是地面自动减速板系统工作的条件之一。
为了防止被非预期激活,减速板展开程序引入了特定的安全逻辑,只有主轮接地“轮载信号(WOW)有效+油门在慢车位(THRUSTIDLE)+减速板(SPEEDBRAKE)手柄在预位(ARM)”等条件同时满足时,即表明飞机确实已经接地且需要减速的时机已经达成,才允许地面扰流板完全伸出。
这样的设计同样适用于发动机反推系统的开启。为了防止飞行过程中发动机反推被意外触发,发动机反推系统内部设有多重传感器与锁定机构(如暖车锁、地面锁),通过严格的“地面/空中”状态转换的逻辑锁(如WOW、锁销)确保飞机在“空中”状态时反推不能开启,从而避免空中反推意外展开导致的飞行姿态严重失控。
降落减速存在较多问题
根据当前媒体报道和从视频画面中可见的飞机姿态,初步可判断本次济州航空波音737-800飞机在降落过程中,未能呈现出正常的着陆构型。如下图:
对比标准程序,事发飞机至少在以下方面与常规情况存在显著差异:
1、起落架疑似未全部放下或未锁定。从新闻视频及现场照片推测,飞机机腹与跑道出现明显接触痕迹,表明少部分起落架并未完全伸展到位,或者在接地前已失去正常支撑作用。若主起落架或前起落架无法放下或锁定,将造成接地姿态失常,进一步加大减速和方向控制难度。与此同时,起落架未放下导致机轮刹车无法正常工作,飞机着陆后失去最主要的减速方法。
2、襟翼未处于着陆所需的增升档位。韩国媒体视频和相关报道显示,该飞机机翼上的襟翼并未达到常规大角度展开,且某些画面甚至显示机翼外侧疑似保持较小或不对称的襟翼位置。
3、发动机状态异常:单发失效或动力不足嫌疑。目击画面中,飞机在临近地面时发动机外部流量疑似出现不规则喷流或抖动,韩国新闻报道亦推测可能在落地前经历了短暂的机身颤振(或“颤抖”)。
4、标准着陆减速环节或受阻:反推、扰流板、刹车同步性存疑。现场照片中,机体外部并未看到典型的“扰流板完全展开”形态,甚至从飞机外形难以判断是否有反推正常打开。若机组在触地前便遭遇起落架/动力等故障,自动扰流板和反推系统也可能无法进入正常工作逻辑,进一步加剧滑跑失控风险。
5、地面应急预案未完全实施:通常情况下,当地面管制单位确认来自飞行员的紧急信号后会对紧急情况的性质和严重程度进行判断,并按需上报给机场应急指挥中心。机场应急指挥中心根据情况通知机场公安分局、消防部门、医疗救护部门等相关单位和部门,通知其按照预定的方案启动相应的应急救援工作。此次事件中,由于未知原因预定的跑道并未采取例如喷洒泡沫等措施应对济州航空的迫降,整个着陆过程中也未见相应的消防人员和其他救援队伍。
“多重系统故障”叠加
Fail-Safe的设计至关重要。波音737-800在设计中强调系统冗余,如发动机反推、扰流板、刹车及起落架的多套液压/电气备用通道。通常情况下,单一故障不应直接酿成严重事故。所以,本次事件或许存在“多重系统故障”叠加,或严重鸟撞导致结构损坏,超出单一路径冗余的承受极限。
机组决策与执行尤为关键。标准程序要求飞行员在发现无法满足“稳定进近”指标时果断复飞(Go-Around),以换取更多时间排故或转场到更适合的机场。实际中,受天气、燃油、机场环境等因素限制,机组可能选择继续落地,但在关键环节(如襟翼、起落架故障、单发)出现时所能执行的紧急程序窗口非常狭小。
通过上述对比分析,我们可以看出此次事故并不是简单的单发失效的着陆状态,起落架未放下所以没有有效的WoW轮载信号,为此发动机反推和地面减速板也未能正常启动,而机场地面也没有看到相应的迫降准备,也不是通常的“迫降”准备。无论系统冗余多完善,最终安全还是离不开机组的经验、判断以及地面部门的协同。只有在Fail-Safe的系统设计与高水平机组资源管理(CRM)有效结合的前提下,才能将各种潜在风险降到最低。
本次济州航空发生事故的原因还需等待官方调查,官方调查报告将综合飞行数据记录器(FDR)、驾驶舱语音记录器(CVR)和残骸检验等,厘清起落架与发动机、襟翼等系统在最后时刻的真实状态。波音737-800在多重故障条件下的操纵极限与机组应对能力,也将成为航空业检讨和改进的焦点。
(作者单位:上海交通大学航空航天学院)