馬航MH17被彈片擊中減壓墜毀

美聯社28日消息,烏克蘭國家安全發言人稱,MH17黑匣子的數據顯示,MH17墜毀前曾受到彈片的多次擊打,出現大量的爆炸性減壓,而這些彈片來自一枚導彈。 MH17的黑匣子已經被送交英國的專家檢查。烏克蘭政府和親俄武裝互相指責對方擊落飛機。

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設計圖片

黑匣子顯示馬航MH17航班係因爆炸性釋壓而遭破壞,最終導致了墜機——從航空安全的角度看,這算是一個萬金油式的解釋,因為絕大多數高空墜機都會因為結構破損而出現「爆炸性釋壓」的問題。但導致「爆炸性釋壓」的原因,新聞卻又語焉不詳。

什麼是「爆炸性釋壓」?

「爆炸性釋壓」(explosive decompression)是一個相當複雜的航空安全術語,但並不難以生活常識加以解釋——一個充滿氣的氣球,用針扎一下就會爆裂,這就是我們身邊最常見的「爆炸性釋壓」。現代民航客機的氣密增壓客艙,就類似於這樣一個充脹了的氣球。

現代民航客機巡航高度大多在8000-12000米之間,也即是對流層的上層至平流層的下層之間。在這一區間層內,含氧量和氣壓較海平面均大為下降,若不採取相應的防護措施,人類就無法堅持太長時間。

這裡所謂的「防護措施」,不僅僅是指供氧,還必須進行相應的增壓和保溫。因為在低溫低壓環境下人體吸收氧的能力也會大大下降,單靠供氧仍不足以維持生存。

從航空醫學的角度講,從海拔10000英尺(3048米)高度起,人體就會出現頭疼、疲勞症狀;14000英尺(4267.2米),發困、頭痛、視力減弱,肌肉組織相互不協調,指甲發紫、暈厥等症狀;18000英尺(5486.4米),除上述症狀外,記憶力減退,重複同一動作;22000英尺(6705.6米),驚厥,虛脫,昏迷,休克;28000英尺(8534.4米),人在5分鐘之內立即會虛脫、昏迷。

所以為保證乘員的安全,高空飛行的航空器都必須採取供氧、增壓、空調等一系列措施。民航機普遍採取座艙氣密增壓技術,而有更高飛行要求的軍機飛行員還會使用代償服、抗荷服等等。

現代民航客機在高空飛行時,客艙通常維持在約相當於海拔2400米(800​​0英尺)左右的氣壓水平——也即是略低於人體產生不良反應的海拔氣壓下限。

飛機為什麼不進一步增壓到與海平面齊平的水平呢?這在技術上並非不可行,但進一步增壓就意味著艙壁要承受更大的壓力差,整機就必須大大加強結構——這一切最終體現為更大的死重,在舒適性提升不明顯的同時,卻大大增加了飛機的製造成本和油耗,從經濟上看太不划算,所以現代客機的客艙增壓均以海拔2400米氣壓為標準。

當民航機處於10000米高度巡航狀態時,以海平面標準氣壓101.3kPa計,此時艙內氣壓約70kPa,艙外氣壓約為27kPa,內外壓差43kPa——根據壓力公式F=PS計算,此時每平方米麵積的客艙壁需承受約4.4噸的向外壓力。而當飛機著陸時,艙外壓轉而高於艙內壓,此時壓差為31kPa,即每平方米客艙壁需承受約3.2噸的向內壓力。

由於飛機運營起降頻繁,所以客艙壁承力結構也總是在高強度的內外壓差之間反復產生著應力扭轉,進而造成結構金屬疲勞——而這和機體主要承力構件的結構疲勞相比,往往顯得更隱蔽,也更難檢修。若檢修不到位,就可能導致艙壁在高空壓差最大時出現結構破損,甚至因「爆炸性釋壓」造成機體結構損壞,進而威脅到飛機安全。

典型爆炸性釋壓造成的空難

人類最早認識到氣密增壓艙結構疲勞和爆炸性釋壓,是因為臭名昭著的「彗星」客機系列空難。

由著名的英國德哈維蘭公司設計製造的「彗星」型客機(deHavillandComet)於1949年出廠,1952年投入商業運營。它是第一種採用噴氣引擎的高速民用客機,飛行性能極其優異,可以飛到10000米的高空——為了實現高空飛行,德哈維蘭的設計師們理所當然地給「彗星」配備了氣密增壓艙。

但德哈維蘭的工程師們壓根沒注意到,飛機在高低壓之間頻繁轉換會產生嚴重的金屬疲勞問題。結果,在1953年5月至1954年4月的不到一年的時間裡,投入航線的9架「彗星」號飛機,竟有3架以完全相同的方式空中解體。

事後的調查表明,由於頻繁的增壓減壓造成了「彗星」飛機氣密艙金屬疲勞,結果在高空飛行時機頂天窗鉚釘部分爆裂(此時艙內外壓差最大)​​,造成飛機突然在高空爆炸性釋壓,進而解體失事。

此後的航空設計師注意到了這一問題,在結構設計和維修規範中對氣密增壓艙的結構疲勞問題提出了一系列新的標準和要求,但仍不能杜絕相關事故的發生。

最典型的氣密增壓艙爆炸性釋壓事故,是日航123空難和美國阿羅哈航空243號事故。

發生於1985年8月12日的日本航空123號班機空難事件,是截至目前最大的單機傷亡空難。失事的JA8119號飛機為波音747-100SR型(為滿足日本國內市場而定制的大客座型號)。該機曾因操作不當,於1978年6月2日在大阪的伊丹機場擦尾,造成了機尾結構損傷。日航很老實地把飛機送修了,但負責維修的波音方面卻吊兒郎當——受損的機尾氣密艙壓力壁面板,本應用一整塊接合板連接兩塊需要連接的面板,並在上面使用三排鉚釘固定,但維修人員使用了兩塊不連續的接合板,一塊上面有一排鉚釘,另一塊上面有兩排。這造成接合點附近的金屬蒙皮承受的應力明顯增加,對金屬疲勞的抵抗力下降了70%之多。據事後估算,此次修補後,飛機只能飛10,000次左右。

但日航並未注意到這一問題,仍老老實實地按標準飛,結果飛到12,319次終於出事——飛機爬升到7000米左右高空時,尾部氣密艙隔板金屬疲勞達到極限而破裂,發生「爆炸性釋壓」,高壓空氣沖進機尾直接將垂直尾翼吹落,更要命的是還連帶扯斷了主要的液壓管線。機組駕駛著已無法操縱的飛機掙扎了半小時後墜毀,死亡520人。

另一起事故,​​發生在美國阿羅哈航空243航班上,不過該航班要幸運得多。 243航班為往返於夏威夷希洛島和檀香山之間的定期航班,使用的是波音737-200型客機。 1988年4月28日,該航班起飛後不久,在7300米高度上增壓艙出現結構破損——先是前艙左側一小塊天花板發生爆裂,機艙失壓,​​然後駕駛室後方至機翼前沿之間的機艙天花板被高速氣流撕裂,飛機瞬間成了敞篷車。一位因正在服務而沒係安全帶的空姐,當即被氣流吹出艙外遇難,其餘65名機組人員和乘客則不同程度地受傷。

所幸飛機撕裂面積雖然巨大,但並未像日航123航班那樣傷及操縱管路,機組仍能操縱飛機。更幸運的是,該航班當時距離備降場卡富魯伊機場僅43公里,所以僅用了10分鐘便落地,避免了更大損失。

事後調查,該機是由於機體老化鏽蝕,導致金屬疲勞,最終造成客艙爆炸性釋壓(當時客機已使用了19年,設計壽命是飛75,000次,而實際上卻飛了89,090次) 。

從前述3起空難看,除「彗星」系列空難是因為對工程科學認識不足而不得不交學費外,日航和阿羅哈航事故都是徹徹底底的人為災難,「爆炸性釋壓」類事故並非不可避免。

日航123事故之前半年,該機客艙後部的廁所門便報了28次故障(1985年2月)。但日航機務部門的維修報告裡,卻並未將廁所門的故障與早年擦尾事故造成的機體變形聯繫起來。而阿羅哈航空事故更屬典型的「要錢不要命」,不但飛機嚴重超標使用,乘客登機前都已經發現登機門附近有裂痕,但該航還要堅持飛行,結果終於出事。

爆炸性釋壓對航空器的安全影響

客艙空中失壓是民航界相對較常見的安全問題。密封不嚴、壓氣機或導氣管故障甚至​​空調故障,都有可能導致失壓。但這些情況對安全威脅並不太大——飛行員及時降低飛行高度即可解決。

「爆炸性釋壓」的情況雖很罕見,但卻屬於客艙失壓範疇類中最嚴重的情況,因為它不但造成飛機迅速減壓,而且往往還附帶有機體結構損壞——但損壞到什麼程度,就有點聽天由命的味道了。如阿羅哈航空243事故,只損壞艙壁而未損毀其他系統尤其是操縱系統,則只要迅速降低高度就近降落,未必會導致太嚴重的後果。但若是日航123航班一樣直接損毀了操縱或其他關鍵性系統,那就難以挽救了。

內因和外因都有可能導致「爆炸性釋壓」,本文前面介紹的主要是飛機自身原因,但外來破壞也同樣可能造成「爆炸性釋壓」。具體到馬航MH17航班,若在10,000米高空遭到外來攻擊,而導彈戰鬥部的霰彈片或連續桿剛好傷及增壓艙承力結構部位,誘發自身「爆炸性釋壓」的可能性也是完全存在的。■

文章來源:網易新聞

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