擁有對稱發動機的飛機一側發動機壞了後,飛機還能平穩飛行嗎?


10月15日,伊朗馬漢航空一架波音747-300客機(航班號W5-1095,註冊號EP-MNE)從德黑蘭機場起飛後一隻發動機掉落在城區,飛行員決定緊急返航。客機隨後在德黑蘭梅赫拉巴德機場安全降落。

  右側發動機的一個部件從發動機上脫落,刺穿了發動機掛架並且撞擊了機身。隨後整個發動機與機身分離後掉落。

  馬漢航空是伊朗一家私營航空公司。當地媒體稱,機上當時載有426名乘客。當地媒體記者在Twitter上表示,一隻發動機從飛機上掉落,飛機隨後在德黑蘭機場降落。另外,還公布了掉落髮動機的圖片。

  那麼,問題來了,少了一個發動機的客機,還能繼續飛行嗎?

  隨著民用航空技術的飛速發展,商業客機不斷更新換代。以波音公司為例,旗下的波音747系列和737系列都是商業客機中的常青樹,在近半個世紀的演變中,737系列生產數量接近9000架,最先進的波音737 MAX首架預計在後年交付。商業客機的升級離不開先進的航空技術,比如航空電子、氣動優化以及強勁而可靠的動力系統等。航空電子設備的飛躍讓駕駛飛機變得更加簡單,巡航階段由自動駕駛儀控制,飛行員負責起降介入。

  氣動布局的成熟使得商業客機的飛行品質更高,在應對單發、雙發失效的緊急情況下有更出色的表現。強勁的發動機則賦予了客機更有力的心臟,在雙發配置下,即便一台出現故障停車,另一台仍然可以完成起飛和降落。對於一些更先進的雙發商業客機,還被賦予了ETOPS延程飛行能力,在單髮狀態下能夠繼續飛行至少180分鐘。

什麼是「ETOPS」

  為了保證雙發民航飛機安全飛行,國際民航管理機構制定了一項特殊要求。也就是ETOPS,中文叫做雙發延程飛行。是指雙渦輪動力飛機的運行航路上有一點到合適機場的距離超過規定時間飛行的運行。

  比方說,擁有180分鐘ETOPS資質的飛機所執飛的航路上各點距離最近備降機場的航程不可以超過180分鐘,要求飛機在航路選擇上應滿足要求。或者換句話講,就是要求這架飛機在飛行過程中如果其中一台發動機發生故障而停車,而僅憑另一台發動機能夠繼續飛行最長180分鐘以到達備降機場。而180分鐘的ETOPS足已令世界95%面積都能夠執行雙發延程飛行的航班。

  ETOPS規則主要應用在跨洋飛行,因為此時可供選擇的備降機場較少,如果沒有ETOPS能力,意味著飛機需要選擇盡量靠海岸線的航路飛行,以確保安全。ETOPS能力越強,意味著航空公司可以利用雙發飛機開闢更多的直飛航線。

  目前主流的雙發客機都已經獲得了180分鐘ETOPS的運行許可,其中ETOPS能力最強的是空客A350XWB飛機獲得了歐中航空安全局(EASA)批准的長達370分鐘的延程運行認證。意味著A350在單發失效的情況下,能夠在標準大氣環境下再繼續飛行長達2500海里(4360公里),大約的飛行時間為370分鐘。

兩架空客A350-900並肩飛行

多種氣動布局的優化

  氣動布局對商業客機而言,重要性相當於先天條件,如果氣動從一開始就設計錯誤,或者存在安全隱患,亦或影響經濟性,那麼這款客機的壽命也不會長久。第一代噴氣式客機基本採用了翼根式發動機布局,把動力系統內安裝在機身與機翼的結合部位。這樣設計的優勢在於風阻較小,在發動機推力還不給力的年代,有利於增強飛行員對客機的控制能力。發動機距離客機重心較近,也能在一側發動機失效的情況下,減小推力分配的不平衡性,這對商業客機安全性而言是非常重要的。

  除了翼根式外,還有機尾式發動機布局,將發動機安裝在機尾兩側。比較經典的有麥道-80/90系列,蘇聯的圖-154客機等。如今也有現代客機使用這樣的布局,比如我國的ARJ-21、加拿大龐巴迪CRJ系列等,區別在於後者屬於支線客機。

採用機尾布局的東航MD-90客機

  對於幹線客機而言,最優的方案仍然是翼下弔掛式發動機。波音737之所以能風靡半個世紀,是因為它一入門就選對了氣動。弔掛式可減輕翼根位置的結構壓力,在先進的飛控介入下,單發推力不平衡的問題可以解決。經過半個世紀的發展,大型客機的氣動都使用了翼下弔掛式,支線小飛機可使用機尾式發動機布局,以至少兩台發動機為基本配置,重點優化單發飛行、雙發失效情況下的迫降能力。

採用翼根布局的739-900

單發飛行

  使用兩台以上發動機的商業客機,如果其中一台出現故障,就可以使用另一台繼續飛行。在巡航階段中出現單發停車的故障並不罕見,飛行員能夠利用一台發動機找到最近的機場降落。2014年11月,南航CZ 3739航班就遭遇一側發動機起火冒煙,單發著陸的事件;海航HU7606航班在2011年也遇到單發失效。對於巡航狀態的雙發或四發發動機,單發失效仍然有很大的概率安全降落,但是若處置不當,也可能造成嚴重後果。

  單發飛行也被適用於起飛狀態,現代客機在設計時充分論證了使用一台發動機起飛的能力。波音最新型號的波音787-9,在試飛時就進行了全面的單發起飛驗證。進行單發起飛性能測試目的在於,讓客機進入接近極限的起飛狀態,給出一個起飛決斷速度,一旦超過這個速度,那麼即便判斷為單發失效,客機也能夠安全起飛。如果沒有達到這個臨界速度,那就猛踩剎車吧,至少前面的跑道還夠長。

單發飛行示意圖,利用舵面平衡力矩

  如果飛行時遇到一台發動機失效,不能正常工作,那麼,飛機兩側機翼上所受推力就會不平衡,機翼上所產生的升力也會不一致,受這些因素的影響,飛機會向發動機失效的一側偏轉,從而導致飛機向內側產生坡度。

  這時,飛行員除了通過改變飛機的左右坡度,緩解升力不平衡的問題,還會通過垂直尾翼的方向舵進行偏航調整(這在上期的「垂直尾翼」有過介紹),通過相反的力矩阻止飛機發生偏轉。

  與此同時,飛行員會將工作正常的發動機的轉速和推力加大(一些先進的機型會自動完成這一工作)。如果加大了的發動機推力無法維持飛機在原有高度層飛行,飛行員會根據飛行管理計算機的提示,降低飛行高度,下降到僅憑單台發動機也能維持正常飛行的高度層,並保持工作發動機的最大連續推力,使飛機加速至單發遠程巡航速度,維持飛機繼續飛行。

  當然,降低飛行高度將會增加飛機的耗油量,這對遠程飛行來說很可能造成燃油不足。同時,為避免另一台仍在工作的發動機發生意外,飛行員在單發失效的情況下往往傾向選擇儘快在就近的備降場著陸,以確保旅客和飛機的安全。

雙發失效迫降

  當雙發客機兩台發動機全部失效時,只能通過滑翔降落。此時經過優化的氣動就幫上大忙了,如果風阻較小,那麼滑翔距離肯定更遠,這就為迫降贏得了更多的時間。

  最著名案例的要數2009年發生在美國紐約的全美航空哈德遜河迫降事件了。

  2009年1月15日全美航空1549號班機 是執飛紐約拉瓜迪亞機場到夏洛特的航班。飛機起飛後90秒攀升到3200英尺時,因撞鳥而導致兩個引擎全部失去動力。由於高度不足以滑翔至備降機場,機長果斷決定避開人煙稠密地區,冒險讓客機貫穿紐約市並成功迫降在哈德遜河上,機上人員全數生還,且無人受傷。此次迫降事件亦被人們稱為「哈德遜河上的奇蹟」。

  1983年加拿大航空公司波音767執飛的143航班就遭遇雙發空中停車。由於對載油量的計算失誤,導致這架767在飛行中途把燃油用光了,在飛行過程中遭遇發動機全部停車。最後機長憑藉豐富的駕駛經驗讓飛機滑翔至緬尼托巴基米尼的一個荒廢的機場成功完成了緊急滑翔降落,所有61名乘客與機上8名機組人員全部生還,僅有10人輕傷。該客機和班機後來被加拿大人稱為「基米尼滑翔機」(Gimli Glider)。

全美航空1549號航班迫降事件

  1983年加拿大航空公司波音767執飛的143航班就遭遇雙發空中停車。由於對載油量的計算失誤,導致這架767在飛行中途把燃油用光了,在飛行過程中遭遇發動機全部停車。最後機長憑藉豐富的駕駛經驗讓飛機滑翔至緬尼托巴基米尼的一個荒廢的機場成功完成了緊急滑翔降落,所有61名乘客與機上8名機組人員全部生還,僅有10人輕傷。該客機和班機後來被加拿大人稱為「基米尼滑翔機」(Gimli Glider)。

加拿大航空143號班機事件

  無獨有偶,2001年8月24日,越洋航空236號班機由多倫多飛往裡斯本,在大西洋上空漏盡燃料並失去動力,後來成功以滑翔方式降落在亞速爾群島,無人死亡,並打破了滑翔機飛行最長距離的世界紀錄。

  然而,並不是每次都是這麼幸運。

  2005年8月6日突尼西亞國際航空1153號班機因油量顯示器故障,而換上錯誤的油量顯示器。結果因油量不足,航行中途引擎停止運作,最後飛機在西西里島附近的地中海海域水上迫降,機上39人中16人死亡。

  1989年1月8日英倫航空92號班機-因引擎著火加之飛行員關錯引擎滑翔至倫敦希斯羅機場,在距機場400米處墜毀,47人死亡。

  由此看出,對於雙發客機而言,雙發失效比單發失效更為恐怖,失去全部動力也面臨著失去液壓控制和電力的風險。

單發失效發生的概率

  隨著商業客機發動機技術的進步,空中停車故障率也大幅度下降,目前大多民航飛機的發動機,每1000小時飛行時間的空中停車率都在0.020以內,也就是說每飛行十萬小時才有可能遇到兩次空中單發失效——每十萬小時不到兩次,這是個什麼概念?以飛行員為例,目前國內飛行員每年最多飛1000小時,從20歲飛到60歲退休共40年,一輩子最多可以飛四萬小時,那麼,從概率上說,一個飛行員飛一輩子也未必遇到一次空中單發失效。況且,很多情況的空中單發失效,也是可以重新啟動發動機的。

  所以各位大可不必太擔心。

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李元鶴同學給出的視頻鏈接需要翻牆,但我認為題主如果連翻牆都會的話,不大可能不會用搜索引擎來找到答案。而且,李同學的視頻中,機型是空客A340,有4台發動機,其中一台有問題,說服力不是很強。

於是我給題主一個更具視覺震撼效果的視頻,也希望以後題主問Is、Can、What和How之類的問題時,首先想到使用搜索引擎。

視頻封面震撼實拍客機起飛撞鳥後緊急降落視頻


回答是肯定的,不過不同飛機會有不同的糾正操作,主要是通過 Pedestal(Yaw)和適當的 roll 包括trim ,以及降速來實現平穩飛行。在飛機試飛試驗中會通過地面和空中發動機停車來算出最小控制速度 Vmca 和 Vmcg,通常要求飛機不能偏移跑道若干米和所需飛行員輸入力度,Yaw小於150 磅, roll 小於20。

現代飛機通常提供自動輔助系統, rudder Bias System,可以自己計算飛機推力不同,從而控制伺服器自主控制 Yaw。

所有具有多發飛機 rating 的飛行員必須通過單發動機故障處理考試,其中就包括起飛、上開和降落。


1.飛機在初步設計階段就考慮到了單發停車的情況。比如以前的遠程客機設計中,為了足夠安全設計了4台或者更多的發動機,如B747,而隨著發動機技術的進步,相關人士認證兩台也是足夠安全的(波音當年藉此幹掉了麥道……)。

2.當飛機一側的發動機失效時,飛行員可以通過操作方向舵、升降舵和副翼,分別產生偏航、俯仰、滾轉力矩使飛機再次回到平衡狀態。在起飛滑跑時,有對應的決策速度和平衡場長。


當然可以!不僅飛行員的訓練項目中很重要的一項就是單發失效後如何處置?而且飛機在設計時也充分考慮到了單發失效後如何保證飛機的安全!舉個例子,空客A350具有長達370分鐘的ETOPS,但這更多是一種象徵意義,滿載以單發飛行六個多小時,就是說發動機單發失效後依舊可以從廣州到北京飛一個來回,官方說這使得A350可以基本滿足世界所有航線需求,而其實這就是TM空客在裝B而已!


參見wiki詞條ETOPS

https://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E5%8F%8C%E5%8F%91%E5%BB%B6%E7%A8%8B%E9%A3%9E%E8%A1%8C

ETOPS為( Extended-range Operations)的縮寫,中文翻譯為:延程運行。ETOPS是國際民航管理機構專門為了保證雙發飛機安全飛行而提出的一項特別的要求,指飛機的運行航路上有一點到合適機場的距離超過單發巡航速度狀態下60分鐘飛行(以雙發渦輪為動力的飛機)或超過一台發動機失效狀態下180 分鐘飛行(以兩台以上渦輪發動機為動力的客機)的運行。在確定航程時,假設飛機在標準條件下靜止大氣中以經批准的一台發動機不工作時的巡航速度飛行,在規定時間內飛抵最近的備降機場(改航機場diversion airport)。這就是通常所說的ETOPS要求。


https://www.youtube.com/watch?v=rEf35NtlBLg


可以的

起飛階段,發動機一般使用最大推力(或接近於最大推力)

高空巡航階段,發動機的推力約為最大推力的四分之一

從推力的角度來看,單發失效的雙發飛機是基本可以繼續飛行的

但是,這樣做對發動機有較大的損害,因此,單發失效後,飛機應該儘快在最近合適的機場備 降

僅剩的一台發動機,在產生推力的同時,還產生了一個偏航力矩,如果不加以控制,飛機將會在一個水平面(一個高度)上做圓周運動

這時候就需要通過調整垂直尾翼上的方向舵來產生一個反方向的偏航力矩,從而抵消單側發動機產生的力矩。這可能會降低飛機在某些方面的機動性。如果一架左側發動機失效,右側發動機會產生一個向左偏航的力矩,垂尾上的方向舵向右偏轉來抵消這個力矩,這時飛機要想向右轉彎/偏航的話就比較困難了,因為方向舵上的剩餘偏轉角(名字沃茲基碩德)就不夠了

雙發延程飛行即雙發動機飛機延伸航程運行 (Extended-range Twin-engine Operational Performance Standards 或Extended Twin-engine OPerationS,縮寫延程運行):是指飛機的運行航路上有一點到合適機場的距離超過 60分鐘飛行(以雙發渦輪為動力的飛機)或超過 180 分鐘飛行(以兩台以上渦輪發動機為動力的客機)的運行。

2007年由美國聯邦航空局(FAA)發表的全新ETOPS規則正式執行。有關的規則被重新定義為「延程飛行」(Extended Operations),涵蓋所有具有兩台或以上噴氣發動機的
飛機。此外,歐洲航空安全局(EASA)也正在草擬涵蓋三發動機與四發動機飛機的「長距離飛行性能標準」(Long Range Operational
Performance
Standards,簡稱LROPS),而EASA對於ETOPS的定義,則仍然限於雙發動機飛機。有關標準在2008年內實行。

以上來自百度百科


單發落地是每個飛行員都要訓練的科目。


看到其他人說道灰機整體或者灰行員啥的。我補充一些航空發動機方面的吧...

航發的設計當中就有應急狀態這一種運行狀態,指的是在有限時間內產生超過正常狀態功率(或推力)的狀態。按規定要有最大應急狀態和額定應急狀態。

雙發的灰機,當一發發生故障時,要求另一發採用最大應急狀態確保能起飛和降落。而採用額定應急狀態要確保能保持正常水平飛行。

-------以下抄書的-------

補充下,最大應急狀態功率大於起飛狀態功率(一般情況下的最大功率)7%~10%,因此連續工作時間不長,要求不得超過2.5分鐘

額定應急狀態的功率大於額定狀態功率(一般情況下可理解為最大功率的80%~90%),連續工作時間不超過30分鐘。


單發停車嘛,方向舵副翼打一打,還是可以飛的很平穩的,性能嘛就差點了!安全降落還是妥妥的


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