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本帖最后由 holycow 于 2013-5-8 09:36 编辑 5 u6 i- y" `( j; r7 U! o/ H
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# z# i# \ S4 }. s& P& ]3 Q710航班的机身,机尾和左翼以及2号发动机坠地的时候还连在一起,这么大的一块残骸几乎垂直地高速坠入一片大豆田里,砸出一个四米深,直径十米的大坑,飞溅的残片布满了大坑周围500米的区域。一股暗火在大坑的底部闷烧了好几天,直到残骸挖掘工作进展到坑底时才被发现扑灭。
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直升机空中勘察的结果是右翼残骸在大坑的东北方3.5公里处,1号和4号发动机及其螺旋桨,变速箱散布在右翼周围600米范围内的四个地点,机翼和发动机的小部件沿着飞机的航线一路散布了11公里。对残骸的检验发现整个右翼,左翼的外翼段,以及1号和4号发动机在很短的时间内相继解体,第一个解体的是右翼和4号发动机。残骸没有任何金属疲劳的痕迹,右翼解体的部位靠近翼根和机身结合部。这和布兰尼夫542航班的解体顺序,甚至部位都是一样的,只是那架飞机解体的是左翼。和布兰尼夫的伊莱克特拉一样,这架L-188也几乎是新的,出事时只飞了不到六个月,总飞行时间不超过1800小时。" |2 s3 A4 b( E$ F3 F0 B
5 Q$ {1 x; W: L3 u/ z进一步的检查表明,在机翼断裂处的翼肋部件均粉碎性断裂,碎片布满了11公里残骸区开始的那一部分。断裂的原因是受到张力和压力的交互作用,也就是说机翼断裂前一直在上下震颤。4号发动机短舱内最先断裂的是螺旋桨的支撑结构,这一结构断裂后,螺旋桨轴线向右下方位移,导致螺旋桨旋转的平面相应位移,其产生的巨大扭力最终将4号发动机从右翼撕裂解体。! _2 M1 x! D( C% @/ F2 c$ d
6 A7 w- O& j* ^. x* v投入运行才一年多一点,就摔了三架飞机,死了百把号人;特别是在短短六个月内,两架几乎全新的伊莱克特拉,在两名资深机长的操纵下,以几乎相同的方式莫名其妙地空中解体。伊莱克特拉成了美国版的彗星号事件,报界和国会都有人呼吁停飞这个机型。为了查清这个谜团,710航班的所有残骸都被运到了洛克希德在加州的伯班克工厂,民航局进一步指示洛克希德对L-188的工程设计进行一次全面检查。为了这次工程检查,调集了NASA的研究人员,连波音和道格拉斯也提供了最好的结构工程师和风洞设施。) u$ H, C) g [; l* f
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在调查进行的同时,FAA为保险起见,发出紧急适航指令,将伊莱克特拉的巡航速度从324节降低到275节;一星期后再发一个适航指令,进一步将巡航速度降到225节,任何时候下都不得超过245节 -- 好端端的涡轮螺旋桨客机这下子比活塞式的飞得还慢。1 d6 C3 d* p- b& J! A' W8 b3 N
S* Q4 z w+ @5 k* c1 b: F1 ?与此同时,工程检查也在紧锣密鼓地进行,各方高手把设计图纸翻了个底朝天后,查出来三条:" o. A7 p2 a' D$ L2 d5 m
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原始设计中忘了计算由于机翼蒙皮扭曲施加在翼肋上上的应力7 i% F m h" |5 r, Q" T
原始设计中对于外侧发动机短舱在乱流情况下的应力计算有错误,计算所得的施加在机翼内侧部分的扭力小于实际数值
4 t5 J# d! r( v9 W" i0 k如果螺旋桨支撑结构被削弱,螺旋桨偏离正常旋转平面的运动将无法控制,其产生的应力通过发动机短舱传导到机翼内侧,最终将致使两者断裂
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螺旋桨和陀螺是一个原理,当没有外力作用时,螺旋桨在垂直于轴线的平面内转动;一旦施以外力,螺旋桨将偏离原先的转动平面,就像一个陀螺偏离原先的转动轴左右摇晃,这叫做"Whirl Mode(求翻译)"。如果螺旋桨支撑结构有足够的刚度,这种偏离原平面的运动会在支撑结构的阻尼作用下减小,最终使螺旋桨回到原运动平面内;但是如果支撑结构刚度不够,这种偏离会越来越大,随着偏离的增大,螺旋桨作用在支撑结构上的应力也越大,进一步削弱支撑结构,于是一个恶性循环开始了。当支撑结构断裂后,应力转移到发动机短舱本身,然后由于伊莱克特拉的设计又转移到内侧机翼上部蒙皮和翼肋,最终导致上述部件断裂。. Q/ S5 _& G' f% d. i
# C z: a, m C" H这个现象在活塞式时代就广为飞机设计师所知,但这在当时不是一个大问题,因为活塞式发动机的螺旋桨都是直接装在发动机的转轴上,整个发动机都是支撑结构,刚度足够了;而涡轮螺桨的安装位置远离发动机,要有专门的螺旋桨支撑结构,于是这个老问题冷不防又冒了出来。: Y" o; q) v X. j7 x7 p9 C x
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k1 T$ h& ~6 y v/ `+ C4 Y8 {进一步的计算发现,随着"Whirl Mode"的发展,伊莱克特拉发动机短舱的震动频率会变化,从正常情况下的5赫兹降到3赫兹,而机翼的自然震动频率是3.5赫兹,于是发动机短舱和机翼共振导致机翼震颤,产生了所谓的"Whirl Mode Flutter"。从螺旋桨受到外力到共振产生,只需要20-40秒。( b( L0 y$ q9 q) S( @4 h" k3 `
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于是710航班的事故终于有了解释:4 B/ \2 g+ p* {: b+ a+ l
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飞机在芝加哥降落时应该是重着陆,削弱了4号发动机的螺旋桨支撑结构。据当天飞过出事空域的飞机报告,虽然天气预报没有提到,事发空域存在中等到强劲的晴空乱流。当710航班遭遇这一晴空乱流后,螺旋桨偏离了正常旋转平面,而已被削弱的支撑结构无法发挥阻尼的作用,使这种偏离越来越大。短短几十秒内,支撑结构断裂,发动机短舱和机翼共振,发动机短舱在扭力作用下与机翼脱离,机翼在震颤效应下断裂,整架飞机空中解体。
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反过来再推布兰尼夫542航班,这架飞机在一次失速改出的训练飞行中由于受训机组改出不当,造成了第二次失速,最后再改出时机动大了一点。当时的教官和受训机长认为无大碍,没有要求结构检查,现在看来螺旋桨支撑结构很可能就是那时被削弱了。事发时所有目击者首先都听到了螺旋桨的啸叫声,也就是说在飞行过程中有一个螺旋桨失控,桨尖超音速了。发生这种情况的标准处置程序是先减速,于是机组一边收油门,一边拉起机头企图尽快把速度降下来,拉起机头这一机动足够使螺旋桨偏离原转动平面,于是餐具了。) a ^. P4 v( z+ V( X: q
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原因找出来后,洛克希德大大加强了螺旋桨支撑结构,机翼蒙皮和翼肋的强度,伊莱克特拉增重600公斤,修改已交付的飞机花去洛克希德2500万美元。这一更改以后,伊莱克特拉再也没有发生过类似事故,FAA也随后取消了速度限制。# ]8 e2 W& X: f3 p+ u( R6 `
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6 |* N9 e7 z% L; p! S然而,伊莱克特拉的祥瑞生涯仍然在继续... |
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