民航飞机的先驱

2017-07-08 16:44叶德圣
大科技·百科新说 2017年6期
关键词:彗星客机机身

叶德圣

今天,民航飞机越来越普遍,日益成为大众化的交通工具。可是,你知道吗?今天民航的成就建立在同一型號飞机当年连续几次大空难的基础之上,或许正是应了那句名言:“失败乃成功之母”。

超越时代的飞机

20世纪初,莱特兄弟试飞成功后,飞机就开始登上了人类历史舞台。发展到20世纪中期,飞行技术依然以螺旋桨飞机为主。这种飞机没有加压舱,以活塞发动机带动螺旋桨获取动力,飞行噪音很大,而且飞行高度有限。这就决定了它必须在对流层飞行,上升不到平流层。这也意味着一旦遇到糟糕天气,飞机必须从云雨之间穿行而过,而不是像现在可以从上面飞越。而且,第二次世界大战结束后,很多轰炸机、军用运输机、货运飞机纷纷改装成了民航客机,这些飞机的乘坐体验都很糟糕。

就在这时,一架新型飞机诞生了,它与时代“格格不入”,看上去就像从未来穿越而来的飞机。机身是铝制的,像镜子一样闪闪发光。机翼修长,略向后倾斜(今天的后掠翼)。它不带螺旋桨,机身下面装了4个喷气发动机。客舱两边还装配了矩形的大窗户,特意留给乘客欣赏外面风景,因为这架飞机将会飞到前所未有的12000米高度,高到可以鸟瞰地球任一位置的风景。这就是第一架彗星客机——彗星1型,由英国哈维兰公司研发,服役于英国国际航空公司。

当时是1949年7月,距二战结束仅过了4年。彗星客机整体上非常现代化,即使从今天的角度来看,依然不落伍。它的机舱明亮又干净,机身非常符合空气动力学,让人感觉它就像鸟一样,一定会在空中完美地飞行(与今天先进的协和式飞机外观很像)。

彗星客机的出现,完全打破了当时民航业的局面,仿佛平静的湖水被石子打破,引起了人们对长途飞行的极大兴趣。

又快又舒适的平稳飞行

彗星客机下线后,花了两年时间试飞,最终于1952年5月2日,正式投入商业运营。第一次飞行,它从英国伦敦出发,途经意大利首都罗马、黎巴嫩首都贝鲁特、乌干达的恩德培、赞比亚的利文斯敦,最后飞到南非的约翰内斯堡,从北半球飞到南北球,全程共用去约23个小时(这时间与今天相比也不遑上下)。据乘客普遍反应,这是一次完美的飞行体验,整个旅途舒适平稳,服务精湛,机上的饭菜也非常美味。

当时,航空旅行还没有普及,人们长途旅行仍以远洋轮船为主,坐飞机只是富人和高官才能享有的。事实上,当时英国国际航空公司航班上的许多乘客,都是英国政府派往海外管理殖民地的总督、军官等地方大员。

因此,这架全世界唯一的喷气式客机商业飞行成功后,立即成为世人羡慕、追捧的对象,毕竟富人和高官的影响力还是很大的。彗星客机的机组人员也以此为傲,认为自己为精英开飞机,绝对是精英中的精英,还自豪地为飞机起个绰号:“喷气雷鸟”。

短短数月内,英国航空的彗星客机迅速增加,并开通了许多新航线,可以从伦敦飞往全世界很多地方。与此同时,彗星客机的制造商哈维兰工厂也获得了前所未有的大量订单,加拿大太平洋公司、法国航空公司、加拿大皇家空军纷纷订购这种新飞机。

小毛病开始出现

事物总是相对的,有正必有反。当外界对彗星客机一片赞誉之声时,飞行员最先体会到了它接连出现的毛病。

彗星客机是第一架利用液压控制飞行的商用飞机,液压原理跟现在汽车的刹车踏板差不多。当驾驶舱内的操纵杆被触发后,它就会启动所连接的泵,然后泵推动管道里的液体流动,从而带动飞机上各种机械部件,进而控制发动机。

据飞行员反应,最初的几架飞机都有密封故障,导致液压控制的精度不高。还有,飞机上的电子系统和导航系统很容易发热,驾驶舱的窗户容易起雾,飞机的续航能力太差,加满一次油仅能飞4个小时。

另外,有一个关于控制的设计问题显得尤为严重。1952年10月26日,一架彗星客机在黎巴嫩的贝鲁特机场发生事故,它冲出了跑道,机身开裂,不断发出“嘶嘶”声,燃油洒了一地。但令人欣慰的是,这次事故没有引起火灾,机上乘客没有受伤,机组人员也没有受伤。

事后调查得知,起飞加速时飞行员把飞机前端抬得过高,导致重心后移,机翼负重增大,抵消了机翼产生的升力,最终没有飞起来。这就是彗星客机的一个先天设计缺陷。飞机从起飞到平稳航行,不管以什么速度飞行,驾驶舱内操纵杆反馈回来的信息竟然都一样。这导致飞行员操纵飞机时,感觉不到外界的情况,也不知道自己操纵到了什么程度,由此才酿成了上述事故。

像这样的事故,后来又发生过多起。短短几个月后,在巴基斯坦的卡拉奇,一架彗星客机在进行飞行训练时,突然撞向一座石桥,并爆炸起火,机上11名机组人员、技术人员全部遇难。不久之后,又一架彗星客机在塞内加尔首都达喀尔也发生了类似事故,飞机被损毁。

大问题爆发

这些事故让飞行员们越来越谨慎,然而并没有引起高层的太大重视,缘于设计的根本问题也没有解决。结果事故越来越严重,直到最终的大问题爆发。

1953年5月2日,在印度的德里,一架彗星客机起飞后不久即坠毁,事故造成43人死亡。调查结果显示,飞机遭遇强对流天气,最终解体坠毁。这次事故引起了一定的重视,吸取教训后,英国航空给飞行员印发了新的飞机操作手册,机翼的设计也做了调整,并且准备在飞机上配备气象雷达。但是,最根本的问题仍未得到解决。

1954年1月10日,一架彗星客机从意大利罗马起飞,飞上云端后,通过无线电向地面报告飞行情况,就在这时,信号突然中断。后来,据下方的渔民报告,他们听到天上传来多次爆炸声,接着便看到许多燃烧的碎片掉落云层。飞机在空中发生了爆炸,机上29名乘客和6名机组人员全部遇难。

时隔不到一年,两架彗星客机竟然接连出事,于是,所有的彗星客机立即停飞。经调查,飞机最后执行了50多个操纵指令,但究竟哪一个“误操作”导致爆炸,调查人员并不确定。在伦敦希思罗机场的办公室,英国国际航空公司召开了一系列会议,商讨后认为问题依然出在飞行员的操作上,没有归结为设计问题。最终,参会人员进行投票,决定是否继续运营彗星客机。不幸的是,投票通过了。

不到三个月,悲剧再次上演。1954年4月8日,一架彗星客机在意大利罗马经停,稍事休整后再次起飞,开始了第二段航程。当它刚上升到巡航高度,还未飞出意大利南端的上空时,飞机在空中爆炸,机上14名乘客和7名机组人员全部遇难。

寻找原因

短短一年里,彗星客机连续发生三次空中爆炸,震惊了世界!全世界所有航空公司的彗星客机全部停飞。一时之间,人们纷纷把目光聚向英国国际航空公司以及哈维兰工厂:为什么这些舒适平稳、技术超前、形似未来的飞机,会突然在空中爆炸?

一个专家小组聚集到英国的皇家航空研究院,仔仔细细地对彗星客机的空难展开了调查,这次调查得到了前所未有的高度重视。

很明显,飞机爆炸、解体跟它承受的压力有很大关系。然而,事故飞机已经解体,不可能再复原,也不可能再次开一架飞机上天,让它解体爆炸,从而进行观察。费了一番周折,专家小组设计了一座巨大的水池,把飞机浸入水中,进行各种各样的压力测试。

飞机机身内的水压不断地升高又降低,以模拟实际飞行中面临的压力情况。就这样经过了较长一段时间,相当于实际飞行约9000小时。又经过6个星期,就在机身内压力突然降低之时,一扇窗户周围的金属破裂,机身炸开了。

很明显,机身“太薄”了,由此彻底暴露出飞机设计上的两个致命缺陷。第一是它的构造,为了飞得更高、更快而减轻重量,飞机的外壳被削减了一定的厚度。而且,在高空飞行时需要给机舱加压(当时其他客机没有加压舱),才能保证乘客可以正常呼吸。因此外壳的“减厚”与机舱的“加压”同时施加在机身上,在这两方面因素的综合作用下,最终飞机会爆裂。机身的厚度为什么设计得这么薄?因为彗星客機的飞行高度、速度是人类之前从未达到的,在高空应当具备的抗压能力超出了设计师的预期。

第二个设计缺陷就是机身上的矩形窗户。当一块金属板上有方形开口,并且受到压力时,最先开始破裂的地方就是方形开口的四角。据调查的专家小组报告,机舱加压后,70%的压力都集中在机身矩形开口的尖角上,也就是矩形窗户的角上。

前事不忘,后事之师

于是,世界上最早一批喷气式客机不得不开始重新设计,这就给予了其他航空公司赶超英国航空的机会。

很快,彗星飞机的优点被其他航空公司效仿,它的缺陷则被规避,最成功的改进发生在美国的西雅图。1954年7月,第一架喷气式波音客机——波音707诞生,并首飞成功。1958年,波音707开始投入正式运营,反响良好,很快就取代了彗星客机。波音公司一时也名声大噪,迅速获得了世界大多数航空公司的大量订单,在民用喷气客机市场上,完全占据了主导地位。之后,波音飞机不断推陈出新,使飞机飞得更快,成本更低,也就是这时,民用航空才开始大范围普及,飞机成为从富人和高官到平民百姓都可以乘坐的交通工具。

后来,哈维兰公司重新设计,并生产了彗星2型和彗星3型客机,并于1958年底推出更完善的彗星4型客机。彗星4型客机更宽敞、更舒适,而且也更结实、动力更强,还有更安全的椭圆形窗户,续航范围超过4000千米,可以说绝对是最为理想的中型航班。

但是,一切都已经太迟了。由于事故造成的心理阴影,人们难以接受彗星客机,英国国际航空公司经营困难,最终不得不于1965年停飞了彗星4型客机,其他航空公司也陆续停飞了彗星4型客机。世界上最后一架彗星4型客机于1997年停飞,至此,彗星飞机彻底退出了历史舞台。

英国航空业再也没有恢复至彗星客机事故之前的辉煌。今天,英国建造了哈维兰博物馆,里面存放着世界上遗留的唯一一架彗星1型客机,希望人们以此纪念它曾经创造的辉煌,以及为人类民航事业提供的宝贵经验教训。

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