【波音的“压力”】波音777和787哪个大

　　早已停产的波音737-300客机本月又险些出事,这次的问题是空调故障造成客舱失压。失压一直是世界空难史上众多事故的罪魁,困扰波音737-300的,究竟是设计问题还是金属疲劳?
　　
　　7月17日晚,中国南方航空公司的一架波音737-300客机(CZ3496)从昆明飞往郑州。飞机起飞20多分钟后因机舱出现失压情况,机组人员随即紧急降低飞行高度,同时客舱顶部的氧气罩也自动落下。幸运的是,飞机最终安全着陆,从而避免了又一场严重的空难事故。对此南航官方的解释是,空调组件故障导致失压。
　　机舱失压在军用和民用飞行中并不罕见,全世界每年大概会出现50起左右的失压事件。大部分情况下,机组人员都能及时采取应对措施,避免乘客遭受伤害。但机舱失压依然是世界空难史上众多事故的罪魁,这其中最严重的当属1985年日本航空的波音747班机坠毁事件。飞机尾部的压力舱壁破裂引发的爆炸性失压最终导致了那起死亡人数高达520人的严重空难。
　　人需要空气才能生存,但飞机却更适合在空气稀薄的高空飞行。早期的飞行员和机上乘客必须依靠氧气面罩来保持意识清醒。1937年,美国陆军航空队研制的XC-35首次采用了密封增压机舱。三年之后,波音307同温层飞机上的乘客在6000米高空飞行时已无须戴氧气面罩。今天,全增压机舱已经成为几乎所有飞行器的通行设计。
　　飞机的加压系统由空气压缩泵系统及周围环境控制系统(ECS)组成。空气是由发动机增压的。涡扇发动机利用风扇后面的一系列叶片转子对吸入空气进行压缩。每一次压缩都会提高气体的温度。当气体的温度和压强达到最高点之后,部分气体开始分流。这种高温高压的气流,又称引气,部分被用来对机翼和其它机身表层进行除冰,部分进入须借助空气压力运作的系统,还有部分则被导入机舱。
　　高温气流在进入机舱之前首先要经过中冷器的冷却,然后在机腹的储气罐中通过空气循环制冷进一步降温。这种循环制冷设备就像简化版的空调,只不过它不需要制冷剂。气流先会被压缩升温,然后经另一个中冷器再次散热。压缩后的气流随后在膨胀式涡轮中通过膨胀作功冷却。经过这一系列加热制冷处理后得到的干燥冷气流最后还要在混合室中与热气流混合,以达到机舱所需的适宜空气温度。
　　借助外流阀的打开与闭合,这种混合气流也能实现机舱的增减压。即使是在9000米以上的高空,机舱内部的空气压力也能维持在一个较低海拔的水平。打个比方,这就像接在充气筒上的气球,就算破了个漏气的小洞,源源不断的充气也能保证气球不瘪下去。
　　飞机起飞前,由于机舱无须增压,外流阀是完全打开的。一旦飞机离开地面开始爬升,外流阀就会关闭,机舱增压系统也随之启动。通常飞机起飞20分钟之后就会达到巡航高度(8400米至12000米),在此过程中机舱内的压力感应装置会控制外流阀的开合,使机舱内的气压保持在地面海拔2000米左右的水平。在飞机准备降落时,这个系统又要进行相应的减压操作,外流阀就会被重新打开。
　　当今绝大部分商务客机都装备了一整套备用的增压维护电子系统,以及一套手动备份控制系统。这种谨慎是不言而喻的。美国联邦航空局提供的一份表格显示了在缺氧情况下机组人员保持飞行操作能力的时间。在6700米高空出现失压状况后,机组人员和乘客只能保持5分钟的清醒意识。而在13000米高空,留给机上人员的时间只有5秒,几乎来不及把氧气面罩戴上。《美国联邦航空条例》因此规定,任何飞行高度在4500米以上的飞机必须为每一位乘客提供可持续10分钟的氧气供应。这10分钟的时间足以让飞机从巡航高度紧急下降到3000米左右。在这个安全高度,大气中的氧气含量已经能够维持人的生存。
　　在3000米以上的高空,如果机舱陷入失压状况,机上人员有可能面临多种身体伤害:导致人丧失行为能力的缺氧(Hypoxia),引气疲劳、恶心、头疼甚至肺水肿等的高原病(Altitude sickness),引气中耳及肠胃疼痛甚至肺爆震伤的气压伤(Barotrauma),使溶解于血液中的氮气等气体形成气泡所致的减压病(Decompression sickness),以及高空冷冻空气导致的冻伤(Frosbite)或体温过低(Hypothermia)等等。更悲剧的是,身处半空中,你已经无处躲藏。
　　南航CZ3496航班的乘客们有理由好好感谢一下他们的机组人员,就像2002年2月24日南航CZ3138航班上的乘客们一样。那一次,据称是因为机舱的一块玻璃没有封闭好而造成了机舱失压。无独有偶的是,那架出事的客机型号也是波音737。
　　2005年8月14日塞浦路斯太阳神航空522号班机上的乘客们就没有这么幸运。他们乘坐的波音737-300客机因机舱增压系统工作不正常导致全体机组人员和乘客缺氧昏迷,飞机最终在希腊境内坠毁,机上121人全部罹难。针对这一事故的部分调查将主要原因归结为波音737的两个设计缺陷。
　　官方的调查报告认为,飞机的增压系统在起飞后没有自动启动,飞行员也没有意识到机舱在缓慢地失压。当驾驶舱的压力警报器响起,飞行员又误认为这是假警报,没有立刻戴上氧气面罩,最后由于缺氧而丧失知觉。调查报告认为,是波音737的警报器设计导致了飞行员的错误判断。因为这个用来警示机舱压力的警报器,同时也负责监视起飞前机翼的设定。所以波音737的飞行员通常都会认为这是个假警报。
　　另一个非官方的调查来自《探索频道》。他们认为是波音737的增压系统的线路设计导致了这起空难。《探索频道》调查了2003年5月30日从马赛飞往伦敦的一架波音737-436 G-DOCE飞机,发现舱压控制器与外流阀之间的所有线路都被缠在一起,经过长期磨损之后,其中一小段线路的绝缘材料开裂,出现被烧焦情况。正是这个故障造成了外流阀开启,进而导致机舱失压。
　　多起机舱失压事故让波音737成为航空业界的关注焦点。据一家专门调查机舱失压问题的机构的分析显示:从1994年1月至2005年10月,在航空安全汇报系统(ASRS)数据库中的158起舱压问题报告里面,超过一半的报告涉及了波音737-300。美国的《旅行周刊》的分析也揭示,从上世纪90年代初到2010年1月,在将近2000起机舱失压大小事件中,波音737系列飞机的事件数量超过了任何其它飞机。
　　波音公司一度将737的增压事件归咎于飞机机组人员未能正确地设置增压控制面板。美国联邦航空局的报告认为,波音其它型号的飞机没有737系列面临的这种问题是因为,它们或者有一个机舱超压的视觉警报装置,或者有一位随机的飞行工程师负责机上系统。美国联邦航空局因此要求波音公司在737飞机上增加这么一个装置,但直到现在,波音公司仍然没有采取任何行动。
　　波音公司对此的解释是,这个修补工作比较复杂,而且还牵涉到737的多种型号。但也许还有另外一个原因:事故率最高的波音737-300机型已经于2000年停产,又有相当一部分737-300甚至更早期的机型都因为飞行年限将要被淘汰。对于这些飞机来说,一个新的装置不足以彻底解决问题,因为金属疲劳导致的机身磨损才是最大的潜在威胁。

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