從F22墜毀看設(shè)計缺陷對飛機的致命影響

蔣聰

[摘 要]2010年11月16日，美國空軍飛行員杰夫？漢尼上尉駕駛美國最先進的F-22隱身戰(zhàn)斗機突然急劇俯沖，以超音速撞擊地面，導(dǎo)致機毀人亡。時隔七年之后，美國空軍事故調(diào)查委員會公布了事故調(diào)查結(jié)論，原因是飛行員因為供氧不足，失去意識，導(dǎo)致飛機以超音速撞擊地面。

[關(guān)鍵詞]F22，墜毀，缺氧，啟示

中圖分類號：TU203 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2018）12-0392-01

一、問題背景

2004年12月20日15時45分（美國西部時間），一架F-22起飛時失控，墜毀于內(nèi)華達州內(nèi)利斯空軍基地，飛行員彈射逃生。墜毀的F-22隸屬于美國空軍第422試驗評估大隊。2009年3月25日一架F-22在執(zhí)行一項“測試飛行任務(wù)”時在加利福尼亞南部沙漠地帶墜毀。試飛員死亡。2010年11月17日，一架駐守于阿拉斯加艾門朵夫空軍機地（Elmendorf AFB）、隸屬美國空軍第525飛行中隊的F-22在進行例行的飛行訓(xùn)練之后，于當(dāng)?shù)貢r間晚上19時40分與地面控制中心失去聯(lián)系，搜救結(jié)果顯示飛行員杰佛瑞·漢尼上尉（Capt. Jeffrey Haney）在墜毀前并沒有順利彈射逃生。事后的事故調(diào)查顯示意外可能起因于戰(zhàn)機上配置的機上氧氣產(chǎn)生系統(tǒng)（On-Board Oxygen Generating System，OBOGS）有設(shè)計瑕疵，在高空飛行時會造成供氧不足而導(dǎo)致飛行員昏迷。2012年11月15日下午3時30分，一架駐地佛羅里達州巴拿馬市（Panama City， Fla.）郊外廷德爾空軍基地（Tyndall AFB）的F-22，在完成訓(xùn)練飛行任務(wù)回程時墜毀于98號公路附近，飛行員成功彈射逃生。近日美國空軍事故調(diào)查委員會公布了關(guān)于2010年一起F-22戰(zhàn)斗機墜毀事故的調(diào)查結(jié)論。調(diào)查報告稱，事故原因是飛行員因為供氧不足，短暫失去意識，導(dǎo)致飛機進入急劇俯沖，最后以超音速撞擊地面。關(guān)于飛行員缺氧的原因，報告認為是由于飛機當(dāng)時處于特定飛行狀態(tài)下導(dǎo)致沒有足夠氣流進入供氧系統(tǒng)進氣口，同時飛行員抗荷服因閥門故障意外膨脹，壓迫飛行員導(dǎo)致其呼吸困難。這一調(diào)查報告被認為可能有助于美軍破解其近期F-22戰(zhàn)斗機飛行員頻繁遭遇缺氧問題的真正原因。

二、問題分析

美國空軍事故調(diào)查委員會發(fā)布的報告，這是一起復(fù)雜的事故，類似事故至今軍方也無法完全解決。目前甚至還不清楚近期美國空軍和海軍多型飛機飛行員所遇到的空中缺氧問題究竟是不是缺氧——這個缺氧的定義是指氧氣供應(yīng)不足——還是其他原因?qū)е铝孙w行員出現(xiàn)類似缺氧的癥狀。調(diào)查者們還在試圖尋找事故根源，包括這是否由于機載制氧系統(tǒng)（Obogs）的原因。

從2008年開始，就有報告稱F-22戰(zhàn)斗機飛行員們經(jīng)常出現(xiàn)類似缺氧的癥狀——和目前在T-45教練機、F-35A戰(zhàn)斗機與F/A-18戰(zhàn)斗機上出現(xiàn)的情況類似。不過，直到今年春天前，這一調(diào)查一直沒有新的進展。

調(diào)查人員們一直想要找到的是機載制氧系統(tǒng)為何無法獲得足夠的空氣流量。他們將這個設(shè)備的各個部件拆下來進行檢驗，卻未能發(fā)現(xiàn)問題，也沒有發(fā)現(xiàn)供應(yīng)給飛行員的氣流中有超標(biāo)的有毒氣體。

但在他們復(fù)原了墜毀F-22后，這架飛機上的數(shù)據(jù)顯示，機載制氧設(shè)備可能并非飛機墜毀的肇因。據(jù)事故調(diào)查委員會報告，在墜毀前一分鐘，戰(zhàn)斗機的防火系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，兩臺發(fā)動機的中央引流管系統(tǒng)出現(xiàn)空氣泄漏。為了隔離中央引流系統(tǒng)，戰(zhàn)斗機控制系統(tǒng)按照設(shè)計自動工作，氣流被屏蔽在了部分設(shè)備之外，這其中就包括機載制氧系統(tǒng)。

這導(dǎo)致飛行員呼吸嚴(yán)重困難。最初，飛行員還能夠保持飛機處于相對穩(wěn)定的側(cè)滑角度和高度，報告稱。但在10秒后，飛行員向右滾轉(zhuǎn)了240度，滾轉(zhuǎn)角速度超過了45度/秒，同時飛機的機鼻向下，“猛禽”戰(zhàn)斗機在接下來的15秒內(nèi)繼續(xù)俯沖。飛行員在最后時刻發(fā)現(xiàn)問題并試圖拉桿改出俯沖，飛機做了一個7.4G過載的拉起動作。但這還是太晚了——戰(zhàn)斗機在3秒后撞擊地面。

事故調(diào)查委員會的結(jié)論是，飛行員的操作是墜機的原因，事故是因為飛行員未能及時采取措施。但問題是，為什么飛行員未能在幾秒鐘內(nèi)做出反應(yīng)改出大角度俯沖——五角大樓的在2013年的報告中對此表示困惑。

事故調(diào)查委員會認為，原因可能是他正在努力試圖啟動緊急氧氣系統(tǒng)。這個系統(tǒng)是F-22飛行員在高空缺氧時唯一恢復(fù)供氧的手段，不過它的開關(guān)是一個拉環(huán)，并被安裝在座艙一個不易摸到的角落里。即使是在正常飛行狀態(tài)下，想要摸到這個拉環(huán)也不容易。更何況當(dāng)時漢尼上尉的飛機處于向下俯沖狀態(tài)，他無法呼吸，而且他還穿著寒帶地區(qū)的厚重飛行裝具。除了上述問題，空軍調(diào)查員還發(fā)現(xiàn)，由于抗荷服一個閥門出現(xiàn)問題，導(dǎo)致飛行員的抗荷服會在不必要的時候膨脹，壓迫胸腔，讓飛行員的呼吸更加困難。

在事故原因查明后，美軍將更換抗荷服的閥門，并將緊急供氧裝置啟動改為自動列為F-22戰(zhàn)斗機緊急改裝項目。但美國航空作戰(zhàn)指揮部作戰(zhàn)部長查爾斯？林恩少將在2012年9月聽證會上表示，或許戰(zhàn)斗機飛行員永遠無法完全擺脫缺氧的困擾。他說：“未來肯定還會發(fā)生新的身體問題。因為在高空高速、高過載的環(huán)境下，人對氧氣的需求會急劇增加，我們的飛行員都明白這一點。我們在高性能飛機上遇到的缺氧問題更加嚴(yán)重——這是活生生的事實——我們的飛行員們都有這個需求，”林恩說。“空軍將會繼續(xù)從事故調(diào)查中學(xué)習(xí)經(jīng)驗，并將投入資金研究和了解高性能飛機環(huán)境控制和飛行員表現(xiàn)優(yōu)化的問題，不僅僅是F-22，也包括未來其他的武器系統(tǒng)?！?/p>

三、問題啟示

飛機總體設(shè)計所需的知識并不是各項局部專業(yè)簡單的總和。飛機型號設(shè)計是一項包含成千上萬人勞動的集體創(chuàng)造活動。但是，飛機型號設(shè)計又是一個“從頂層設(shè)計分解到各局部”（Top down）的過程，而不是各個局部各行其是，從底層堆砌（Bottom up）的過程。飛機的總體設(shè)計，是需要與可能、經(jīng)濟與技術(shù)的結(jié)合點，是眾多專業(yè)要求矛盾的焦點，是地面工作向飛行目標(biāo)沖剌的總藍圖，是研制生產(chǎn)與市場的界面、是技術(shù)與人（包括具體操作的人員和社會）界面的設(shè)定。一架飛機的全壽命成本，90%以上在飛機的總體方案確定時就已經(jīng)被確定。因此，并不是只要了解航空技術(shù)中一種局部性的知識，就必然可以做好總體設(shè)計。飛機總體設(shè)計所需要的知識和能力，并不是各個局部專業(yè)的疊加的總和。

在飛機型號研制的浩大技術(shù)隊伍中，只有少數(shù)人從事全機總體性的工作（包括飛機型號總設(shè)計師及其副手，以及具體進行飛機總體設(shè)計的人員）。哪些人能夠擔(dān)任這類任務(wù)，主要通過實際工作中的鍛煉與考驗，也取決于許多條件，如歷史或環(huán)境條件。但是受過總體設(shè)計訓(xùn)練的人，即使以后不是從事飛機型號總體設(shè)計任務(wù)，但在承擔(dān)一個系統(tǒng)，一個結(jié)構(gòu)部件，或一項設(shè)備的總體設(shè)計中，仍然是有用的。因為總體設(shè)計的訓(xùn)練在性質(zhì)上是培養(yǎng)創(chuàng)面立一個新系統(tǒng)的開拓性能力。但是，從事飛機總體設(shè)計這樣高技術(shù)復(fù)雜系統(tǒng)的通才，最好自己原來有一種扎得較深的“專業(yè)”基礎(chǔ)，然后通過培訓(xùn)或自學(xué)來掌握總體性的知識和技能。這是因為各門專業(yè)的具體規(guī)律可以是互不相同的，但是人類的科學(xué)思想和方法有許多相通之處。通過一門鉆得較深的領(lǐng)域的體會，在處理不同學(xué)科之間的關(guān)系時，除了能看到問題表面所存在的矛盾以外，還可能通過類比性思維而對“冰山水面以下的部分”有所感覺。創(chuàng)立所謂橫斷學(xué)科“控制論”的三個科學(xué)家就各有專業(yè)，一個是生物學(xué)家，一個是電子學(xué)家，一個是數(shù)學(xué)家。如果沒有一門理解較透的專業(yè)基礎(chǔ)，僅僅學(xué)習(xí)總體性知識，可能認識流于表淺，在處理矛盾時缺乏抓住問題要害的洞察力，提不出有啟發(fā)性的解決辦法，對問題的實質(zhì)和發(fā)展后果的預(yù)測缺乏真知灼見。這樣也就不能在實際上統(tǒng)領(lǐng)各專業(yè)。