认识偏航阻尼器

关键词：偏航阻尼器、荷兰滚、动稳定性、SMYD
从荷兰滚说起
2024年5月25日，美西南航空公司一架波音B737MAX飞机在从凤凰城飞往奥克兰途中，于10000米高度发生荷兰滚。机组人员随后重新控制住飞机，并在55分钟后将其安全降落在奥克兰机场。FAA在报告中称：“飞机经历了倾翻、恢复控制和飞行后检查，方向舵备用PCU（动力控制组件）受损”，并表示飞机遭受严重损坏，该事件被认定为事故。
所谓的荷兰滚（Dutch roll），是飞机偏航（机头左右摆动）与滚转（两翼一上一下）耦合形成的低频振荡：飞机一边“摇头”，一边“摆翼”，而且两者不同步——机头还在向一侧偏转时，机翼已经朝反方向压下。荷兰滚的典型周期只有几秒，看起来像在冰面上打滑扭动。

那么荷兰滚是如何发生的呢？我们先了解一下飞机的动稳定性。
飞机的动稳定性
以飞机的重心为原点，可以画出纵轴、立轴和横轴。飞机绕横轴为俯仰运动，绕纵轴为滚转运动，绕立轴则为偏航运动。

在稳定的飞行状态下，作用在飞机上的力之和为零，各种力绕重心构成的各个力矩之和也等于零，这称为飞机的平衡。例如，飞机的俯仰平衡可以理解为机翼产生的俯仰力矩、水平尾翼产生的俯仰力矩以及推力产生的俯仰力矩之和为零。
飞机的动稳定性，是指飞机受到扰动后，经历一段有限的扰动运动，最终能够自动恢复到原平衡位置的能力。简单地说，就是飞机遭遇不稳定气流后，它后续的摇晃运动是慢慢平息，还是越晃越大。
飞机绕立轴的方向稳定力矩，主要是在飞机出现侧滑时由垂尾产生。垂尾面积越大，产生的方向稳定力矩越大。

而飞机绕纵轴的横向稳定力矩主要由机翼产生。阵风把一侧机翼压低→飞机向下沉机翼一侧产生侧滑→侧滑气流使下沉机翼迎角变大、升力变大；抬高机翼迎角变小、升力变小→形成恢复力矩，把下沉机翼抬回去，机翼恢复水平。

方向稳定性与横向稳定性合在一起，称为侧向稳定性。根据两者强弱差异的不同，会使飞机出现荷兰滚或螺旋不稳定。
当飞机的横侧稳定性过强而方向稳定性过弱时，就容易产生飘摆，即荷兰滚。

比如飞机受扰右倾斜→产生右侧滑→横侧稳定性强，迅速向左改平坡度→方向稳定性弱，机头右偏速度慢，未等右侧滑消除，飞机开始出现左坡度和左侧滑→机头左偏消除左侧滑的速度慢，而坡度向右改平的速度快，使飞机迅速改平，进而开始带右侧滑……周而复始，消除方向侧滑没有坡度改平快，使坡度逐渐增大，机翼载荷因数变大，威胁飞机结构安全。
飘摆的危害性在于，飘摆振荡周期只有短短几秒，而修正飘摆超出了人的反应能力，极易加大飘摆幅度。这时候就需要偏航阻尼器登场了。
偏航阻尼器
偏航阻尼器的核心使命，就是通过自动控制方向舵偏转，快速抑制偏航振荡、抵消有害偏航力矩、协调转弯动作，让飞机始终保持稳定的航向姿态。
偏航阻尼器根据空速和偏航角速度信号，经处理后，适时提供指令，使方向舵相对飘摆振荡反向偏转，从而增大偏航运动阻力，减小飘摆。
737NG的偏航阻尼器包括主用和备用两套系统，均由SMYD（失速管理/偏航阻尼器计算机）控制。SMYD接收来自两台大气数据惯性基准组件（ADIRU）、两个驾驶盘和偏航阻尼电门的输入信号。SMYD在适当时把这些信号提供给主用或备用方向舵动力控制组件（PCU）。
对于某一给定的振荡速率而言，偏航阻尼信号与空速成反比。对不同的构形而言，也需要修正偏航阻尼信号。因此，来自襟翼位置指示器电路的信号也将送给偏航阻尼器的增益电路，当襟翼放出时，可以增加反应速度。偏航阻尼器操纵方向舵偏转的权限被限制在2°（襟翼收上时）和3°（襟翼放出时）。偏航阻尼器工作时方向舵脚蹬不会移动，但方向舵脚蹬和配平输入可以超控偏航阻尼。器的输入。
主用和备用偏航阻尼器操纵方向舵的输入显示在飞行操纵面位置指示器的方向舵（RUDDER）显示上。

下图是偏航阻尼器指示器，其仅显示由主偏航阻尼器指令的方向舵偏转。2010年中期以后出厂的新飞机不再安装。

故障与使用限制
正常工作时，主偏航阻尼器使用液压B系统，并且SMYD计算机提供持续的系统监控。当出现下列情况时，主偏航阻尼器失效，琥珀色YAW DAMPER灯亮：
1.B飞行操纵（FLT CONTROL）电门置于OFF或备用方向舵（STBY RUD）。
单纯B系统液压压力丢失，不会立刻跳开偏航阻尼器电门，只有把B飞行操纵电门切到OFF/STBY RUD，主偏航阻尼器才自动脱开，YAW DAMPER琥珀灯亮，电门跳至OFF并无法再次接通。
2.SMYD监控检测到故障。
正常运行时，SMYD1输出指令，SMYD2监控SMYD1的计算，二者计算一致时才会执行指令。若不一致，则主偏航阻尼器脱开。
任一部SMYD失效、SMYD感应到偏航阻尼器系统故障，或SMYD感应到偏航阻尼器对指令无反应，也会自动断开偏航阻尼器。
3.供电原因导致主偏航阻尼器失效。
失去电源超过2秒将导致主偏航阻尼器失效。可能导致偏航阻尼器失效的电源故障有：1号交流转换汇流条断电；1号直流汇流条断电；直流备用汇流条断电。
当两部液压系统都失效时，将两个飞行操纵电门放置到备用方向舵位后，重置偏航阻尼器电门到ON位，可以让备用液压系统为备用偏航阻尼器提供压力。备用偏航阻尼器工作期间，驾驶盘的移动向备用方向舵PCU发出信号。这样当副翼操纵处于人工恢复时，会使方向舵协助飞机转弯。
如飞行中出现了偏航阻尼器脱开的故障，QRH的处置程序并不复杂。首先确认系统状态，将电门置于“OFF”位再重新接通，尝试复位；若复位后仍故障，按照QRH提示，避开预计可能存在中度或严重颠簸的区域。如果遇到颠簸且旅客的舒适度受到影响，则降低空速且/或下降至较低的高度。不要超过襟翼30。
MEL中偏航阻尼功能或偏航阻尼灯的故障都不影响飞机的放行。其O程序与QRH基本一致：关闭偏航阻尼电门、避开预计中度及以上颠簸、襟翼不超过30。另外，HGS运行要求偏航阻尼功能正常。运行手册规定，使用HUD实施低于I类运行标准运行时，偏航阻尼器必须处于工作状态。
作者：飞行部九大队柴树森