浅谈偏航阻尼器的功用及空中失效处置

作者：培训部飞行培训中心 孙鹏
一、引言
荷兰滚（Dutch Roll）是一种危险的飞行状态，它不仅严重影响到飞行员的操纵控制，而且会损伤飞机结构，甚至导致事故的出现。机组必须提高警惕、防止其发生。
本文将简要介绍荷兰滚产生原理、偏航阻尼器（YAW DAMPER）的工作原理及使用方法并结合案例分析飞行员如何应对偏航阻尼器失效带来的风险。
二、概念解释
（一）稳定性
民航客机是具有稳定性的，该稳定性是指飞机处于平稳飞行状态时受到突发的外界干扰条件（比如强烈的侧风、阵风、推力不对称等），造成飞机偏离了之前的平衡状态。而当干扰消失后，飞机又能够恢复到（或接近）原飞行状态的一种特性。

如图1所示，飞机被设计为能够在3个轴向上运动以满足不同的飞行姿态控制：调整机翼升力大小可以完成绕纵轴的横滚操纵（转弯）；操纵水平尾翼来完成绕横轴的俯仰动作（上升、下降）；控制方向舵偏转可以使飞机绕竖轴完成偏航操纵（航向控制）。对应这3个轴向运动便可以将飞机的稳定性分解为三个轴向上的，即横侧稳定性、俯仰稳定性和方向稳定性，这三个维度的稳定性共同保障飞机在飞行过程中的安全。
（二）荷兰滚
荷兰滚是一个表示飞行状态的术语，现象为飞机在方向上沿S形前进、同时机身左右飘摆形成一种非指令性的复合震荡运动（图2），并且飞机的这种状态会按规律的节奏持续下去。因为此时飞机的运动状态与滑冰动作很相似，恰好滑冰运动是荷兰民众在冬季喜爱的项目，所以得名荷兰滚。


通过图3的举例解析能够得证荷兰滚是飞机偏航和滚转的复合、循环运动：机头左偏时，飞机向左滚转；机头右偏，飞机向右滚转。“保持S形前进”是方向稳定性的作用结果、“左右飘摆”是横侧稳定性的作用结果，遇到外界干扰时，飞机的横侧稳定性和方向稳定性都开始发挥作用，交替作用时两者相互干扰就容易激发复合振荡。
1947年，波音第一架安装后掠翼的轰炸机XB-47首飞，飞机未达到最大速度时突现S形的摆动，使飞行员难以操控。工程师分析证实，由于飞机安装后掠翼使横侧稳定性增大导致出现摆动状况，随后在航向控制系统安装偏航阻尼器并成功抑制了飞机不稳定的运动。这次事件使人们意识到后掠翼翼型虽然有延缓激波、提高速度的优势，但是因为增加横侧稳定性使飞机更容易发生荷兰滚。
如同图3的运动解析，当横侧稳定性强于方向稳定性时，偏航引起飞机自主的横滚动作，导致飞机进入姿态修正的往复循环中，这便是导致荷兰滚产生的根本原因。现代民航客机普遍采用后掠翼型、带有上反角的组合设计形式，这种翼型同样会增强飞机的横侧稳定性，给方向舵系统安装偏航阻尼器平衡横侧稳定性和方向稳定性两者的强度便成为了当下抑制荷兰滚的标准配置。
三、偏航阻尼器
（一）工作原理介绍
偏航阻尼器不仅仅是单一的部件，更准确的名称应该是偏航阻尼器系统，这是一个自动控制的飞行系统，由失速管理/偏航阻尼器（SMYD）、偏航阻尼器衔接电门、偏航阻尼器断开灯、偏航阻尼器指示器、方向舵PCU上的控制部件等组成。偏航阻尼器是典型的自动闭环控制系统，如果飞行中遇到外界干扰造成的飞机偏航时，偏航阻尼器会给出与飞机的偏航力矩成比例并与其反向的方向舵运动指令以使飞机沿竖轴保持稳定，即增加偏航阻尼。
偏航阻尼器分为主和备用偏航阻尼器，均由SMYD控制。飞机上的两个SMYD使用来自大气数据惯性基准组件（ADIRU）的数据、来自飞机传感器的其它数据（例如FMC提供飞机的总重）、驾驶盘偏转信号来计算需要的偏航阻尼值，见图4所示。

在正常工作期间，SMYD 1控制主偏航阻尼，此时系统要求两个SMYD都必须是可用的，因为SMYD 1在发出方向舵移动指令之前要与SMYD 2比较其偏航阻尼的计算，主偏航阻尼器使用主方向舵PCU来移动方向舵以减小偏航；非正常工作期间，即人工恢复飞行时（A和 B液压系统压力均失效），SMYD 2指令备用方向舵PCU移动方向舵用于备用偏航阻尼。
（二）使用方法

与偏航阻尼器工作相关的电门/指示灯共有3个，安装在飞行操纵面板上，见图5。
①飞行操纵电门（FLT CONTROL）通常设置在A ON和B ON位。若任一电门放置在STBY RUD位则使用备用液压系统泵并打开备用方向舵关断活门，给备用方向舵动力控制组件供压。
②偏航阻尼器电门在ON位可以接通偏航阻尼器。如果飞行操纵电门B在ON位，主偏航阻尼器与主方向舵动力控制组件接通；如果飞行操纵电门A和B都在备用方向舵（STBY RUD）位，备用偏航阻尼器与备用方向舵动力控制组件接通。
③偏航阻尼器琥珀色灯亮表示偏航阻尼器未接通。
综上可知，主偏航阻尼器、备用偏航阻尼器工作需要不同的液压控制，详见附表。

需要注意的是，当A液压系统正常而B液压失效时，保持飞行操纵电门ON位是无法接通偏航阻尼器的，因为飞机设计者认为飞行员仍可以利用A液压操纵方向舵控制飞机的偏航。若此时飞行操纵A、B电门均放置在STBY RUD位会切断供给副翼和升降舵作动的液压压力，这对飞行员的操纵影响更大，得不偿失。只有在A、B液压都失效时，副翼和升降舵的操纵失去了液压助力，这时将飞行操纵A、B电门放置在STBY RUD位，飞行员可以借助备用液压操纵方向舵和接通备用偏航阻尼器。所以，B737机型的《快速检查单》中只在执行人工恢复或A、B系统均失效检查单（图6）程序时才需要接通备用偏航阻尼器，辅助飞行员控制飞行的姿态。

四、案例分析
（一）2024年12月，某航一架B737-800飞机执行济南-舟山航班时，在起飞爬升过程中偏航阻尼器断开、琥珀色指示灯亮。机组执行《快速检查单》处置程序确认偏航阻尼器无法接通，机组考虑到后续航段均有中度颠簸区，联系运行控制中心综合评估后决策备降南京并安全着陆。维修人员排故判断为1号SMYD、右侧ADIRU故障。
偏航阻尼器检查单程序要求机组确认偏航阻尼器无法接通后需要避开中度及以上颠簸区飞行，如图7。而后续航路恰好有颠簸区域，存在飞机进入荷兰滚的风险，这是机组面临的威胁。机组对威胁进行了有效管理，做出备降的决策是恰当合理的，保证了运行的安全。

（二）2024年5月，美国西南航空公司一架B737MAX客机从菲尼克斯飞往奥克兰，在32000英尺高度时发生荷兰滚，所幸机组成功控制住了飞机，最终安全降落。经调查，事件原因为偏航阻尼器工作异常导致的飞机进入荷兰滚。航后检查发现备用方向舵动力控制组件受损，飞机尾部受到严重的结构性损坏。
机组在发生荷兰滚时能够重新控制住飞机状态展现了优秀的操纵能力，采用合适的控制方法来应对荷兰滚尤为重要。改出荷兰滚的要领总结如下：
①首先要理解发生荷兰滚的原理，辨明飞机当前状态是否进入荷兰滚。
②确认偏航阻尼器工作状态，及时人工干预飞机姿态和制定应对计划。避免飞机进入颠簸区域及上升高度，否则将导致飞机状态进一步失控。
③如果飞机已经进入荷兰滚，要明确改出的方法是施加与偏航方向相反的方向舵控制，通过补偿偏航阻尼来抑制自发的偏航运动。切勿因飞机有坡度而下意识压盘改平机翼，横滚运动会产生逆向偏航效应进一步激励偏航运动，使荷兰滚加剧。
④改出时观察机头移动方向，反向蹬舵阻止机头移动，蹬舵动作要柔和，观察有效再继续提供舵力直到消除偏航运动。
总而言之，飞行员改出荷兰滚是一个精准、柔和的操作过程，切勿粗猛蛮干。偏航运动被抑制后，可以按需压盘改平飞机姿态。 
五、总结
偏航阻尼器的精准控制使民航客机飞行时进入荷兰滚的情况很罕见，但是偏航阻尼器系统可能会失效或发生故障，这将给后续飞行带来风险。机组应严格执行检查单要求操作，避开颠簸区域、按需降低高度，结合飞机状态及天气情况做出合理的决策。飞行员还应掌握荷兰滚产生的理论原因和必要的处置技术以应对偏航阻尼器失效引发的异常情况。
由点及面，任何飞机的系统、设备都有发生故障的可能，此时考验的就是飞行员的胜任力，飞行员对其工作原理和失效处置程序的熟练掌握，是保证安全飞行的重要一环。飞行员实力的积累是信心的基石，以实力为根基，以信心为引擎，方能行稳致远。