2011年9月16日, 在美國內華達州, 雷諾市 (Reno) 所舉辦的競速賽中, 一架由 P-51 改裝的參賽機 (Galloping Ghost), 在比賽途中突然失控墜毀於觀眾席中. 造成飛行員及地面觀眾共11名罹難. 事後分析失事原因為左側升降舵上的配平片(Trim Tab) 於飛行中脫落, 造成飛機急速爬升, 強大的 G力使飛行員瞬間昏迷, 造成飛機失控. 而調整片脫落的原因, 為固定調整片的螺絲已使用 26年以上, 且原本不能重複使用的自鎖螺帽重複使用, 造成螺絲斷裂, 調整片因而脫落, 釀成此次事故.
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劇情摘要:
每年9月於美國內華達州雷諾市舉辦的飛機競速賽, 是一場歷史悠久的賽事. 其中 "Unlimited" (無限制組), 是螺旋槳飛機中速度最快的組別. 參賽飛機沿著周長8英哩的橢圓型賽道, 以離地100英呎的高度, 接近每小時500英哩的速度飛行, 其危險性及刺激性可想而知.
(上圖摘自 NTSB 報告)
但在 2011年9月16日舉辦的賽事中, 卻發生了憾事. 其中由 James Leeward 駕駛的 P-51 改裝機 Galloping Ghost 號, 在比賽中突然失控向上急速爬升, 之後高速俯衝墜毀於觀眾席中, 造成飛行員及地面觀眾共11人罹難. 由於撞擊力道大, 機體解體為碎片, 讓鑑定人員難以於其中找尋任何蛛絲馬跡. 幸而當時許多觀眾都有錄下飛機失事前的影像, 調查單位在徵調當時的影像紀錄後, 基本上確定了飛行途中, 飛機左側升降舵上的配平片 (Trim Tab)已脫落. 但究竟是脫落後造成飛機失控, 還是失控後才脫落, 則一時還無定論.
(Photograph courtesy of Julia Kirchenbauer)
至於飛行員的健康問題 (飛行員當時已70高齡), 檢驗結果, 沒有出現心臟或血管方面的問題. 也同時檢驗了當時的飛行數據 (比賽飛機上裝有遠端數據監控, 可即時讀取相關的飛行數據), 發現在飛機失控爬升的當下, G力高達 17個G, 遠超過人類忍耐的極限, 可以斷定飛行員當時已昏迷過去, 因而無法操控飛機, 才會墜毀在人群中.
事後訪談維修人員, 得知右側升降舵的配平片固定螺絲有鬆動的情況, 並且於比賽前已修復. 但左側的固定螺絲則完全沒有紀錄. 是否是鬆動的螺絲造成脫落, 仍無定論.
直到三個月後, 調查人員在殘骸中找倒了配平片的固定端, 發現固定螺絲已斷裂, 而固定用的自鎖螺帽已鬆動 (照理應該用手是轉不動的). 再經送實驗室進一步分析螺帽及螺絲後, 發現螺帽內殘留有26年前所塗的黃色油漆, 可見其至少使用了26年, 且螺絲也有金屬疲勞的現象. 因此重複使用原本只能使用一次的自鎖螺帽, 造固定螺絲鬆動, 進而因不斷震動導致螺絲因金屬疲勞而斷裂, 應該是此次失事的主因.
(上圖摘自 NTSB 報告)
調查報告在最後的建議中, 提議每次重大的改裝後都必須進行相關的測試, 另外也建議此類飛行競賽或表演, 對於觀眾及工作人員的安全隔離也要注意. 這些都使得日後飛行表演或競賽更加安全.
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Cheese 理論分析:
1. 重複使用自鎖螺帽:此舉造成螺帽/螺絲鬆動, 是本事故最重要也是啟始的主因 .
2. 螺絲/螺帽使用年限過久: 若螺絲/螺帽曾於這段時間內更換, 除了避免重複使用自鎖螺帽的問題外, 也不至於因金屬疲勞導至螺絲斷裂
3. 高速飛行時配平片脫落: 若當時飛機速度不快, 飛行員尚有時間穩住飛機, 也不至於因瞬間 G力過大而昏迷. (當然高速時螺絲受力大, 斷掉的可能性比低速時更大)
以上其中任一因素若沒出現, 這次的意外或許就不會發生, 或至少不是衝進人群這麼嚴重的事故.
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補充說明:
1. 自鎖螺帽:
在飛機上為了防止螺帽因為震動而鬆脫, 常見的有兩種做法:
一是打保險 (Safety Wire), 如下圖, 用鋼絲把螺絲或螺帽固定在另一個螺帽或螺絲上 (看起來很麻煩, 實際上也是)
另一種方法是使用自鎖螺帽 (Self-Locking Nut):
這種是開口做成有點橢圓形
這種是在內側加裝橡膠類的材質
以上兩種方法, 目的都在增加螺牙間的摩擦力, 避免因為震動造成螺帽鬆脫. 也因此新件在裝上螺絲時, 是無法直接用手旋上的. 而且若拆下後再裝回, 因為材質已經變形, 螺牙間的摩擦力就無法達到原先的設計要求, 防止鬆脫的功能就會降低, 因此這類螺帽都要求不可重複使用.
2. Trim Tab
配平片 (Trim Tab) 是在飛操面上, 讓飛行員可以微調, 即使鬆開操縱桿(或方向舵)後, 仍可維持飛行姿態的一種裝置
3. P-51 的改裝
P-51 野馬式戰機, 可以說是二次大戰期間, 美國最具代表性的機種之一, 甚至到了韓戰都還再使用. 數量也很多, 一共生產了一萬五千多架, 也因此民間也有相當多的數量.
由於P-51使用的是水冷式引擎, 不像氣冷式引擎需要大的機身截面積來讓空氣流過引擎, 因此在飛行阻力上會比氣冷式小的多, 非常適合用來改裝成競速飛機.
像這次出事的 "Galloping Ghost", 為了增加速度, 把機翼削短了一截. 一方面飛機速度快, 根本不需要這麼大的翼面積, 另一方面雖然短機翼增加了誘導阻力, 但高速時, 誘導阻力所佔的比例降低, 反而是型阻力比重增加, 削短的機翼不但形阻力減少, 重量也連帶減少, 讓總體阻力下降. 而同時尾翼面積也可以同時減少, 更近一步降低了重量跟阻力.
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