2001年11月12日 美国航空587航班A300-605R飞机空中垂尾飞脱坠毁事故（副驾驶不必要的、过度的方向舵输入，引起方向舵分离，导致飞机失速事）

2001年11月12日，美国航空587航班，一架空客A300-605R，注册号N14053，从纽约肯尼迪机场起飞后不久坠毁在纽约贝乐港郊区。该航班计划前往多米尼加共和共圣多明各美洲国际机场。机上载有2名飞行机组、2名乘务组和251名乘客，均全部遇难，另外还有5名地面人员遇难。飞机的垂尾、方向舵和发动机依次飞脱。美国NTSB负责此次调查。

1事实情况

N14053飞机于11月11日从哥斯达黎加经停迈阿密到达纽约。迈阿密到纽约航班的机组反映飞机正常无故障。587航班是12日这架飞机的第一个航班。

07:45，机组完成外部检查，未发现异常。

07:30-08:00，机组报告2号俯仰配平和偏航阻尼系统不能接通。两名电子工程师对自动飞行系统进行了自检，发现2号飞行增强计算机故障，他们重置了跳开关，重新做了自检，发现故障解除。

08:45:35，CVR开始工作。CVR显示08:59:58管制允许飞机推出。09:01:33，地面管制通知机组到31L跑道的滑行路线。09:02:05，机长指令副驾驶检查方向舵，副驾驶为操纵飞机的飞行员。

09:06:53，地面管制指令日本航空一架B747-400飞机滑行到31L跑道。09:08:58，地面管制指令587航班跟随日本航空飞机。

09:11:08，管制允许日本航空起飞。09:11:36，管制提醒587航班机组注意尾流并指令其滑行到位后等待起飞。

09:13:28，管制允许587航班起飞。09:13:25，副驾驶询问机长：“你对间距满意吗？”，3秒后，机长回答：“我们离地后就没事了，等我们离地后它应该距离我们5英里。”09:13:46，副驾驶说：“看来你是满意的。”

NTSB对事故飞机性能的研究发现，09:13:51,587航班滑跑起飞，09:14:29离地，大约在日本航空1分40秒后离地。09:14:43，管制指令587航班左转，使用标准离场程序并联系纽约离场。雷达数据表示，飞机爬升到500英尺MSL后左转航向220度并继续爬升。09:15，机长与离场管制建立联系，报告飞机正穿越1300英尺MSL，并继续爬升至5000英尺MSL。09:15:05，离场管制指令587航班保持1300英尺。5秒后机长回复确认。09:15:29，CVR显示机长报告：“光洁形态”。

09:15:35,587航班穿越1700英尺，大翼水平。1秒后，管制指令587航班左转直飞WAVEY点。09:15:41，机长回复收到。之后管制再也没收到机组通讯。

FDR数据显示，飞机在09:15:36经历了0.04G的纵向过载，0.07G向左的横向过载和0.3G的垂直过载。这些与尾流造成的颠簸一致。09:15:36-09:15:41，FDR记录了驾驶杆、方向舵和驾驶盘的移动。

09:15:44.7，机长说：“有点尾流”，副驾驶回答“是的”。09:15:48.2，副驾驶表示要调速250节（1000英尺以下的最大速度），当时飞机2300英尺。

09:15:51，FDR显示过载的变化出现了与09:15:36出现的过载变化相似，纵向过载从0.2G下降到0.14G，出现向左0.05G的横向过载，竖向过载从1G下降到0.6G。性能分析发现这些变化与尾流颠簸一致。09:15:51.5，FDR显示飞机坡度从23度变为25度左翼下倾，09:15:51.5，驾驶盘右转到64度，09:15:51.9，方向舵脚蹬右偏1.7英寸。

09:15:51.8，09:15:52.3，09:15:52.9，CVR依次记录了一个撞击声，一个咔嗒声和两次撞击声。09:15:54.2，副驾驶说：“最大推力”，他的声音听起来很紧张，此时飞机速度240节。09:15:55，机长说：“你还好吧？”，副驾驶说：“我还好。”1秒后，机长说“保持住，保持住。”09:15:56.6，CVR记录了一个折断声，09:15:57.5，副驾驶说：“咱们加大推力吧”，09:15:57.7，出现了一个撞击声。性能分析显示，09:15:58.4，垂尾的右后主链接装置断裂，垂尾随即从飞机上分离。09:15:58.5，CVR记录了一声巨响。此时飞机速度251节。

飞机性能分析表明，09:15:53.2，方向舵左偏11度，侧滑角（飞机重心位置）左偏4度（瞬时最大5度）。09:15:56.8，方向舵左偏10.2度，左侧滑7度。09:15:58.4，（此时右后主链接装置断裂），方向舵右偏10-11度，右侧滑11-12度，飞机出现了0.2G向右的横向过载。

09:16，CVR记录了一个咕哝声，1秒后，副驾驶惊讶的说：“天哪”，09:16:04.4，CVR记录了一个持续1.9秒的失速警告声音，09:16:07.5，副驾驶说：“我们被困住了。”09:16:12.8，机长说：“脱离它，脱离它。”2秒后，CVR停止。

飞机残骸位于N40º34'37.59"W73º51'01.31"。

图1表示驾驶杆操作行程，图2和图3表示587航班的雷达轨迹。其中，图2表示587航班从起飞到坠毁相对于日本航空的轨迹，图3表示587航班在地图上的飞行轨迹，附带有关键事件。

                      图1驾驶杆和方向舵在第二次尾流颠簸中的变化

                         图2587航班相对于日本航空飞机的飞行轨迹

                           图3587航班飞行轨迹及关键事件

2分析

机组都有合法资质。不存在影响机组表现的身体状况。机组疲劳不是事故因素。

失事飞机的维护和放行都符合FAA规定。起飞前，2号俯仰配平和偏航阻尼系统不能接通。美国航空公司电子工程师发现飞行增强系统存在问题，并且通过重置该计算机的跳开关解决了问题。

当天管制员的培训及任职资格符合标准。管制员在处理美国航空587航班和日本航空47航班时符合FAA关于尾流间隔的要求，日本航空47航班在587航班前一刻起飞。

587航班的垂尾和方向舵在坠机前从飞机分离，并且在距离主坠机点1英里外被找到。09:15:58.5，FDR记录了0.2G的横向加速度，同时，CVR记录了一声巨响。性能分析认为这个加速度和后续的飞机失控都是由垂直安定面的分离造成的。在垂尾脱离前，飞机对于方向舵的反应正常且方向舵完好的链接在垂尾上。

坠机前，两台发动机都发生了飞脱。任何发动机都没有壳体破损、非包容或失效迹象，并且发动机在飞机地面运行、起飞和起始爬升阶段都工作正常。FDR和CVR显示发动机脱离发生在垂尾脱离后的失控过程中。在发动机飞脱过程中燃油可能被点燃，可能引发火情。同时，在飞机下降中，失控状态可能干扰了进入发动机的气流，引起压气机喘振（压气机喘振时通常会喷出火焰）。因此，NTSB认为目击者所观察到的飞机在着火很有可能源自最初的燃油泄露或者压气机喘振。

587航班在起飞后不久就遭遇了日本航空47航班的两次尾流，分别在09:15:36和09:15:51。在587航班第二次遭遇尾流颠簸后（垂尾脱离前7秒），FDR记录了5个循环的方向舵脚蹬和方向舵的变化。NTSB没有透露任何证据表明造成此变化的为机械原因。NTSB在另一架A300-600飞机上进行了方向舵系统测试，发现由偏航阻尼器和自动驾驶输入造成的方向舵和方向舵脚蹬偏转参数与587航班FDR记录的不一致。只有当机组人工蹬舵时才会发生与587航班FDR记录的一致的方向舵变化。因此，NTSB认为587航班第二次尾流颠簸后的方向舵循环运动是由副驾驶脚蹬输入所引起的。

当副驾驶在进行5次方向舵脚蹬输入时，机长开始询问他（09：15:55，“你还好吧？”）并且指导他（09:15:56，“保持住”）。但是机长并没有干预或接管飞机，其实他作为机长有这个职责。机长认为飞机的运动是由于尾流，甚至当垂尾飞脱后仍然这么认为（09:16:12，“脱离它，脱离它”）。机长很难观察到副驾驶对脚蹬的输入。鉴于机长对于当时情景的有限认知和事件发生的短暂时间，机长的反应是可以理解的。

3结论

3.1发现

机组都有合法资质。不存在影响机组表现的身体情况。机组疲劳不是事故因素。失事飞机的维护和放行都符合FAA规定。当天的管制员的培训及任职资格符合标准。管制员在处理美国航空587航班和日本航空47航班时符合FAA关于尾流间隔的要求。

目击者所观察到的飞机在着火很有可能来自于最初的燃油泄露或者压气机喘振。587航班第二次尾流颠簸后的方向舵循环运动是由于副驾驶脚蹬输入所引起的。

587航班的垂尾符合设计及认证要求。垂尾由于过载而断裂。施加在垂尾上的载荷是载荷设计包线的两倍，并且大于认证的最大载荷设计包线，垂尾从后手柄处开始断裂。副驾驶对于尾流颠簸的处置过激，进行了过多的操作输入。

美国航空高级飞机机动课程地面训练鼓励机组失控改出中（包括尾流颠簸）使用方向舵来协助横滚操作。美国航空高级飞机机动课程大坡度模拟机训练容易使副驾驶产生不真实的、夸张的尾流颠簸现象，错误的将尾流颠簸与需要大幅度横滚操作进行改出的失控状态联系在一起。课程开发的操控逻辑在实际飞行中会产生大不一样的、令人惊讶和困惑的结果。

在587航班事故之前，机组没有接受过关于空客A300-600飞机在高速飞行时蹬方向舵脚蹬造成的影响的相关训练，也没有接受过方向舵行程限制器是如何工作的相关训练。

空客A300-600方向舵控制系统耦合了一个方向舵行程限制器，方向舵随着速度增加，灵敏度也会增加。这是可变停止位的设计特点。而且这架飞机的方向舵脚蹬的操作力是NTSB评估的运输类飞机中最轻的。遭遇第二次尾流颠簸后副驾驶的初始驾驶盘输入过大，而且他没有必要进行方向舵脚蹬输入。安全委员会认为需要认证标准来保证未来飞机设计时减小人机耦合操作的可能性并且在大行程方向舵输入时能够抵抗大过载。由于A300-600的操作比较敏感（较轻的方向舵输入和较小的方向舵脚蹬位移量即可操作方向舵偏转），飞机有可能在高速飞行时由于方向舵输入引发危害。为了减少人机耦合事件的发生，运输类飞机驾驶员应当通过培训了解方向舵全行程输入的影响以及在运输类飞机飞行操纵中是不必要进行全行程方向舵输入的。

在飞行员中，有一个普遍的误解，即在低于机动速度，全行程或突然的飞行操纵输入时存在何种程度的飞机结构保护。

NTSB建议FAA针对非正常姿态训练制定训练标准。

使用不加载运动系统的模拟机或简单的计算机屏幕等低级别的模拟系统可以更恰当的提供所需要的情景训练，这样不会引发错误信息（过度的失控感觉）。

3.2可能原因

副驾驶不必要的、过度的方向舵输入引起了超过设计极限的过载，从而引起方向舵分离，并最终导致飞机失事。除了方向舵输入，A300-600飞机的方向舵系统设计和美国航空高级飞机机动课程中的一些元素也对事故的发生产生影响。

4安全建议

（1）新的安全建议

针对FAA：

修改美国联邦法规第14篇25部分，增加认证标准以确保在飞行包线内围绕竖轴的运动的飞行品质要求，同时制定方向舵脚蹬敏感度认证标准（A-04-56）。

安全建议A-04-56中的竖轴认证标准建立以后，检查现有飞机的设计是否符合标准。对于不符合标准的现有飞机，FAA应当检查它们是否可以保护飞机免于在各种速度下的方向舵脚蹬输入后可能引起的人机耦合现象（APC）造成的负面影响。如果没有相应的保护，FAA应该要求飞机制造商增加相应的措施以保护飞机不受高速飞行时蹬舵可能引起的APC的负面影响。(A-04-57)

检查A300-600和A310改进方案，并在此基础上，要求其进行改装，以增强对于高速飞行时蹬舵造成的危害的保护。(A-04-58)

研究并发布对于机组的指导性建议，使机组认识到在控制运输类飞机时不需要对舵面进行多次全行程、方向不断变化的输入。这种输入有可能会产生人机耦合的副作用，所以应该避免。(A-04-59)

修订所有的法规和咨询通告以澄清飞机在或低于机动速度时，且机组进行一个操纵方向或多个操纵方向的多次全行程输入时，飞机不提供结构保护。(A-04-60)

实施并发布在研发失控改出课程时参考的指南性文件。文件可以以咨询通告的形式发布。指南应反映行业的最佳做法并应避免产生不正确的或相反的培训效果。(A-04-61)

制定安全建议A-04-61推荐的指导性方案的同时，评估对于失控训练使用何种级别的模拟机最合适，并且发布指导意见以推动失控训练标准化并减少不恰当训练的危害。(A-04-62)

针对法国民航局：

检查A300-600和A310改进方案，并在此基础上，要求其进行改装，以增强对于高速飞行时蹬舵造成的危害的保护。(A-04-63)

（2）之前的安全建议

要求运输类飞机制造商和运营人建立并实施满足以下要求的飞行员训练课程：解释运输类飞机的方向舵和垂直安定面的结构认证要求；解释依次朝不同方向蹬满舵或者侧滑时蹬对侧方向舵会在垂尾上产生过大的载荷，即使在低于设计机动速度时也会产生大载荷；解释在某些飞机上，随着速度增加，可以通过轻蹬舵和小的舵面行程来达到最大舵面偏转量。FAA还应要求制造商修改飞机和机组使用手册以反应和强调上述问题。FAA还应确保此培训不会影响现有针对方向舵正确使用的训练，比如起飞后发动机失效或强侧风或阵风起飞或着陆时方向舵的使用。(A-02-01)

仔细检查现有针对运输类飞机飞行员的关于非正常或紧急情况下特殊机动的指导或训练，如有必要，进行修订以确保机组不会操纵方向舵出现危险情况。(A-02-02)

要求所有运输类飞机制造商检查，如必要，修改维修手册中针对严重颠簸和空中极限机动的检查标准，以确保正向和负向垂直加速和横向加速所引起的过载不会对飞机造成影响。(A-03-41)

要求所有运输类飞机制造商建立垂直和水平加速度G值的最大临界值，超过此值后需要将飞机返厂维护，且制造商要介入并监督。(A-03-42)

要求所有运行时过载（FDR或其它数据显示）超过安全建议A-03-42规定的临界值的营运人（或营运人认为已经超过了）通知FAA这些高过载事件并提供相关过载评估和检查结果。(A-03-43)

要求运输类飞机制造商将需要需要其介入的加速度超过临界值的事件通知认证机构，并提供相关过载评估和检查结果。(A-03-44)

要求在两年内，所有A300-600/A310和B747-400飞机以及其它可能记录过滤的数据的飞机都要完成飞行记录器改装。改装后的记录器应该能记录每个参数在整个动态范围内满足精度要求的数据，这些数据包括完整的、准确的、没有歧义的随时间变化的每个参数的变化情况，且尽量以最大频率记录每个参数的正反向动态变化。(A-03-50)