Навеяло катастрофой эфиопского Boeing 737 MAX 8

   Сейчас в околоавиаионных группах интернета на слуху недавняя катастрофа эфиопского Boeing 737 MAX 8. Эксперты разных уровней, сравнивают ее с недавней катастрофой аналогичного самолета авиакомпании Lion Air, упавшего в море вскоре после вылета.

   Вторая за полгода катастрофа Boeing 737 MAX 8 произошедшая при схожих обстоятельствах напомнила мне, что это не первый серьезный инцидент связанный с системной ошибкой Boeing 737. В тот раз ошибка касалась руля направления, и привела как минимум к двум авиакатастрофам и одному серьезному происшествию.

   Про нее снято несколько документальных фильмов.

   Пытаясь разобраться немного больше чем было рассказано в ТВ-передачах и статьях Википедии, нашел интересную статью http://old.seattletimes.com/news/local/737/ из которой узнал, что происшествия с рулем направления периодически случались практически сразу после начала эксплуатации семейства Boeing 737. Большей частью это были замечания от эксплуатантов относительно небольшого отклонения руля направления во время полета, что создавало некоторые неудобства пилотам, и которые фирма Boeing фактически игнорировала.

   Для начала пару слов о том, что такое руль направления, и для чего он нужен самолету. Не вдаваясь в подробности конструкции самолета - руль направления нужен для выравнивания носа самолета относительно его движения (НЕ ПОВОРОТА!). 

Работа руля направления. Изображение с сайта wikipedia

   Но так как двухдвигательный Boeing 737 имеет двигатели размещенные на пилонах под крылом, разнесенные от фюзеляжа - сбой в работе одного из них будет создавать разворачивающий момент. Тем сильнее, чем сильняя тяга оставшегося двигателя. Также отказ одного двигателя приведет к тому, что нарушится обтекание крыла воздухом справа и слева, что приведет к разности подъемной силы, и как следствие - “заваливанию” самолета на бок неработающего двигателя. Наибольшую опасность это будет создавать при взлете - когда и режим двигателей максимальный, и запаса высоты и скорости нет. Для компенсации этого эффекта,  была увеличена площадь руля направления - при его полном отклонении изменяется обтекание самолета воздухом, и можно скорректировать поворачивающий момент.

Иллюстрация из статьи по ссылке.

  В идее - это было простое решение проблемы. Если-бы не дефект допущенный при проектировании гидравлического привода руля направления. 

   Конструктивно, привод руля направления, напомнил мне конструкцию гидроусилителя руля в автомобиле. При повороте руля в каком-то направлении - специальное устройство в рулевой рейке отслеживает это и направляет поток гидравлической жидкости который давит на поршень с одной или другой стороны, тем самым помогая поворачивать руль. Тут все похоже, но естественно сложнее. Руль направления также управляется цилиндром, который в свою очередь управляется хитрым распределителем с сложной системой клапанов и каналов.

Иллюстрация из статьи по ссылке.

   Первая катастрофа, причиной которой был заклинивший руль направления, произошла 3 марта 1991-го года, с Boeing 737-200 (поколение original) выпущенном 9 лет назад.При заходе на посадку, самолет резко перевернулся на 180 градусов и упал. Погибло 25 человек. Расследование катастрофы ни к чему не привело. По всем признакам абсолютно исправный самолет просто перевернулся.

   Вторая катастрофа произошла спустя 3 года - 8 сентября 1994-го года, с семилетним Boeing 737-300 (это уже следующее поколение - classic). При схожих обстоятельствах, при заходе на посадку самолет также переворачивается и врезается в землю.

   В катастрофе погибло 132 человека. 

   Расследование этой катастрофы также зашло в тупик. Хоть руль направления уже был в списке главных подозреваемых (благодаря бортовым самописцам нового поколения, фиксирующими больше различных параметров самолета, в том числе положение органов управления и управляющих поверхностей самолета), но никаких доказательств следователи предоставить не могли - все сохранившееся элементы конструкции были в пределах допусков и не имели следов повреждений до момента катастрофы.

   Расследование сдвинулось с мертвой точки только спустя почти два года, 9 июня 1996-го года, когда очередной Boeing 737-200 (выпуска 1970-го года, имевшего 26 лет налета) попал в аналогичную ситуацию с заклиниванием руля направления. Но на этот раз пилоты смогли посадить самолет, и у следователей появилась возможность детально изучить механизм едва не приведший к трагедии, на целом самолете. 

   Но и тут все оказалось не просто - вся система работала, и цилиндр гидропривода, и распределительные клапаны - не имели никаких следов износа и функционировали как полагается. Пока кому-то не пришла в голову идея систему привода руля направления охладить до низких температур характерных для полета на эшелоне, а гидравлическую жидкость наоборот нагреть до высоких температур. И только тогда система начала проявлять склонность к “закусыванию”. Из-за различных температурных коэффициентов расширения, различные части гидравлических клапанов при контакте с горячей гидравлической жидкостью расширялись неодинаково, что приводило к блокировке механизма - когда поршень до упора давится в одном из направлений. Спустя некоторое время, после прогрева системы, все продолжало работать как и ранее, не оставляя никаких следов.

   Также выяснилось, что указанные компанией Boeing данные по минимальным скоростям, при которых сохраняется управляемость оказались завышены. Именно поэтому пилотам удалось справится с третьим инцидентом - они элементарно летели быстрее, и эффективнее работали элероны, которыми пилоты пытались компенсировать переворачивающий момент. На низких скоростях их эффективности просто не хватало. Лично я хорошо этот момент прочувствовал на симуляторе Boeing 737-800 - стоило полностью надавить на педаль - как самолет начал разворачиваться вокруг своей оси направляя нос вниз, и чтобы вернуть привычное положение пришлось кроме того что оставить в покое педали руля направления, еще и поработать штурвалом.

   По результатам расследования, после установки причины катастроф, Boeing произвел доработку механизма управления рулем направления, и обеспечил замену этого узла во всем парке летающих самолётов семейства 737. После чего продолжил их выпуск новым поколением NG изначально свободным от данной проблемы. 

   Несмотря на некоторую схожесть описанных катастроф с последними крушениями MAX, есть и существенные различия - проблемы с MAX проявились практически сразу после начала эксплуатации, в отличии от проблемы с рулем направления, приведшей к первому крушению спустя более 20 лет эксплуатаци самолетов семейства Boeing 737. Также как и поиск причины катастрофы в первом случае занял годы, и успех был скорее случайностью (благодаря удачному приземлению борта столкнувшегося с неисправностью), а в недавнем случае причина крушения была найдена практически сразу, только к сожалению была недооценена ее опасность.
   Надеюсь что проблему MAX, опускающего нос для избежания сваливания и вместо этого падающего вниз, быстро решат. Конечно если подтвердится что катастрофа эфиопского Boeing-а имеет одинаковые причины с катастрофой индонезийского MAX. И думаю что возможно все обойдется простым изменением алгоритма работы системы предотвращения сваливания.