揭开波音737致命设计缺陷的一次意外事件
美国东风航空公司标志
1996年6月9日傍晚18时40分左右，一架隶属于美国东风航空公司（1995年至1999年存在的一家以特伦顿默瑟县机场为主基地的小型廉价航空公司）的波音737-200型客机（波音737-2H5，注册编号N221US，机龄请各位大神补充）飞临里士满空域，正准备向目的地里士满国际机场进近。该机正在执飞的是从新泽西州特伦顿默瑟县机场起飞前往弗吉尼亚在州里士满国际机场的W9517航班（注意W9是东风航空公司的二字代码），当时飞机上有2名机组成员、3名乘务组成员和48名乘客。
东风航空涂装的N221US号波音737-200客机
执飞W9517航班的机长是经验老道、拥有超过10000小时飞行时长经历的布莱恩·毕晓普，副驾驶资料不详。在进近阶段，由毕晓普机长操纵飞机，副驾驶负责和塔台进行联络。
空中浩劫画面：东风517航班机长和副驾驶
空中浩劫画面：在夜色中向里士满机场进近的东风517航班
布莱恩·毕晓普机长
副驾驶：“里士满中心，这里是东风517，请求进近。”
里士满：“听到了，东风517，准许你们进近，在34号跑道降落。”
副驾驶：“在34号跑道降落，东风517明白。”
机长：“我们现在高度和速度多少？”
副驾驶：“空速250节，高度5000英尺。”
机长：“了解了。”
“女士们先生们，这里是机长广播，本航班将在5分钟后降落在里士满机场，请大家坐在各自的座位上系好安全带，调直椅背，收起小桌板，打开遮光板，请乘务组做好降落准备。感谢大家选择东风航空航班，谢谢。”
里士满国际机场全景俯瞰
当时里士满机场空域天气情况大好，没有风，没有云，没有乱流，十分适合客机的起降。
当毕晓普机长稳稳的驾驶飞机对准里士满机场34号跑道进近的过程中，他忽然奇怪的感觉到右脚踏板有短暂的异响，于是他向右撇了一眼坐在他右边的副驾驶，看是不是副驾驶踩动了踏板（波音737的左右坐的操纵杆和踏板都是联动的，一侧的机组人员踩踏板另一侧的机组人员就能在第一时间感知到），结果发现副机长的脚放在地板上。于此同时，坐在飞机尾部折叠座椅上的一名空乘也听到了自己下方某个地方（不是脚下正下方）传来了巨大的“砰砰”声。
空中浩劫画面：毫无征兆的急剧右转的东风航空517航班
空中浩劫画面：飞机翻转后客舱中的场景，不过似乎转反了
紧接着，飞机突然毫无征兆的向右急剧翻转，大吃一惊的毕晓普机长本能的向左拉杆，并用尽全力踩下左转踏板，但他发现即便他用了吃奶的劲使劲猛踩，左转踏板就是纹丝不动，飞机的方向几乎不响应人为操作。
机长：“该死的，什么情况！”
副驾驶：“左转！左转！”
机长：“我转不了，踏不动！”
空中浩劫画面：拼了老命踩踏左转踏板的毕晓普机长，但就是踩不动
“我不知道当时的情况有多严重，但我敢肯定的是方向舵出了问题，我把操纵杆往反方向扳，并用力踩左方向踏板，但踏板动也不动。”毕晓普机长事后这样回忆道。
危机关头，机长果断的打开了左侧的副翼，并增加右侧机翼发动机的动力，希望借此来抵消飞机向右偏转的趋势并努力维持主飞行姿态不让飞机进入螺旋，重蹈美联航UA585和全美航空AU427航班的覆辙。30秒后，飞机突然停止了偏转，恢复了平衡，机组重新控制住了飞机。
机长：“开始应急情况检查单程序！”
副驾驶：“收到，执行！”
惊魂未定的机组赶紧启动应急检查程序，检查程序的其中一项就是暂时关闭方向舵的偏航阻尼器。当副驾驶关闭偏航阻尼器时，飞机突然再次剧烈右转，驾驶舱内近地警报响个不停，刚刚稍微安定下来的气氛陡然再度陷入危机。
本厂长绘制的东风航空涂装的N221US号波音737-200客机二视图
机长：“怎么又来了！”
副驾驶：“我不知道！”
但这次危机来的快去的也快，仅仅几秒钟后飞机又突然恢复了正常的水平飞行。
机长：“宣布紧急情况！通知塔台我们飞机的飞行控制出现问题！”
副驾驶：“MAYDAY！MAYDAY！MAYDAY！东风517呼叫，我们的飞行控制出现问题，宣布紧急情况，请求优先降落。我们需要支援，需要支援！”
里士满：“收到情况，东风517出现飞行控制问题，我们已经为你清空进近路线上的所有飞机，你们可以随时降落在34号跑道。我们将为你们准备好一切支援！”
副驾驶：“东风517收到！”
机长：“减速进近！”
副驾驶：“但愿别来第三次啊——再来一次我们肯定就完蛋了！”
机长：“上帝保佑我们！襟翼30°！”
副驾驶：“襟翼30°确认。”
机长：“放下起落架！”
副驾驶：“起落架放下确认锁定。”
机长：“我想你最好找个没有灯光的空旷地方，万一再出现问题我们能避开社区和人群。”
副驾驶：“老兄，我认为附近没有比机场更空旷的地方了。”
机长：“好吧，你是对的。继续进近！”
空中浩劫画面：最终成功向里士满机场34号跑道进近的东风517航班
所幸之后飞机并没有再次发生偏转，最终在一分钟后东风航空W9517航班N221US号波音737-2H5型客机成功的降落在里士满机场34号跑道，机上的53名机组/乘务组成员和乘客因为全部系着安全带而全部幸存，只有一名空乘被安全带勒伤，但伤势并不算太重。
当飞机停稳后，四肢还在不住颤抖的毕晓普机长拿起话筒准备对客舱说点什么诸如安慰乘客的话，但话筒放到嘴边却一句话都说不出来，只好无奈的将话筒放下：“在跑道滑行时我发现自己的双腿在颤抖，我们把飞机开到登机桥后，我拿起广播器想跟乘客解释情况，但拿起麦克风后，我发现没有什么可让我讲的，这是我自担任机长以来第一次在广播时语塞，于是我放下麦克风，就这么算了。”
虽然东风航空W9517航班里士满空中遇险没有造成人员伤亡，但鉴于该机遇险情况和美联航UA585航班科罗拉多泉空难（具体详情请看本厂长 一文）和全美航空AU427航班比佛县空难（具体详情请看本厂长 一文）遇到的情况极为类似。正被两次空难找不到真正原因而焦头烂额的美国国家运输安全委员会（NTSB）调查组闻讯立刻派人在事故后的第二天就赶到里士满机场对这次事件展开调查，他们意识到，如果这件事件能查个水落石出的话，将机有可能顺带将美联航UA585航班科罗拉多泉空难和全美航空AU427航班比佛县空难的罪魁祸首一并给“拉”出来。
本厂长绘制的东风航空涂装的N221US号波音737-200客机细节1
本厂长绘制的东风航空涂装的N221US号波音737-200客机细节2
本厂长绘制的东风航空涂装的N221US号波音737-200客机细节3
本厂长绘制的东风航空涂装的N221US号波音737-200客机细节4
附录：NTSB调查东风航空517航班里士满险情事件调查过程
NSTB的调查员查阅了N221US号机的维护记录：在一个月前的5月14日，机组在驾机起飞后不久，异常感觉到右侧方向踏板自己“动”了起来，机长当即决定返航。随后地勤更换了N221US号机的方向舵动力控制单元PCU，地勤人员与5月21日再次检查了方向舵的动力控制单元PCU，记录为一切正常。
随后在6月1日和6月8日，N221US号机在这两天各发生了一次小幅度的非人为控制的偏转，6月8日当晚，地勤也更换了偏航阻尼器的一部分零件。第二天，也就是事发当天的6月9日，飞机在试验飞行一切正常，因此飞机又重新投入了商业运营，结果当天晚上就再次出现问题。
于是NTSB的调查员们决定对出事的方向舵及其内部的偏航阻尼器进行更加仔细检查。
波音737 的方向舵设计最大偏转角度为26°，每侧13°。实际上并不允许飞机的方向舵偏转如此之大，系统允许的最大偏转角度为每侧8°，超出这一数值则视为超过安全极限。偏航阻尼器通常用于小幅度自动调整飞机的水平，最大偏转角度则只有每侧3°。方向舵的偏转速度可以高达每秒66°，即从最左到最右的最快实现时间不足半秒。
波音737的方向舵需要驱动尾翼上巨大的尾舵，仅凭人力也是无法转动的，因此驾驶舱通过左右脚的踏板发出控制命令，命令通过电缆传输给方向舵的动力控制单元PCU，由PCU内部控制的液压驱动尾舵。尾舵有两套液压装置，互为备份，液压装置响应来自驾驶舱方向踏板的信号，以及偏航阻尼器小幅度的调整信号。
在动力驱动单元PCU内部，有一个易拉罐粗细的伺服阀门，伺服阀门是控制尾舵方向的关键，阀门会根据控制命令向其中一侧滑动，从而让液压油流通到某一个方向，由此驱动方向舵朝该的方向运动。
根据东风航空517航班的飞行数据，通过飞行模拟器模拟，他们发现，要达到东风航空517航班飞机遇险的瞬间，，方向舵需要突然偏离6~6.5°，而偏航阻尼器只是角度微调设备，调整角度只有3°，无法实现这样大角度的偏转的，此外，尽管方向舵的动力控制单元存在一定程度的液压油泄露，但泄露的结果通常是偏转减小。
这架飞机的方向舵和偏航阻尼器被拆下来用于分析，因此换上了新的设备并重新投入运营，奇怪的是，此后的飞行员都没有报告过方向操作存在异常。
波音公司对此的反应是耐人寻味的：1996年11月，波音公司一边矢口否认波音737的方向舵存在问题，一边宣布将在现有的所有波音737型客机方向舵上增加一个方向舵限位器。
接下来调查人员仍然是毫不善罢甘休，继续不停的折腾方向舵和偏航阻尼器，此时，一个焦点问题是，有金属碎屑等各种杂质的“脏”液压油能否导致方向舵失控？
结合飞机实际的环境，大家想到了这样一种场景：在高空飞行的飞机外侧是凛冽的寒风和极低的温度，气温甚至可以低到-40℃（巧合的是，这个温度差不多也是-40℉），此时的方向舵暴露在空气中，早已冻透，而飞机的液压油则是在飞机内部不断循环，液压油在经过温度极高的发动机驱动的液压泵，温度较高。NTSB的飞行测试数据显示，在海拔6000米的空中（20000英尺），飞机外侧的温度差不多为-35℃，而从液压泵出来的液压油温是50℃，到达方向舵的液压油温是30℃。
那么，如果突然给低温状态下的方向舵灌入高温的液压油，会出现什么现象呢？
1996年10月，在加州的实验室中，反应明显迟钝的方向舵的伺服阀门卡住了！波音表示不接受这个实验结果，之后波音公司于1997年2月在自己的实验室中重复了这一实验，结果令他们无比尴尬的是：伺服阀门也同样卡住了。
伺服阀门内部有两个滑块共同作用，来控制液压油的导流，主滑块在辅滑块上滑动，而辅滑块则在壳体上滑动。通常主滑块先行进行移动，而仅当主滑块不足以滑到指定位置时，辅滑块才开始滑动。
仔细检查卡住的原因，发现是辅滑块在温度冲击下卡住了，根据对比正常的伺服阀门和事故飞机的伺服阀门，NTSB得出了两种解释：第一，当该阀门是由于系统公差导致间隙偏小的时候，容易发生堵塞；第二，液压油里的金属颗粒也会导致阀门内部滑块的堵塞。
一旦辅滑块被卡住在一个特定范围内后，如果外部继续发出操作指令的话，主滑块会滑出预定位置。特殊情况下，当辅滑块的位置超出50%的位移并卡住时，主滑块甚至会反向滑动！
1997年6月，调查人员在波音737飞机上进行了这样的实验，正常情况下各种折腾的方向舵都工作正常，然而一旦将辅滑块卡在50%位移处，只要稍稍点一下方向踏板，方向舵都会产生明显的反转现象。
找到原因之后，调查人员对东风航空517航班再次进行了模拟飞行，这一次模拟卡在不同位置时产生的数据，并与黑匣子中的飞行数据进行拟合，得出的结论是，东风航空517的辅滑块很可能卡在了55%的位置上。
而当调查人员对联合航空585航班和全美航空427航班的数据进行拟合时，发现当时的辅滑块很可能卡在了100%的位置上时，也就是方向舵反转最严重的情况下，拟合出来的数据惊人的和实际飞行记录数据高度一致！
也就是说，东风航空517的辅滑块幸运的卡在了反转的边缘，从而得以死里逃生，而联合航空585次航班和全美航空427次航班则卡在了最极端的位置，一旦飞行员稍微操作了方向，飞机的状况就会瞬间急转直下，不到20秒后就高速坠毁。
面对这个对自己严重不利的结果，波音公司坐不住了：1997年9月波音公司向NTSB提交声明，称没有证据支持飞机发生过非人为指令的方向舵大幅偏转。随后的1998年4月，波音公司再次向NTSB提交补充声明，认为没有证据表明东风航空航班517事件，美联航UA585航班科罗拉多泉空难和全美航空AU427航班比佛县空难是由共同的飞机故障引发的空难。
然而NTSB的调查员帮波音排除掉了天气、人为、爆炸、起火、飞机解体等各种各样的原因之后，最有可能的方式只剩下波音自己的方向舵伺服阀门失效了。
波音公司最终不得不宣布“认怂”，重新设计波音737的伺服阀门并替换所有现有波音737的部件。新的设计略微加长了两个滑块，并确保即使在辅滑块卡住，主滑块超过最大行程的情况下，液压油路也不会错误的链接，避免方向舵反转。
修改前（上）和修改后（下）的波音737尾舵伺服阀门对比
同时，波音更新了波音737的操作手册，来应急处理方向舵可能的卡死情况：
当出现非人为操作导致的飞机翻转时，先关闭自动驾驶，再关闭偏航阻尼器，此时方向舵不会再接收到外部的方向舵调整信号；
而当方向舵出现卡死时，先关闭自动驾驶，随后要求正副机长同时用力踩方向舵，直到方向舵回正。如果无法回正，在波音737两套动力控制单元PCU间来回切换后，继续用力踩方向舵。
波音737客机的方向舵设计从一开始就冗余偏低，波音737是当时所有大型双发运输机中，唯一一款采用单一方向舵面板和单一方向舵控制的，其余机型均采用分体式方向控制，并采用多个液压控制器或机械控制器。这就意味着，波音737的方向控制冗余较少，一旦出现故障，容易牵一发而动全身。尽管波音737有一个冗余的方向舵动力控制单元PCU，但需要飞行员手动切换，诸如美联航585和全美航空427的极端条件下，飞机迅速失去控制并在十几秒后坠毁，飞行员很可能无法及时切换PCU。
在经历两起机毁人亡的空难和
美国联邦运输安全委员会NTSB向美国联邦航空管理局FAA建议：
要求波音公司修改波音737方向舵的问题，并组织一个专家委员会进行评估；
飞行数据记录仪黑匣子增加包括方向舵状态在内的飞行数据；
飞行员手册、模拟机训练相关内容的修改。
N221US号机性能数据：
机型：波音737-200
乘员：机组2人+载员115人（最大）
长度：30.53米
翼展：28.3米
高度：11.13米
空重：27448千克
最大起飞重量：52390千克
发动机：两台普·惠公司的JT8D-9A涡轮喷气式发动机，单台推力64.5千牛
经济巡航飞行速度：796千米每小时
最大载重航程：3520千米
实用升限：10700米
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