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从两起空难看波音与空客的技术差异

艺不压身  · 公众号  · 民航  · 2019-05-18 01:15

正文




在最近发布的 B737MAX机型适航审定的进程说明中,波音公司再次强调所谓“AOA指示”与“AOA DISAGREE指示”是非必要的显示。

对于 B737MAX飞机后续加装“AOA指示”与“AOA DISAGREE指示”是否必要在业界也是存在很大争议的。

在本文中,笔者挑选了两个高度相似的空难案例。一件发生在空客 320机型上,另一件则发生在波音737MAX机型。让我们尝试一个新的视角来检视这个“公说公有理,婆说婆有理”的争议。

(一)空客 320机型XL888T空难

2008年11月27日新西兰航空一架空客A320-200型飞机,执行 GXL888T测试飞行。

1)机组在3000英尺高度测试迎角保护(alpha floor)功能。飞机以全着陆构型减速至99节后,水平安定面达到飞机上仰的极限位置。

2 )机组推 油门杆 起飞 /复飞位置 ,发动机 继续减速( 92.5 节 ),且出现剧烈的左右滚转(右 50°左40°

3)机组操纵飞机对抗滚转,并曾经短时稳定飞机状态(仰角7度,机翼几乎水平,空速为138节)。

4)飞机仰角再次增加,在高度3800英尺仰角达到57度,空速低于40节。

5)11 秒后飞机向右滚转97°,机头下俯角42 度。

6)飞行数据记录器最后的数据是机头下俯14°、右坡度15°、表速263节、高度340英尺。不到一秒钟后,飞机坠海。

事后的调查表明,飞机在三天前进行了水冲洗清洁,且未对迎角传感器进行保护。内部积水导致 1号和2号迎角传感器在空中结冰。

在机组测试 “迎角保护功能”的过程中,自动配平系统逐渐将水平安定面偏转到使机头上仰的极限位置。这是飞机在平飞减速过程中的正常操作。

当飞机临近失速时, 3号迎角传感器的工作是正常的,并且提供了正确的失速警告。但1号和2号迎角传感器失效在了相同的角度。按照当时A320的设计,如果某个迎角传感器读值与另外两个读值存在显著差异,则被视作错误数据屏蔽。正确的3号迎角数据就这样被“二比一投票”否决了。系统依据错误数据计算了Valpha prot和Valpha max speeds数据。


当机组执行失速改出操作时,全部迎角数据均被系统拒绝,飞行控制律由正常法则转变直接法则,自动配平系统失效,水平安定面保持在机头上仰的极限位置。

系统在 PFD上显示了“USE MAN PITCH TRIM”(使用手动俯仰配平)信息,提示机组应当手动配平飞机。但机组没有察觉到这一提示。安定配平抬头极限位置,与大推力带来抬头力矩叠加,是升降舵绝对无法对抗的。飞机最终因此失控坠毁。



(二)波音 737MAX机型JT610空难

2018年10月29日狮航波音737-8MAX飞机执飞雅加达至槟港JT610航班。

1)在飞机起飞过程中,左右迎角传感器的读值出现约20°的差异(B737只有两个迎角传感器),并触发左侧失速警告抖杆。

2)起飞后机组向ATC求证雷达探测的速度,并报告“飞行操纵故障”。

3)当襟翼收上后,MCAS指令安定面配平向低头方向转动长达10秒。机组随后向抬头方向打配平,并放襟翼至5,MCAS动作停止。

4)机组再次将襟翼收上,MCAS的低头配平,以及机组的抬头配平再次出现,并一直持续到飞机坠毁。

狮航 JT610 空难的调查并未完全结束。但从已经发布的信息来看,已经基本可以确认应当是左迎角传感器故障诱发 MCAS 系统误动作,安定面配平持续向低头方向转动,最终导致飞机坠毁。

(三)两起空难的异同点

这两起空难有着很多惊人相似之处。

1)两起空难的诱因均为迎角传感器故障。XL888T空难JT610空难

2)两起空难最终坠毁,都是由于安定面配平处于极限角度超过了升降舵权限所导致。

但这两起空难也有着显著的不同之处。

1)在XL888T空难中,空客320飞机的安定面配平位于 极限抬头位置 ,是机组在迎角保护测试中刻意进入的。

错误的迎角数据仅仅让自动配平无法工作。如果机组注意到了 PFD上的“使用人工配平信息”,原本是很有希望改出失控的。

2)在JT610空难中,波音737MAX的安定面配平位于 极限低头位置 ,是错误的迎角数据触发 MCAS误动作导致的。

MCAS误动作的过程中,系统没有提供任何提示信息。而且机组多次尝试指令配平抬头,但最终均被错误配平所抵消。

3)A320机载系统具备发现迎角数据不一致的能力,也具备屏蔽错误数据防止其他系统误动作的能力。

尽管前期的 “二比一投票”否决了正确的迎角数据,但系统随后屏蔽了全部迎角数据,以防止故障影响扩大。在整个空难过程中,安定面配平仅仅是无法自动向前旋转,但没有误动作。

4)B737MAX机载系统既不具备识别迎角不一致错误的能力,也不具备隔离错误数据的能力。

在上一代的 B737NG机型上,PFD速度带上会显示“AOA DISAGREE”提示信息。尽管系统无法自动屏蔽错误数据,但受过训练的机组获得“AOA DISAGREE”提示有可能人工评估哪些系统存在误动作(譬如失速警告),并且有机会予以阻断。

但在 B737MAX机型上“AOA DISAGREE”信息被波音改作收费选装配置,只有付费够买“AOA指示”功能的用户,才能获得附赠的“AOA DISAGREE”提示功能。

B737MAX飞机既不具备系统自动隔离错误数据的功能;也关闭了人工隔离错误数据的机会。MCAS依据 单个迎角传感器 的错误数据,驱动安定面配平高速向前旋转,直至坠毁。

说得通俗一点:

如果 B737MAX飞机遭遇XL888T空难的情况必死无疑。

而如果 A320飞机遭遇JT610空难的情况则有大概率生还。

(四)不同的解决方案

笔者没有飞过 A320飞机,所以这里借用一位大拿在《解决方案陷阱》一文的留言作为介绍。(顺便吐槽一下他的标点符号)

“空客因此而发现问题,改进了针对三套AOA系统的电脑运算逻辑,由原来的:如果其中之一与另外俩不一致则优先选择俩一致的AOA认为其是可靠的(考虑同时出现俩故障的概率问极小,但是却因为俩同侧AOA同时结冰原因而导致计算机取用了此错误AOA数据而误触发ALPHA FLOOR的保护动作自动加大油门俯冲),改为计算机软件加入时间轴比对,如果一段时间AOA没有变化而飞机姿态在变化,则怀疑其故障(结冰),即使是俩都一致如此。

这样,再加上 AOA自身改良加热功率,边缘气动外型(突圆/平齐)改良,防止或减小结冰概率。”

B737MAX飞机不具备这样先进的仪表架构基础。所以波音一方面抓紧改进MCAS软件增加左右两侧迎角比对,以及人工配平阻断功能;另一方面将“AOA指示”与“AOA DISAGREE指示”开放为免费功能。

那么,回到开篇的那个问题。

“AOA指示”与“AOA DISAGREE指示”是不是民用航空器的必备功能?

开放上述两个显示功能是不是 “技术屈从于民意”的结果呢?

笔者这个问题不能一概而论。以前曾经在中央台看过这样一个纪录片,介绍某条公路有长达几十公里的陡下坡,大货车即便空车行驶也经常出车祸。在节目中有位司机现身说法,讲述自己死里逃生的经过。不想拍摄后几个月后,这位司机又死在了这条路上。

记者采访这条路的设计师。他洋洋得意的说 :“我们的设计绝对符合国家的规范标准......”

适航标准是 “底线”和“红线”在其背后的终极目标是可靠的解决问题。

在空客的仪表架构下,没有 “AOA指示”与“AOA DISAGREE指示”是完全没有问题的。

而反观波音 737MAX,你寄几家飞机什么X样,心里没点儿X数咩?

波音、空客、庞巴迪







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