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從兩起空難看波音與空客的技術差異

時間:2019-05-18 21:27來源:民航機務論壇 作者:中國航空

 

 在最近發布的B737MAX機型適航審定的進程說明中,波音公司再次強調所謂“AOA指示”與“AOA DISAGREE指示”是非必要的顯示。

對于B737MAX飛機后續加裝“AOA指示”與“AOA DISAGREE指示”是否必要在業界也是存在很大爭議的。

在本文中,筆者挑選了兩個高度相似的空難案例。一件發生在空客320機型上,另一件則發生在波音737MAX機型。讓我們嘗試一個新的視角來檢視這個“公說公有理,婆說婆有理”的爭議。

(一)空客320機型XL888T空難

2008年11月27日新西蘭航空一架空客A320-200型飛機,執行 GXL888T測試飛行。

(1)機組在3000英尺高度測試迎角保護(alpha floor)功能。飛機以全著陸構型減速至99節后,水平安定面達到飛機上仰的極限位置。

(2)機組推油門桿至起飛/復飛位置后,發動機繼續減速(92.5 節),且出現劇烈的左右滾轉(右50°左40°)。

(3)機組操縱飛機對抗滾轉,并曾經短時穩定飛機狀態(仰角7度,機翼幾乎水平,空速為138節)。

(4)飛機仰角再次增加,在高度3800英尺仰角達到57度,空速低于40節。

(5)11 秒后飛機向右滾轉97°,機頭下俯角42 度。

(6)飛行數據記錄器最后的數據是機頭下俯14°、右坡度15°、表速263節、高度340英尺。不到一秒鐘后,飛機墜海。

事后的調查表明,飛機在三天前進行了水沖洗清潔,且未對迎角傳感器進行保護。內部積水導致1號和2號迎角傳感器在空中結冰。

在機組測試“迎角保護功能”的過程中,自動配平系統逐漸將水平安定面偏轉到使機頭上仰的極限位置。這是飛機在平飛減速過程中的正常操作。

當飛機臨近失速時,3號迎角傳感器的工作是正常的,并且提供了正確的失速警告。但1號和2號迎角傳感器失效在了相同的角度。按照當時A320的設計,如果某個迎角傳感器讀值與另外兩個讀值存在顯著差異,則被視作錯誤數據屏蔽。正確的3號迎角數據就這樣被“二比一投票”否決了。系統依據錯誤數據計算了Valpha prot和Valpha max speeds數據。

 

當機組執行失速改出操作時,全部迎角數據均被系統拒絕,飛行控制律由正常法則轉變直接法則,自動配平系統失效,水平安定面保持在機頭上仰的極限位置。

系統在PFD上顯示了“USE MAN PITCH TRIM”(使用手動俯仰配平)信息,提示機組應當手動配平飛機。但機組沒有察覺到這一提示。安定配平抬頭極限位置,與大推力帶來抬頭力矩疊加,是升降舵絕對無法對抗的。飛機最終因此失控墜毀。 

 

 

 

(二)波音737MAX機型JT610空難

2018年10月29日獅航波音737-8MAX飛機執飛雅加達至檳港JT610航班。

(1)在飛機起飛過程中,左右迎角傳感器的讀值出現約20°的差異(B737只有兩個迎角傳感器),并觸發左側失速警告抖桿。

(2)起飛后機組向ATC求證雷達探測的速度,并報告“飛行操縱故障”。

(3)當襟翼收上后,MCAS指令安定面配平向低頭方向轉動長達10秒。機組隨后向抬頭方向打配平,并放襟翼至5,MCAS動作停止。

(4)機組再次將襟翼收上,MCAS的低頭配平,以及機組的抬頭配平再次出現,并一直持續到飛機墜毀。

獅航JT610空難的調查并未完全結束。但從已經發布的信息來看,已經基本可以確認應當是左迎角傳感器故障誘發MCAS系統誤動作,安定面配平持續向低頭方向轉動,最終導致飛機墜毀。

(三)兩起空難的異同點

這兩起空難有著很多驚人相似之處。

(1)兩起空難的誘因均為迎角傳感器故障。XL888T空難JT610空難

(2)兩起空難最終墜毀,都是由于安定面配平處于極限角度超過了升降舵權限所導致。

但這兩起空難也有著顯著的不同之處。

(1)在XL888T空難中,空客320飛機的安定面配平位于極限抬頭位置,是機組在迎角保護測試中刻意進入的。

錯誤的迎角數據僅僅讓自動配平無法工作。如果機組注意到了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空難中,波音737MAX的安定面配平位于極限低頭位置,是錯誤的迎角數據觸發MCAS誤動作導致的。

在MCAS誤動作的過程中,系統沒有提供任何提示信息。而且機組多次嘗試指令配平抬頭,但最終均被錯誤配平所抵消。

(3)A320機載系統具備發現迎角數據不一致的能力,也具備屏蔽錯誤數據防止其他系統誤動作的能力。

盡管前期的“二比一投票”否決了正確的迎角數據,但系統隨后屏蔽了全部迎角數據,以防止故障影響擴大。在整個空難過程中,安定面配平僅僅是無法自動向前旋轉,但沒有誤動作。

(4)B737MAX機載系統既不具備識別迎角不一致錯誤的能力,也不具備隔離錯誤數據的能力。

在上一代的B737NG機型上,PFD速度帶上會顯示“AOA DISAGREE”提示信息。盡管系統無法自動屏蔽錯誤數據,但受過訓練的機組獲得“AOA DISAGREE”提示有可能人工評估哪些系統存在誤動作(譬如失速警告),并且有機會予以阻斷。

但在B737MAX機型上“AOA DISAGREE”信息被波音改作收費選裝配置,只有付費夠買“AOA指示”功能的用戶,才能獲得附贈的“AOA DISAGREE”提示功能。

B737MAX飛機既不具備系統自動隔離錯誤數據的功能;也關閉了人工隔離錯誤數據的機會。MCAS依據單個迎角傳感器的錯誤數據,驅動安定面配平高速向前旋轉,直至墜毀。

說得通俗一點:

如果B737MAX飛機遭遇XL888T空難的情況必死無疑。

而如果A320飛機遭遇JT610空難的情況則有大概率生還。

(四)不同的解決方案

筆者沒有飛過A320飛機,所以這里借用一位大拿在《解決方案陷阱》一文的留言作為介紹。(順便吐槽一下他的標點符號)

“空客因此而發現問題,改進了針對三套AOA系統的電腦運算邏輯,由原來的:如果其中之一與另外倆不一致則優先選擇倆一致的AOA認為其是可靠的(考慮同時出現倆故障的概率問極小,但是卻因為倆同側AOA同時結冰原因而導致計算機取用了此錯誤AOA數據而誤觸發ALPHA FLOOR的保護動作自動加大油門俯沖),改為計算機軟件加入時間軸比對,如果一段時間AOA沒有變化而飛機姿態在變化,則懷疑其故障(結冰),即使是倆都一致如此。

這樣,再加上AOA自身改良加熱功率,邊緣氣動外型(突圓/平齊)改良,防止或減小結冰概率。”

而B737MAX飛機不具備這樣先進的儀表架構基礎。所以波音一方面抓緊改進MCAS軟件增加左右兩側迎角比對,以及人工配平阻斷功能;另一方面將“AOA指示”與“AOA DISAGREE指示”開放為免費功能。

那么,回到開篇的那個問題。

“AOA指示”與“AOA DISAGREE指示”是不是民用航空器的必備功能?

開放上述兩個顯示功能是不是“技術屈從于民意”的結果呢?

筆者這個問題不能一概而論。以前曾經在中央臺看過這樣一個紀錄片,介紹某條公路有長達幾十公里的陡下坡,大貨車即便空車行駛也經常出車禍。在節目中有位司機現身說法,講述自己死里逃生的經過。不想拍攝后幾個月后,這位司機又死在了這條路上。

記者采訪這條路的設計師。他洋洋得意的說:“我們的設計絕對符合國家的規范標準......”

適航標準是“底線”和“紅線”在其背后的終極目標是可靠的解決問題。

在空客的儀表架構下,沒有“AOA指示”與“AOA DISAGREE指示”是完全沒有問題的。

而反觀波音737MAX,你寄幾家飛機什么X樣,心里沒點兒X數咩?

波音、空客、龐巴迪

巴西、商飛、蘇霍伊

哪家航空制造商敢踩著FAA適航審定標準的下限設計飛機?

(五)不同的儀表架構基礎,不同的前景

盡管業界對于“AOA指示”與“AOA DISAGREE指示”是否應被視作必要數據存在爭議,但筆者自信下面兩點應當能夠得到所有業內人士的認同。

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