由737max-8的連續兩起事故談談AOA引起的相關事故

楊凌君 王曉峰

摘 要：近期737 max-8的連續事故震驚了全球，事故的原因在調查中，但AOA迎角探頭的相關故障被懷疑是導致這起事故的主要原因，結合過去的案例與親身經歷，對AOA的相關故障作出具體分析，希望能在后續的飛機設計中避免這些失誤。

關鍵詞：AOA;737 MAX-8;迎角探頭

一、背景

737max-8的連續兩起惡性墜機事件震驚了世界，在中國民航局的帶動下，全世界都暫時停飛了該機型。事后據初步調查顯示，AOA迎角探頭的錯誤數據導致的飛機的保護系統的介入是導致這兩起事故的直接原因。筆者不禁想起空客機型幾年前發生的類似事件。其實這樣的事例早在2006年就在澳洲航空72的空客333上發生過。該機型多次發生自動駕駛期間飛機偏離正常飛行的動作。在脫開自動駕駛人工干預的過程中依然與駕駛員進行反向操作的行為。同時出現大量的計算機失效。最后依靠機長的杰出表現挽救了飛機。此次事件也被拍攝成了空中浩劫系列影片。

二、AOA的相關原理

為什么會發生這樣的事故呢。我們要先從AOA的工作原理談起。

AOA是氣流與機翼之間的夾角，夾角越大流過機翼的氣流會越混亂。如果氣流和機翼的夾角太大。飛機就會失速。如果飛機判斷AOA迎角過大飛機將會失速。保護系統就會介入輸入下俯的指令。讓飛機回到正常的飛行性能包線內。

空客飛機大氣數據慣導計算機分為兩部分：大氣數據基準部分（ADR）和慣性基準部分（IR）。ADR計算提供氣壓高度、空速、馬赫數、迎角、溫度和超速。IR計算提供高度、飛行航徑、航跡、航向、加速度、角速度、地速和飛機位置。飛行員面前的PFD只能看到IR提供的飛機姿態、飛行航徑，而無法得知飛機當時的迎角數值，飛行員只能通過“失速速度帶”，間接感知失速迎角。當失速迎角減小時，對應的失速速度就會增加，“失速速度帶”就會在PFD的速度刻度上移?？湛惋w機正常法則下有最大迎角保護功能，當實際迎角大于 a PROT迎角，觸發a平臺，飛機自動控制升降舵從正常方式轉換到保護模式，迎角與側桿偏轉成正比例，在 a PROT—a MAX迎角區間，迎角保護功能啟動時，側桿控制迎角。然而，正常飛行下，即使飛行員側桿帶到底，迎角度數不會超過 a MAX。所以，無論是波音的737max 8還是空客的全系列都有類似的保護機制。程序員和工程師認為這樣的設計就能有效地避免飛機失速導致的機毀人亡。可是后續的發展總是超乎人們的預期。

三、AOA的相關事故

（一）異常的迎角探測保護事件的歷史

2006年澳航連續三次發生類似的人工接替后不可控制事件。而且都出現在香港飛往珀斯的航路上。澳洲民航局對事故進行了長期的調查。后續發現事故原因是因為ADIRU給其他系統發送的數據，數據包里的高度數據和迎角數據發生了錯位。導致數據包里面的數據錯誤的產生了一個50度的迎角的假數據?？山邮障到y依然判斷為有效數據。此次數據錯誤產生的原因至今未能發現。但空客公司后續升級了軟件。短時間的大迎角數據瞬間變化將不會觸發計算機保護。但產生假數據的原因并未發現。這起假數據的出現是否與當時突然生的GPS失去信號有關也沒有定論。但因為近期行業內突然出現了多起因為GPS失效導致的GPWS警告異常工作的情況也引起了我國民航業內的注意。

看似不相關的系統是否會導致數據傳輸出現混亂？程序員當年的系統代碼的隱患并未被查清。計算機系統同樣是由成千上萬的代碼構成。但計算機系統自從被發明以來就無法避免系統bug的出現。新型的飛機上越來越依賴于計算機系統的自動化。飛行員在操作越來越便捷的飛機的同時。也要系統的學習新機型的飛行原理和必要時切段自動保護的手段。飛行員作為飛機安全的最后一道關卡。在這個計算機自動化的時代顯得越來越重要。

2015年空客接到報告，一架 A321 飛機在爬升階段馬赫速度增加時，由于兩側 AOA 探頭卡阻，觸發了不正常的大迎角保護。機組重新控制住了飛機且安全著陸。而此次事件之前一架空客在起飛后墜毀。事后調查發現這兩起事件依然都是由于AOA迎角探頭兩個同時卡阻。這是由于這個批次的迎角探頭生產廠家在設計中有涉及一個結構會導致在飛機飛行的結冰條件下AOA先于飛機的防冰探測部分先出現積冰的情況，這導致兩個AOA同時卡阻。空客在隨后發布了新的OEB-《異常的迎角探測保護》。

在執行“迎角速度保護不正?！監EB程序時，應該了解，迎角保護速度，即Vaprot，是FAC根據AOA提供的信息計算并顯示在PDF上，傳遞到各計算機。當AOA探頭出現問題時，FAC根據AOA提供的不正常信息計算迎角保護速度，從而導致PFD上琥珀色速度帶異常。雖然是關閉ADR，但造成迎角速度保護不正常的原因卻和ADR沒有任何關系。也不會影響PFD上當前的速度指示，空速指示仍然可靠。

（二）親身經歷的異常的迎角探測保護事件

在這次空客的OEB變化之后。筆者也對這次OEB進行了深入的學習。沒有想到就在隨后的2015年的4月，筆者執行日內瓦到北京的航班時遭遇到了同樣的異常的AOA迎角探頭的故障。當時筆者為第二機長。帶隊的是我們公司的資深外籍飛行員。在日內瓦起飛后2～3個小時。外籍機長發現了速度表上的速度帶與平時的有所差異。斑馬線的速度保護帶遠比平時的高得多，已經完全覆蓋了平時的VLS速度帶。外籍機長詢問我說這個現象是否符合空客的新OEB的項目？我們隨后對這次飛機的現象進行了深入的討論。根據我之前學習的知識，我認為這次飛機的迎角探頭卡阻在了一個比平時稍大的位置，但是又沒有極端到需要立刻脫開保護的。飛機目前的狀態是平穩可控的。當時我們正平飛在F350的高度上。以0.81馬赫的速度飛行。飛機的重量220多噸，遠超正常的著陸重量，同時我們的飛機是空客A330—300。這種飛機并沒有選裝放油的部件，如果立刻備降勢必要進行機動動作耗油?；蛘邎绦谐芈涞?。我們如果保持在現在的高度和速度。不進行大的機動動作是非常安全的。而且隨著飛機燃油的消耗，飛機的全重不斷的降低，飛機的失速速度會不斷地減小，保護速度帶也會隨之降低，我們的安全余量會逐漸增加。如果遭遇突然的AOA迎角探頭變化我們要在進入保護區之前脫開自動駕駛關閉ADR進入備用法則來抑制掉計算機的保護就可以保證飛機正常可控。

在隨后的一小時里我們聯系簽派并且密切的監控速度保護帶。發現實際情況的確如預料一般隨著耗油速度帶保護區逐漸減小到可視區間外。我們決定繼續飛往北京，并且做出了以下預案?！暗谝?，保持飛機的高度速度不會變。第二，避免進行大的轉彎機動動作。如果有必要聯系管制進行大半徑的小坡度的轉彎，避免保護速度帶的突然增加。第三，如果遭遇保護帶突然增加至目前速度區域。按照之前的預案脫開自動駕駛與油門，關斷ADR2+3。”

經過9小時漫長的飛行，飛機順利進入北京空域，在下降減速時。我們發現錯位的AOA迎角探頭依然純在。琥珀色斑馬線遠遠大于綠點速度導致無法按照正常程序放襟翼。我們按照之前的預案，斷開了AP和A/TRH。關閉了ADR2+3。采用手動方式于北京機場安全落地。事后聯系了北京AMECO。他們清洗了飛機的全部管路，同時更換了AOA組件。

在這次事件后不久，空客更換了所有330的AOA迎角探頭組件，從OEB上取消了這個科目。但這個事件不過是民航業一個很小的例子。隨著新技術，新設備新機型的使用，類似的bug依然會在未來以其它的形式發生。整個民航業的的百年發展史就是在發現問題和解決問題中進步的。在這其中起到至關重要作用的不僅有機器的變革，更重要的還是飛行員的訓練。

四、對于類似事件處置的展望

這次737MAX—8的故障，很多飛行教員的分析都在流傳，普遍大家都認為如何在AOA錯誤數據出現時，斷掉配平電門抑制掉計算機對飛行系統的操作是重中之中。筆者飛過100多小時的737—300。和4500小時的757—200。對于波音系的非計劃安定面配平故障依然記憶猶新。這個科目并不是記憶項目，但如果沒有第一時間關斷電動配平電門，后續操作將十分困難。如果配平被打到底幾乎是駕駛員不可控的狀態。737和757都有類似的被飛行員戲稱為健身器的科目。737上甚至有教員腳踩配平輪來剎住的視頻在網上流傳。波音也將在后續提供計算機軟件方面的解決方案和駕駛員如何斷開計算機保護的培訓，這將大大抑制掉此類事件的發生。

在類似的事件中，自動化再高的飛機在目前階段是否安全也同樣很大程度上取決于飛行員，飛行員與飛機自動化系統之間的關系將是之后未來飛行技術發展的重點。航空公司與飛機生產商要加強協作，即時反饋使用中出現的問題和對飛行員的補充訓練。第三方機構是否能介入FAA對飛機的安全評測避免類似FAA把安全認證外包給波音公司來執行的類似事件發生。這些都是未來航空安全保證的重要因素。