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波音737MAX客机MCAS系统背后的问题

来源:乐鱼体育官方大巴黎赞助商    发布时间:2024-07-22 03:31:18

  中国航空报讯:据《华尔街日报》3月29日报道,埃塞俄比亚航空公司波音737MAX空难的调查人员得出初步结论,飞机在俯冲到地面前自动启动了预防失速系统(MCAS),该结论与数月前印尼狮航波音737MAX空难的初步调查结论一致。两起空难的“元凶”——MCAS系统是波音公司开发的自动安全系统,初衷是阻止737MAX客机失速,但在某些不正常的情况下,该系统可能自动启动,使机头降低,因此导致机头俯冲坠机。

  本文尝试对MCAS系统及其相关重要问题做多元化的分析。所谓的MCAS系统是一种应用于737MAX飞机的俯仰机动能力增强系统,该系统的设计初衷是避免飞机进入失速。当飞机的迎角过大时,MCAS系统就会启动。为了监测迎角大小,MCAS系统要依赖飞机上安装的传感器,如果检测到迎角接近失速状态,该系统就会通过调节位于平尾的水平安定面,增加飞机的低头力矩,以改出失速。

  通过研究波音申请的自动失速保护系统专利(CN106477055A号)以及最新资讯不难发现,现阶段暴露出的MCAS系统问题可能仅仅是“冰山一角”,其背后可能埋藏着更多的问题。

  CN106477055A号专利与737MAX飞机上防失速系统技术最为接近,该专利名称为飞行器失速保护系统,是波音公司于2016年申请的中国发明专利。当自动失速保护系统工作时,能够最终靠调节升降舵、稳定翼、推力、扰流板等多个部件来控制飞机的飞行姿态和速度;其中MCAS系统用于调节水平安定面,但其只属于自动失速保护系统的一个子程序,在737MAX中可能还隐藏着推杆器、自动油门和自动控制扰流板等子系统。

  比如,通过已公开的飞行多个方面数据显示,埃航飞机失事前,最大地速达到383海里/时(709千米/时),超过了飞机正常的飞行速度,飞机的异常超速飞行,是否与自动失速保护系统的推力控制子系统有关?这种控制关系有可能难以从黑匣子存储的数据记录中分析出来。由于黑匣子(FDR)的参数记录通道有限,而飞控系统内部的信号传输、工作逻辑等信息,黑匣子不做记录。所以在事故调查中,很难分析飞控系统内部的工作过程。

  据悉,国内的专业飞行员在两台D级模拟机(经过民航局认证可拿来代替线MAX飞行员训练的模拟机)上模拟了737MAX飞行时,出现了两种有必要注意一下的情形。其一,在737MAX模拟机试飞演示大迎角失速时,使用襟翼在接近失速时,飞机没发生MCAS配平现象,因为按照MCAS逻辑,其工作需要在襟翼收上时工作,所以这也符合MCAS工作条件。但是,接着模拟机模拟飞行显示,飞机起飞接近失速时,会出现飞机自动推杆现象(即推杆器自行工作,控制升降舵运动);其二,当737MAX模拟机试飞演示大迎角失速时,使用襟翼也就是收起襟翼,在接近失速时,两台模拟机上的飞机均再次发生了自动推杆现象。

  以上模拟仿线MAX接近失速时,推杆器可能会自行工作,而且这个自动推杆的功能不属于MCAS系统所应该具有的功能,也没有写在波音737MAX的使用手册里。当飞机在真实飞行中接近失速状态下,在没有告警的情况下,这个隐藏的自动推杆功能可能会对飞机的飞行姿态进行自动调整。

  对于常规布局的民用喷气式飞机(后掠翼、翼吊式发动机),当飞机处于大迎角或失速状态时,应利用所有可能利用的操纵面,使得飞机改出复杂状态。这些操纵面包括:升降舵、水平安定面、扰流板、发动机推力(推力对于飞机重心也会产生力矩),并且如果飞机在大迎角时伴有大的滚转角,还要利用飞机的副翼和方向舵控制。

  ICAO(国际民航组织)出版的教材中,强调由于在大迎角状态下飞机的舵面效率降低,因此从失速状态中改出时,要利用所有可通过到的舵面。因此,对于波音737MAX飞机,有理由相信该飞机在进行失速保护系统模块设计中,包含了对多种舵面控制的功能,这样才可以保证飞机从急剧失速或深失速(最为危险的几种失速类型)中改出,所以MCAS系统有可能只是737MAX飞机中有代表性的一个自动失速保护子系统。

  狮航空难后,波音给所有使用737MAX的航空公司发布了OMB(使用手册通告),对MCAS系统来进行了专门解释说明,FAA也根据该OMB作出了相应的适航指令,当737MAX飞机襟翼收起、无人驾驶仪脱开(也就是飞机处于人工驾驶状态)、迎角过大或大坡度转弯时,MCAS系统启动,飞机的水平安定面开始受到MCAS系统的控制。另外,埃航失事飞机的飞行员接受了埃航的专门培训,必须要知道如何通过MAX飞机安定面配平切断电门来关闭MCAS系统。

  狮航客机失事后,埃航飞机为何还会以相似的方式再次失事?埃航失事过程中,飞行员可能未能及时切断安定面配平电门,其原因可能与波音未能准确描述MCAS系统的正常启动逻辑有关。

  按照波音的官方介绍,飞机襟翼放下时,MCAS系统不会启动。而失事的埃航飞机出事时一直在500~1000英尺(152~304米)的离地高度,这个高度通常在收起飞机襟翼的高度之下。所以一般的情况下,MCAS系统应该不会启动,然而此时却出现了机头突然下压的险情(事后分析,该状况很有可能正是MCAS系统造成的)。但是刚受过专门培训的埃航飞行员有理由相信该险情不是MCAS系统引起的(因为此时襟翼还没有收起),再加上副驾驶员的飞行时间只有200小时,其在慌乱中很难具有挑战FAA适航指令和波音OMB权威的勇气,所以埃航失事客机的飞行员没能及时关闭控制MCAS系统的开关,最后导致坠机悲剧的发生。这就能解释埃航失事飞机残骸中发现的安定面配平装置(平尾丝杠)为何会和狮航失事客机极为相似——两者均处于不正常的位置,这表明两架失事飞机坠机之前均处于高速俯冲状态,表明飞机水平安定面应该是被系统所控制。

  类似例子并不罕见。这几个月来,美国国内航班的飞行员曾多次向联邦当局表达了对波音737MAX8安全的担忧。比如去年11月一名商业航空公司的飞行员报告说,在起飞过程中,无人驾驶仪已投入到正常的使用中(按照波音的说法,在此工况下,MCAS系统不应启动),然而飞机“在两到三秒内,飞机机头向下倾斜”,其速度足以触发飞机的警告系统。后来,经验比较丰富的飞行员将无人驾驶仪关闭后,飞机能够顺利情况爬升,并排除了险情。令人遗憾的是这样的报告没有引起FAA或波音的重视,否则有可能能够尽可能的防止埃航空难的发生。

  以上事实表明:MCAS系统的实际表现与波音做出的OMB说明存在诸多严重不相符的地方,并可能因此产生了灾难性后果。

  《西雅图时报》3月17日援引美国联邦航空管理局(FAA)的现任和前任工程师的线MAX新型客机之后,为了获得联邦政府的认证,向联邦航空管理局提交了客机新型飞行控制管理系统的安全评估,系统全称是“操纵特性增强”系统(即本文所述的MCAS系统),FAA的工程师发现,波音提交的安全评估报告存在以下问题:

  安全报告没有充分标出新型飞行控制管理系统的全部动力。为避免飞机空中失速,飞行控制管理系统可以转动飞机的水平翼,让机头朝下。但客机服役之后,控制管理系统转动尾翼的速度要比安全评估标出的速度高出3倍多。该问题表明波音忽视航空安全,并对MCAS系统研究不足,缺少足够的试验数据来评估MCAS系统对飞机造成的影响。

  驾驶员做出回应后,报告未能充分考虑到系统能否及时复原,也未能考虑到系统还可能继续把机头往下推。该问题特别的重要,其指出了MCAS系统有几率存在一意孤行,最终造成飞机坠机的严重风险,但是很遗憾该问题没有引起FAA和波音重视。

  系统的危险评估定在有害等级,比“灾难性”低了一级。即便有害等级,也不能只靠一个单一的传感器的信号去阻止飞行控制管理系统的启动,而这套系统正是这样设计的。该问题最重要,其指出的单一的传感器的信号去阻止飞行控制管理系统的启动的问题,正是造成狮航空难的直接原因,如果波音在适航认证阶段把该问题解决,狮航空难就不会发生。

  报告称,客机水平翼的转动角度小于0.6度,但去年狮航公司610航班坠毁之后,波音公司首次向各个航空企业来提供的“操纵特性增加系统”说明则把角度标成2.5度。该问题表明波音对MCAS的披露与真实的情况不相符,而且737MAX的适航认证存在漏洞。

  据外媒报道,美国交通部正在对FAA批准波音737MAX喷气式客机的情况做调查。这是一项针对新飞机的安全批准存在潜在失误的“不寻常调查”。

  外媒援引FAA的工程师的线MAX客机的竞争对手是欧洲空客的A320neo客机,但波音研发已经晚了9个月,FAA就把波音737MAX飞行控制管理系统的安全评估任务交给了波音,并要求自身的工程师们加快检查进度。美国联邦政府的安全调查员认为,波音737MAX客机新安装的控制管理系统的安全评估存在疏漏,政府的航空认证也没有尽责。在此背景下,匆匆上马的MCAS可能没有经过充分的试验验证,就通过了FAA的适航认证,对于狮航、埃航这两起重大空难事故,当初“放水”的FAA与既当运动员又当裁判员的波音可能都难脱其咎。

  上述外国媒体报道与波音在CN106477055A号专利说明书里面自认享受了FAA授予的性能免除许可优惠政策等内容吻合,并且波音向FAA提交的关于MCAS系统的安全评估报告,在CN106477055A号专利说明书里面也有记载,这一些状况表明MCAS系统与该专利涉及的自动失速保护系统有关,那么除了MCAS系统,波音是否在737MAX上安装了其他自动失速保护子系统?波音是否向FAA隐瞒了这些子系统的存在?这些子系统是否通过了适航认证程序?是否还有更多的系统也这样“混”过了FAA的适航认证?这样一些问题都与737MAX的飞行安全紧密关联。返回搜狐,查看更加多