美國空軍少校撰文告訴你,波音的問題到底有多大?(技術貼)

在兩次大型空難之後,關於波音公司責任和737 MAX飛機生存能力的災難性崩潰和問題引起很多討論。最近,一名美國空軍少校Don McGregor( 飛過B777和B787飛機的飛行員)最近撰文詳細闡述了其中要涉及的調查+責任+訴訟。

【1】傳奇機型

737是本來是航空歷史上最暢銷的客機,MAX是最新版本,具有更省油的發動機,是波音與歐洲競爭對手空中客車競爭戰略的核心部分。

在美國,聯邦航空管理局((FAA))最初聲稱它“沒有系統性能問題,也沒有提供訂購飛機基礎的依據[737 MAX系列]。”但是在3月13日,美國聯邦航空局更新了他們的立場, “該機構根據數據收集過程和現場收集的新證據做出了這一決定[基礎]並進行了分析......”美國聯邦航空局進一步解釋了描述兩起事故相似性的基本決定(Lion Air和埃塞俄比亞航空公司) )和事故的“共同原因的可能性”。

作為刑事調查的一部分,總部設在華盛頓特區的聯邦大陪審團代表美國司法部發出傳票,要求提供有關737 MAX系列開發的相關文件。而且,一貫牛逼的聯邦調查局也加入了刑事調查。

【2】專業人士的幾個基本判定

用幾個簡單的公式列述如下:

問題定義:傳感器不良(AOA和/或空速)+錯誤數據(傳感器輸入)+ MCAS輸入(機頭向下修正)+不正確的飛行員反應(缺乏訓練)=崩潰

糟糕的案例解決方案:硬件+軟件+培訓程序/手冊+ DOT調查=修復

最佳案例解決方案:軟件+培訓程序/手冊=修復

糟糕的案例時間表:[硬件:3-6個月修復(波音+供應商)] + [軟件:2-3周修復(波音+ FAA)] + [培訓:額外1-3個月修復(依賴於運營商) ] + [DOT調查:1-3個月(結果,處罰和修復)= 5-13個月

最佳案例時間表:[軟件:修復2-3周(波音+ FAA)] + [培訓:額外2周至3個月修復(依賴於運營商)] = 1-4個月

【3】影響因素有哪些?

最大 - 導航誤差可能是最大的影響因素。Lion Air和埃塞俄比亞航空公司的飛行員有能力使用現有的應急設備和程序(航空公司的責任)控制飛機。

另一個最大因素 -Boeing在Lion Air墜機前和飛機認證期間(製造商的責任)向FAA和運營商傳播關鍵的MCAS功能方面有所遺漏。

再或者 - 最不起作用的因素是故障傳感器,它為啟動MCAS的飛行控制計算機提供了錯誤的數據(製造商 - 不僅僅是波音公司的責任)。

美国空军少校撰文告诉你,波音的问题到底有多大?(技术贴)
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【4】MCAS系統

當波音公司開發出737 MAX系列時,由於增加了更強大的新型CFM Leap 1發動機,增加了一個名為機動特性增強系統(MCAS)的新系統以應對變化的飛行特性,MCAS系統使用了一個可轉換的水平穩定器,通過控制飛機的俯仰(機頭向下)來防止失速(機頭高速和慢速空速)。

為了在737 MAX機翼上安裝更大,更省油的發動機(改進了16%),發動機的安裝位置繼續向前放。這種向前的變化也使飛機重力中心((CG))向前移動了8英寸。CG的這種變化產生了飛機俯仰的趨勢,特別是在高推力條件下(即爬升推力)。在高AOA和慢速空速飛行情況下,這種俯仰偏差會加劇即將發生的失速狀況。為了應對這一情況,新的MAX飛行控制規定從速度調整變為更積極的MCAS調整,因為MCAS對AOA變化的反應更快。在四種飛行條件下,MCAS 自動激活(關鍵是飛行員不知道!!) :

( 1)AOA空速和高度傳感器檢測到鼻子高或高AOA,(2)自動駕駛儀關閉,(3)當襟翼上升時,(4)陡峭轉彎(獅子航空或埃塞俄比亞航空事故中的情況極不可能)。一個重要的注意事項是,MCAS系統僅在飛行員手動飛行時啟動,這在爬升時是正常的,並且不能通過手動穩定器運動(拉動軛架)脫離。

現在的猜測是:似乎AOA傳感器可能向飛機的新MCAS軟件發送了錯誤信號,該軟件會自動將飛機機頭向下推,以防止失速。波音公司首席執行官Dennis Muilenburg週日(2019年3月17日)表示,他的公司正在最終確定軟件更新和飛行員培訓協議,以解決“響應傳感器輸入不良而出現的問題。”他沒有說明哪些傳感器。

那麼,AOA歷史問題有多少呢?

根據美國聯邦航空局服務難度報告數據庫的報告,在過去的五年中,AOA傳感器在美國商用飛機上已被確定為問題超過50次,儘管在飛行數百萬英里時沒有發生任何事故。

美國聯邦航空局的報告包括19起波音飛機傳感器問題的報告,例如去年美國航空公司的一架飛機。根據FAA數據庫,維護人員更換了三個部件,包括迎角傳感器。

致命的Lion Air航班上的迎角傳感器由總部位於明尼蘇達州的聯合技術公司的子公司Rosemount Aerospace製造。美國聯邦航空局報告稱,該模型通常用於商用飛機,但“似乎比第三家公司製造的傳感器更容易受到不利環境條件的影響”。

【5】飛行員並不完全知情!

所有跡象都表明飛行員錯誤和訓練不足

獅子航空飛行期間發生的[MCAS激活]失控穩定器故障很可能由故障AOA傳感器觸發(737 Max系列僅使用兩個可用探頭中的單源AOA輸入)。在爬升等正常飛行條件下,飛行員在高推力設置下手動飛行。發送到飛機飛行控制計算機的不準確的AOA信號可能導致飛機相信它處於失速狀態(高AOA和慢空速),自動觸發MCAS系統。爬升時的高推力和空速狀態放大了穩定器的MCAS運動,從而產生了激烈的俯衝飛行變化,或者飛行員稱之為“驚心動魄的瞬間”。

無論如何,一旦飛行員恢復到水平(或爬升)飛行姿態,錯誤的傳感器數據仍在進給MCAS,迫使其重新激活(使用計數器修整5秒後)。這就產生了在飛機和飛行員之間的一場關於控制權的戰鬥!!

然而,無論軟件和/或硬件故障或飛行條件如何,如果飛行員已經停用穩定器裝置 - 已經建立的緊急行動程序,結果將會非常不同。因為飛行員可以通過兩種方式停用MCAS!!

那麼飛行員為什麼沒有這麼做呢?

簡單說——沒有特定的清單來處理[未知] MCAS故障可能導致飛行員錯誤識別問題,從而錯過正確的清單程序或根本沒有發現問題,這可能是Lion Air墜機的情況。飛行員可能一直遵循的是錯誤的檢查表(或沒有檢查表)程序。

波音公司表示,除軟件修復外,他們還將重申已經規定的(或新的)緊急程序培訓,並在飛行手冊中對其進行參考。

【6】最有可能的事故情景

當問題發生時,事故飛機都處於爬升階段。對於油門,飛行員不僅要對抗機頭位置,還要調節油門,以適應激進的機頭向下、機頭向上的擺動狀態。航空公司的飛行員很少使用自動油門飛行,因此油門會根據飛行條件自動調整、但也可能增加已經惡化的飛行條件。從獅子飛機墜毀事件中可以看出,飛行員在MCAS中至少做出了二十多次非指令的俯衝修剪動作。可以合理地假設埃塞俄比亞飛行員面臨類似的挑戰。

另一個重要的因素是,由於MCAS的自動激活,飛行員的飛行屏幕上沒有顯示類似消息/指示器的MCAS-ON。換句話說,飛行員們對導致問題的原因一無所知。根據波音公司和運營商的反饋,似乎MCAS系統沒有突出顯示給運營商,甚至沒有包含在他們的飛行手冊中。波音公司可能認為沒有必要通知飛行員MCAS,因為它在極端(不太可能)的飛行條件下自動啟動,並且飛行員已經被太多的信息所淹沒。因此,飛行員不會知道這個問題。這可能是航空公司沒有正確整合波音提供的信息以解決可能的MCAS輸入傳感器故障或錯誤的主要原因。

當MCAS檢測到高AOA輸入(有效或錯誤)時,它會根據馬赫數(空速)向下推動機頭......即在較高速度下穩定器運動較少,在較慢速度時運動較多。當MCAS仍在做動作時,飛行員通過調整(俯仰輸入)或向上拉飛機來做出反應。一旦水平或飛機爬升到高海拔或重新建立爬升,如果相同的錯誤輸入被輸入系統,則MCAS將在五秒後重新啟動機頭向下推動,直到沒有足夠高度的讓飛行員無法再次恢復(事故發生)。

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【7】波音的公告和更新的飛行手冊

在獅子飛機墜毀事件發生後,印度尼西亞調查人員發現了AOA傳感器故障。波音的公告編號TBC-19指令強調,當存在錯誤數據時,飛行員應遵循戰鬥手冊中的程序。該公告列出了9個指示器,可以警告飛行員錯誤的AOA傳感器。增加機頭控制力是指示性失控穩定器調整之一 - 顯然,必須通過翻轉STAB TRIM CUTOUT開關立即解決這個問題。

美國聯邦航空局隨後發出緊急命令,要求美國航空公司遵循波音公司的指示並將MCAS信息添加到飛行員手冊中。對於美國航空公司而言,由於埃塞俄比亞事故,該修復工作已被認為已經到位,並且最有可能是在美國對停飛不甚積極的理由。

此外,對於波音公司可能承擔的責任至關重要,埃塞俄比亞航空公司首席執行官已在致客戶和公眾的一封信中證實,他們還在獅子航空事故後提供了上述MCAS信息,波音建議和培訓程序。他補充說,他們所有的飛行員都被告知並提供了推薦的培訓。

波音的公告提供了MAX飛機認證期間未提供的其他信息。

在737 MAX的認證過程中,波音公司沒有完全披露在AOA傳感器輸入錯誤和軟件設計有缺陷的情況下MCAS可以控制的調整(俯衝間距)的嚴重程度。MCAS的一個主要缺點是波音公司將系統設計為在每次飛行中僅接收來自AOA傳感器之一的輸入。左右傳感器在飛行之間交替,將AOA數據發送到飛行控制計算機(FCC)和MCAS。這僅允許一個傳感器發送數據而不是設計冗餘系統,其中飛機將在錯誤數據或故障的情況下使用另一個AOA傳感器。

因此,除了要更新MCAS軟件之外,監管機構還需要在數據輸入上有額外的冗餘,例如要求來自兩個AOA的輸入。

匿名FAA和波音消息人士稱,這一新修改的MCAS命令信息將使該系統處於不同的“災難性故障”類別,迫使波音公司解決問題併為認證過程增加大量時間和成本。所以,搞清楚到底為何留置此MCAS信息是當前調查的核心。

在災難性的獅子航空事故8天后,波音發佈過一個新公告 - 攻角傳感器發出錯誤的讀數,表明飛機的機頭朝向危險的上方。這標誌著MCAS啟動水平穩定器以將機頭向下推以防止失速。不幸的是,飛行員沒有新的飛行手冊更新。

西南航空公司用AOA指標更新其MAX駕駛艙。

由於印尼的飛機墜毀,西南航空公司在大型顯示屏上增加了新的AOA指標,用於波音新的737 MAX交付。由於世界上訓練有素的737名飛行員人數最多,西南航空公司希望其飛行員能夠在有錯誤的AOA數據信號的情況下進行補充駕駛艙面板交叉檢查,這可能會激活失速保護系統。這些新裝備的飛機於去年12月底開始交付。根據提供給西南航空公司飛行員的內部消息,新的控制面板指示提供了“飛行機組的連續視覺反饋,允許識別可能導致無指令穩定器調整驅動的錯誤AOA”。

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【8】Stab Trim系統

獅子航空和埃塞俄比亞航空公司的飛行員面臨飛行控制緊急情況,類似於全球航空公司在模擬器中訓練的失控穩定器調整方案。這是波音和空中客車飛機廣為人知的程序和訓練程序。可悲的是,飛行員培訓和飛行手冊中沒有包括MCAS的存在。有缺陷的MCAS軟件造成了額外的問題和分散注意力。對此,飛行員應對的正確的程序是關閉STAB TRIM CUTOUT開關以停用電動裝飾和MCAS。

所有波音和空客飛機,包括737NG / MAX,都有STAB TRIM開關,一個用於自動駕駛儀,另一個用於普通電動裝置。使用這些開關會立即禁用電動裝置。這些開關在有一個失控情況時使用,但獅子航空和埃塞俄比亞航空公司的飛行員誤解了這個問題,因此未能遵循正確的程序。如果飛行員不知道MCAS系統並且沒有經過適當的訓練來識別和處理失控的裝飾,這表明這兩家航空公司和波音公司可能會負有責任。

記錄顯示,聯邦航空當局收到至少11份關於墜機前737 MAX安全問題的報告。

也許波音認為MCAS系統是安全的,也許他們沒有意識到有故障的AOA傳感器會導致失控的穩定器調整事件,飛行員試圖手動超越自動俯衝調整會加劇這種情況。如果MCAS在沒有飛行員輸入的情況下命令穩定器調整,美國聯邦航空局和外國監管機構都不知道會出現更大的下降距離。MCAS能夠將尾部移動的距離比初始安全分析文件中規定的距離多四倍。這可能被認為是評估傳感器故障所涉及的危險的關鍵信息。上限意味著每次觸發MCAS時,尾部的運動都比原始安全分析文件中指定的要大得多。

每次觸發MCAS時,系統移動尾部的權限限制都適用,並且可以多次觸發,就像在Lion Air航班上一樣。每次飛行員重置其控制柱上的開關以將機頭拉回時,MCAS將再次被激活。因此,經過一些回調後,尾部穩定器的全部範圍完全停止,將機頭向下推。飛機墜入爪哇海。隨後的一份報告顯示,傳感器故障可能會導致自動飛行控制系統在5,000英尺以下進行了連續的26次俯衝。

飛行員不知道新MCAS系統的自動功能,因為它不在他們的手冊中。即便是美國航空公司的飛行員也表示他們在獅子航空災難發生前沒有意識到MCAS。因此,可以認為波音公司疏忽了沒有向航空公司通報MCAS,也沒有將所需的故障保險箱納入系統。

那麼,波音公司是否偷工減料以銷售更多需要較少培訓時間的飛機?

如果波音公司確實知道在這些信息,可以說波音公司的確是在偷工減料,以加快認證過程並滿足MAX飛機的關鍵生產時間表(增加銷售和利潤)。這也可以節省操作員的時間和金錢,因為737 MAX需要較少的模擬器培訓。

但是,即使這是真的,當飛機進行安全分析時,波音不向FAA披露這件事,其中的責任到底如何界定?

這個問題很大程度上與美國聯邦航空局將太多的安全審查委託給波音公司有關。因此,對正確認證飛機的準確性和所需細節提出質疑。這可能使波音公司能夠提供大量的工程投入和分析,導致飛機的新MCAS系統在安全分析中被誤認為不是災難性的。

【9】波音飛機將會怎樣?

非常高 -歷史上看,波音公司通常會通過這些問題迅速承認他們的錯誤或疏忽並解決問題。

大多數航空公司可能會在幾周內完成初始軟件修復。短期修復可以維持生存能力。如果它還涉及硬件問題,例如有故障的AOA傳感器,那麼可行性仍然相同,但是需要更長時間才能使737 MAX再次飛行,因為完全修復需要更長時間。此外,由於FAA和運營商重新認證修復程序並添加額外的模擬器培訓,很可能會發生延遲。

目前全球有350個MAX 8運行。MAX 8s還有5000個訂單(全球總共超過25,000架飛機,所有類型)。因此,目前和待定的MAX 8的數量僅佔所有航空公司飛機的1%以上。美國航空公司在995架飛機中運行24架MAX 8,佔其總主線機隊的2%。西南航空在760飛機中有34個MAX 8,佔5%。美聯航在755架飛機中有9個MAX 8,佔1%。中國是波音公司最大的飛機客戶之一。

總起來說。每家運營商和相關的執政監管機構都需要時間將飛機復飛。基本沒有懸念的是,MAX 8不久應該就會迴歸。在某種程度上,波音公司和這架重要的噴氣式飛機一樣,已經到了太大而不能倒閉的境地(too big to fail)!!

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END

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