由737max-8的连续两起事故谈谈AOA引起的相关事故

杨凌君 王晓峰

摘 要：近期737 max-8的连续事故震惊了全球，事故的原因在调查中，但AOA迎角探头的相关故障被怀疑是导致这起事故的主要原因，结合过去的案例与亲身经历，对AOA的相关故障作出具体分析，希望能在后续的飞机设计中避免这些失误。

关键词：AOA;737 MAX-8;迎角探头

一、背景

737max-8的连续两起恶性坠机事件震惊了世界，在中国民航局的带动下，全世界都暂时停飞了该机型。事后据初步调查显示，AOA迎角探头的错误数据导致的飞机的保护系统的介入是导致这两起事故的直接原因。笔者不禁想起空客机型几年前发生的类似事件。其实这样的事例早在2006年就在澳洲航空72的空客333上发生过。该机型多次发生自动驾驶期间飞机偏离正常飞行的动作。在脱开自动驾驶人工干预的过程中依然与驾驶员进行反向操作的行为。同时出现大量的计算机失效。最后依靠机长的杰出表现挽救了飞机。此次事件也被拍摄成了空中浩劫系列影片。

二、AOA的相关原理

为什么会发生这样的事故呢。我们要先从AOA的工作原理谈起。

AOA是气流与机翼之间的夹角，夹角越大流过机翼的气流会越混乱。如果气流和机翼的夹角太大。飞机就会失速。如果飞机判断AOA迎角过大飞机将会失速。保护系统就会介入输入下俯的指令。让飞机回到正常的飞行性能包线内。

空客飞机大气数据惯导计算机分为两部分：大气数据基准部分（ADR）和惯性基准部分（IR）。ADR计算提供气压高度、空速、马赫数、迎角、温度和超速。IR计算提供高度、飞行航径、航迹、航向、加速度、角速度、地速和飞机位置。飞行员面前的PFD只能看到IR提供的飞机姿态、飞行航径，而无法得知飞机当时的迎角数值，飞行员只能通过“失速速度带”，间接感知失速迎角。当失速迎角减小时，对应的失速速度就会增加，“失速速度带”就会在PFD的速度刻度上移。空客飞机正常法则下有最大迎角保护功能，当实际迎角大于 a PROT迎角，触发a平台，飞机自动控制升降舵从正常方式转换到保护模式，迎角与侧杆偏转成正比例，在 a PROT—a MAX迎角区间，迎角保护功能启动时，侧杆控制迎角。然而，正常飞行下，即使飞行员侧杆带到底，迎角度数不会超过 a MAX。所以，无论是波音的737max 8还是空客的全系列都有类似的保护机制。程序员和工程师认为这样的设计就能有效地避免飞机失速导致的机毁人亡。可是后续的发展总是超乎人们的预期。

三、AOA的相关事故

（一）异常的迎角探测保护事件的历史

2006年澳航连续三次发生类似的人工接替后不可控制事件。而且都出现在香港飞往珀斯的航路上。澳洲民航局对事故进行了长期的调查。后续发现事故原因是因为ADIRU给其他系統发送的数据，数据包里的高度数据和迎角数据发生了错位。导致数据包里面的数据错误的产生了一个50度的迎角的假数据。可接收系统依然判断为有效数据。此次数据错误产生的原因至今未能发现。但空客公司后续升级了软件。短时间的大迎角数据瞬间变化将不会触发计算机保护。但产生假数据的原因并未发现。这起假数据的出现是否与当时突然生的GPS失去信号有关也没有定论。但因为近期行业内突然出现了多起因为GPS失效导致的GPWS警告异常工作的情况也引起了我国民航业内的注意。

看似不相关的系统是否会导致数据传输出现混乱？程序员当年的系统代码的隐患并未被查清。计算机系统同样是由成千上万的代码构成。但计算机系统自从被发明以来就无法避免系统bug的出现。新型的飞机上越来越依赖于计算机系统的自动化。飞行员在操作越来越便捷的飞机的同时。也要系统的学习新机型的飞行原理和必要时切段自动保护的手段。飞行员作为飞机安全的最后一道关卡。在这个计算机自动化的时代显得越来越重要。

2015年空客接到报告，一架 A321 飞机在爬升阶段马赫速度增加时，由于两侧 AOA 探头卡阻，触发了不正常的大迎角保护。机组重新控制住了飞机且安全着陆。而此次事件之前一架空客在起飞后坠毁。事后调查发现这两起事件依然都是由于AOA迎角探头两个同时卡阻。这是由于这个批次的迎角探头生产厂家在设计中有涉及一个结构会导致在飞机飞行的结冰条件下AOA先于飞机的防冰探测部分先出现积冰的情况，这导致两个AOA同时卡阻。空客在随后发布了新的OEB-《异常的迎角探测保护》。

在执行“迎角速度保护不正常”OEB程序时，应该了解，迎角保护速度，即Vaprot，是FAC根据AOA提供的信息计算并显示在PDF上，传递到各计算机。当AOA探头出现问题时，FAC根据AOA提供的不正常信息计算迎角保护速度，从而导致PFD上琥珀色速度带异常。虽然是关闭ADR，但造成迎角速度保护不正常的原因却和ADR没有任何关系。也不会影响PFD上当前的速度指示，空速指示仍然可靠。

（二）亲身经历的异常的迎角探测保护事件

在这次空客的OEB变化之后。笔者也对这次OEB进行了深入的学习。没有想到就在随后的2015年的4月，笔者执行日内瓦到北京的航班时遭遇到了同样的异常的AOA迎角探头的故障。当时笔者为第二机长。带队的是我们公司的资深外籍飞行员。在日内瓦起飞后2～3个小时。外籍机长发现了速度表上的速度带与平时的有所差异。斑马线的速度保护带远比平时的高得多，已经完全覆盖了平时的VLS速度带。外籍机长询问我说这个现象是否符合空客的新OEB的项目？我们随后对这次飞机的现象进行了深入的讨论。根据我之前学习的知识，我认为这次飞机的迎角探头卡阻在了一个比平时稍大的位置，但是又没有极端到需要立刻脱开保护的。飞机目前的状态是平稳可控的。当时我们正平飞在F350的高度上。以0.81马赫的速度飞行。飞机的重量220多吨，远超正常的着陆重量，同时我们的飞机是空客A330—300。这种飞机并没有选装放油的部件，如果立刻备降势必要进行机动动作耗油。或者执行超重落地。我们如果保持在现在的高度和速度。不进行大的机动动作是非常安全的。而且随着飞机燃油的消耗，飞机的全重不断的降低，飞机的失速速度会不断地减小，保护速度带也会随之降低，我们的安全余量会逐渐增加。如果遭遇突然的AOA迎角探头变化我们要在进入保护区之前脱开自动驾驶关闭ADR进入备用法则来抑制掉计算机的保护就可以保证飞机正常可控。

在随后的一小时里我们联系签派并且密切的监控速度保护带。发现实际情况的确如预料一般随着耗油速度带保护区逐渐减小到可视区间外。我们决定继续飞往北京，并且做出了以下预案。“第一，保持飞机的高度速度不會变。第二，避免进行大的转弯机动动作。如果有必要联系管制进行大半径的小坡度的转弯，避免保护速度带的突然增加。第三，如果遭遇保护带突然增加至目前速度区域。按照之前的预案脱开自动驾驶与油门，关断ADR2+3。”

经过9小时漫长的飞行，飞机顺利进入北京空域，在下降减速时。我们发现错位的AOA迎角探头依然纯在。琥珀色斑马线远远大于绿点速度导致无法按照正常程序放襟翼。我们按照之前的预案，断开了AP和A/TRH。关闭了ADR2+3。采用手动方式于北京机场安全落地。事后联系了北京AMECO。他们清洗了飞机的全部管路，同时更换了AOA组件。

在这次事件后不久，空客更换了所有330的AOA迎角探头组件，从OEB上取消了这个科目。但这个事件不过是民航业一个很小的例子。随着新技术，新设备新机型的使用，类似的bug依然会在未来以其它的形式发生。整个民航业的的百年发展史就是在发现问题和解决问题中进步的。在这其中起到至关重要作用的不仅有机器的变革，更重要的还是飞行员的训练。

四、对于类似事件处置的展望

这次737MAX—8的故障，很多飞行教员的分析都在流传，普遍大家都认为如何在AOA错误数据出现时，断掉配平电门抑制掉计算机对飞行系统的操作是重中之中。笔者飞过100多小时的737—300。和4500小时的757—200。对于波音系的非计划安定面配平故障依然记忆犹新。这个科目并不是记忆项目，但如果没有第一时间关断电动配平电门，后续操作将十分困难。如果配平被打到底几乎是驾驶员不可控的状态。737和757都有类似的被飞行员戏称为健身器的科目。737上甚至有教员脚踩配平轮来刹住的视频在网上流传。波音也将在后续提供计算机软件方面的解决方案和驾驶员如何断开计算机保护的培训，这将大大抑制掉此类事件的发生。

在类似的事件中，自动化再高的飞机在目前阶段是否安全也同样很大程度上取决于飞行员，飞行员与飞机自动化系统之间的关系将是之后未来飞行技术发展的重点。航空公司与飞机生产商要加强协作，即时反馈使用中出现的问题和对飞行员的补充训练。第三方机构是否能介入FAA对飞机的安全评测避免类似FAA把安全认证外包给波音公司来执行的类似事件发生。这些都是未来航空安全保证的重要因素。