從波音墜機事故看國產直升機飛控設計

2018年10月29日，當獅航JT-610航班的188名旅客們拿著行李，走向廊橋開始登上這架波音737-800MAX飛機的時候，他們並不知道接下來的旅途就是生命的終點。在從雅加達起飛13分鐘後，飛機便墜入爪哇海，機上人員全部遇難。

2019年3月10日，一架載有157人的波音737MAX8飛機從亞的斯亞貝巴起飛6分鐘後便墜毀在衣索比亞境內，無人生還。2019年3月14日，美國總統表示將簽署緊急命令，要求全部波音737MAX機型停止執飛。

半年不到，兩架嶄新的波音737MAX8客機在起飛後不久便墜毀，從而引發了社會對該機型的廣泛質疑.

02

從波音公司官方發布的技術通告來看，導致JT-610航班事故的關鍵因素是AOA攻角感測器數據錯誤。

聯想到兩起空難的多處共同點：

同一款飛機波音737MAX8、都是交付不到半年的新飛機、都是起飛後不久即墜毀、飛行雷達數據顯示出事曲線極為相似、出事前飛行員都反映遇到了飛行控制問題。

不得不讓人懷疑兩起空難出自同一原因，下面就讓我們一起剖析一下空難原因。

波音737MAX是737家族最新一代，採用純電傳飛控系統，智能化程度非常高，飛行員駕駛該飛機非常輕鬆，只需要按一些按鈕，設定好自動駕駛模式，飛控系統就會在整個起落航線上按照設定值自動駕駛飛機，飛行員大部分時間都是在和空管聊天。

該型飛機換裝了更粗大更省油動力更強勁的LEAP發動機，這款發動機的直徑箱單龐大，下邊緣距離地面到了航空法規的極限，而上邊緣已經超越了機翼表面。

發動機上表面氣流擾亂了機翼上表面的氣流，使得飛機容易在大攻角飛行失速。

容易失速就容易墜毀，波音設計師們開發了一套機動特性增強系統（後面簡稱MCAS增穩系統），簡單解釋就是讓飛機在高攻角即將進入失速墜毀的情況下立即自動壓低機頭，不經過飛行員同意就自己操縱飛機，改出失速狀態，從而拯救飛機。

這套MCAS增穩系統設計初衷本是飛機的保護神，為何成為了死神呢？這說明MCAS增穩系統設計上存在諸多BUG。

波音設計師們在飛機機頭兩側安裝了兩個攻角感測器，實時監測飛機攻角，當攻角超過了設定的安全界限，這套MCAS增穩系統就啟動了，會自動壓低機頭保持10秒鐘，當攻角水平時才會自動退出。

怪就怪在波音公司對自己的感測器太自信了。

只要機長一側的感測器認為攻角超過安全門限，MCAS增穩系統就會被啟動，完全不理會副駕駛的感測器數據。恰恰就是波音認為最安全可靠的感測器出現了故障，提供了錯誤的攻角數據給飛控電腦。當MCAS增穩系統錯誤地控制飛機俯衝時，JT-610航班機長曾多次手動控制飛機抬頭。

可是波音公司這套保護神系統的另一個BUG是當飛行員不控制飛機時，只要滿足啟動門限，它就會再次偷偷控制飛機俯衝。這種人機大戰持續了幾次之後，機長實在受不了了，向空管申請返航，恰恰就在這個間隙，霸道的波音MCAS增穩系統再次控制飛機俯衝，一頭栽進了爪哇海。這個BUG就是MCAS增穩系統自己動起來後沒有在駕駛艙顯示或者語音告警提示，機組都不知道飛機真正出了什麼問題，還以為空速管和高度表出現了故障，英勇的機長都不明白其實他已經和飛控電腦搏鬥了幾個回合。

總結起來，波音公司設計的MCAS增穩系統存在以下四個方面的問題：

其一，飛機複雜的航空電子系統，不能自動準確識別，並排除發生故障的攻角感測器，而且沒有做到實時向飛行員提醒。

其二，波音公司設計的自動低頭俯衝程序，不但沒有實時告知，也沒有對任何航空公司飛行員進行針對的培訓。

其三，波音沒有將這一設計告知所有飛行模擬器廠家，導致飛行員模擬器廠家不能針對這個系統的啟動和停止進行針對訓練。

其四，最大的錯誤是這個系統的設計邏輯居然超越了飛行員的操縱而自行其是地控制飛機俯衝。

03

飛行器一旦出現事故往往就是機毀人亡，因此飛行器的安全性設計至關重要。直升機作為一種多用途的航空飛行器，安全性設計尤為重要。從波音737-800MAX飛機的兩起空難對國產直升機飛控系統設計提出了警示。

國產直升機飛控系統從大的方面可以分成兩類。

一類是有限許可權的數字式雙余度飛控系統搭配機械操縱系統控制直升機；

另一類就是純電傳的全許可權數字式多餘度飛控系統，沒有機械備份。

先說有限許可權的數字式雙余度飛控系統。

機上導航系統實時測量直升機的姿態、角速率，大氣機和無高表實時測量直升機的空速、高度等狀態信息，飛控系統接收這些航電感測器系統的狀態信息作為控制輸入。根據當前信號與基準信號的偏差，經過控制器演算法解算後輸出控制信號，驅動串並聯舵機，進而改變直升機的主槳和尾槳變距，達到控制直升機的目的。

如果飛控系統出現異常響應，飛行員可以通過駕駛桿手柄上的飛控斷開按鈕快速便捷地切斷飛控系統所有功能，轉為人工操縱直升機繼續飛行。前面提到波音MCAS增穩系統存在的四個方面問題，在我們有限許可權的數字式雙余度飛控系統設計中不存在超越飛行員操縱而自行其是的情況，比如飛控系統的低高度保護功能，當飛行員手動介入操縱後會自動退出。在大部分型號中做到了實時通過綜顯畫面提醒飛行員飛控系統的狀態，僅有個別老型號中存在飛控系統狀態沒有在綜顯顯示的情況。

下面我們再說說全許可權多餘度電傳飛控系統。

它在每個軸分布多餘度位移感測器，用于敏感操縱桿的位移量，飛控專用的多餘度慣性測量部件提供直升機的實時姿態角、三軸角速度、三軸加速度，主備導航系統提供實時航向角、地速，大氣機和無高表實時測量直升機的空速、高度等狀態信息，飛控系統根據位移感測器信號解算出指令信號作為前饋控制，飛控系統根據直升機當前狀態與基準信號的偏差解算出控制信號進行反饋控制。前面提到波音MCAS增穩系統存在的四個方面問題，數字式電傳飛控系統大部分都不存在的。

因此可以總結說，

國產直升機在飛控系統設計上是不存在類似於波音飛機類似風險。

但由於電傳操縱與傳統的機械操縱在操作習慣、操縱響應等方面存在差異，後續中，只要我國加大訓練模擬器投入，對飛行員進行針對性的訓練，就能極大避免出現類似的空難慘劇。

（體驗飛行模擬器）

自從萊特兄弟發明飛機，經過一代又一代航空人的努力，飛機和直升機正在變得越來越智能化、複雜化，功能越來越強大。

作為航空人，要時刻把安全作為設計的第一要素，只有這樣，人們才會對我們設計的產品有信心，我們才能花更多的精力去提升產品品質和能力。

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