孟 華，莊多多

（中國商飛上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 200232）

0 引言

2009年6月1日，一架由巴西里約熱內(nèi)盧飛往法國巴黎的FA 447航班在大西洋上空墜落，機(jī)上216名乘客以及12名機(jī)組人員全數(shù)罹難，是近年來發(fā)生的一起最神秘空難事故。無獨(dú)有偶，2014年3月MH370航班神秘失事，同樣引發(fā)了世界范圍的多重猜測(cè)，再次掀起了民眾對(duì)現(xiàn)代民用航空安全的擔(dān)憂。

在MH370（B777-200）的黑匣子找到前，無法科學(xué)和客觀地解釋其失事的真正原因，本文將主要對(duì)FA 447（A330-203）的FDR（飛行數(shù)據(jù)記錄儀）和CVR（駕駛艙語音記錄儀）數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探討民用飛機(jī)駕駛艙設(shè)計(jì)應(yīng)從該事故中吸取的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

1 事故經(jīng)過

通過解析FA 447的2個(gè)飛行記錄儀（俗稱黑匣子）：FDR（Flight Data Recorder）和 CVR（Cockpit Voice Recorder），其事故經(jīng)過的細(xì)節(jié)如下所述。

UTC（國際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間）2時(shí)10分，飛機(jī)的皮托管（Pitot tube）因結(jié)冰而失效，無法有效偵測(cè)速度，自動(dòng)駕駛自行解除并發(fā)出告警，飛行員手動(dòng)飛行，但此時(shí)未發(fā)現(xiàn)空速指示器不協(xié)調(diào)，亦沒有發(fā)現(xiàn)自動(dòng)節(jié)流閥已解除，同時(shí)更加不知道控制律已由正常模式（NORMAL FLIGHT LAW）切換至備用模式（ALTERNATE FLIGHT LAW）［1］，如圖 1 所示。

自動(dòng)駕駛解除后，飛機(jī)儀表顯示飛機(jī)正以每分鐘300至600尺下降，于是右座飛行員便左轉(zhuǎn)及抬高機(jī)鼻使飛機(jī)爬升以修正飛機(jī)。此時(shí)中央電子監(jiān)控系統(tǒng)（ECAM）顯示最高速度，但沒有顯示最低速度（之后飛行員才知道空速指示器失效）。在空速指示器不可靠的情況下，加上飛行指引（Flight Director）顯示應(yīng)抬高機(jī)鼻，這樣副駕駛便可能以為飛機(jī)超速，因此抬高機(jī)鼻以減速。皮托管結(jié)冰只維持了一分鐘多些，之后便回復(fù)正常，此時(shí)飛機(jī)所有機(jī)械設(shè)備都處于正常狀態(tài)，但飛機(jī)仍繼續(xù)爬升，隨后因升力不夠而失速，失速警告響起。此時(shí)飛機(jī)以每分鐘7，000英尺的速度爬升，空速由274節(jié)迅間降至52節(jié)，如圖2所示。

圖1 FDR數(shù)據(jù)（皮托管失效）

圖2 FDR與CDR數(shù)據(jù)（失事前2分鐘）

此時(shí)，飛行員應(yīng)降低機(jī)鼻以增加飛行速度防止失速。然而，由于副駕駛過度依賴計(jì)算機(jī)的時(shí)速保護(hù)，誤判飛機(jī)為超速，完全忽視失速警告，并減低飛機(jī)推力，試圖張開減速板。而事實(shí)是，飛行控制規(guī)律處于備用模式，系統(tǒng)原定的失速保護(hù)沒有啟動(dòng)。2時(shí)11分40秒，機(jī)長返回駕駛艙，飛機(jī)攻角已達(dá)40度，隨后的整個(gè)失速過程都被忽視，且抬高機(jī)鼻試圖追蹤飛行指引，使情形惡化，最終釀成空難。

2 原因分析

事故中的法航AF447航班所采用的空客A330-203客機(jī)被稱為是現(xiàn)代歷史上最安全的機(jī)型，飛機(jī)上有非常先進(jìn)的自動(dòng)駕駛設(shè)備。采用電傳操縱系統(tǒng)后,飛行員不再通過直接指令舵面偏轉(zhuǎn)來操縱飛機(jī)，而是給飛控系統(tǒng)施加指令，由飛控計(jì)算機(jī)計(jì)算得到舵偏指令，從而使飛機(jī)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的響應(yīng)［2］。然而，正是由于飛行員過渡的依賴自動(dòng)駕駛設(shè)備，在千鈞一發(fā)時(shí)未注意到備用控制律下是沒有失速保護(hù)功能的，同時(shí)，在空速指示失真的情況下，右座飛行員一直將駕駛桿后拉試圖緊跟錯(cuò)誤的飛行指引，造成飛機(jī)一直處于爬升狀態(tài)，而其他兩位飛行員始終沒有發(fā)現(xiàn)，使情形惡化，釀成空難。

事后，空難最后調(diào)查報(bào)告將事故責(zé)任歸結(jié)為：“皮托管結(jié)冰使飛機(jī)未能偵測(cè)空速，自動(dòng)駕駛自動(dòng)關(guān)閉，機(jī)員錯(cuò)誤操作導(dǎo)致失速，最后釀成空難”。更有機(jī)構(gòu)指出：“導(dǎo)致AF447厄運(yùn)的既不是天氣或機(jī)械故障，也不是復(fù)雜的錯(cuò)誤鏈，而是一個(gè)發(fā)生在其中一位飛行員身上的簡單卻持續(xù)的錯(cuò)誤?！保?］而這些評(píng)論從設(shè)計(jì)者的角度來說未必是客觀的。

3 對(duì)駕駛艙設(shè)計(jì)的反思——被動(dòng)側(cè)桿的人-機(jī)交互缺陷

對(duì)于民用飛機(jī)制造商和設(shè)計(jì)人員來說，任何空難的造成都不能簡單歸結(jié)為設(shè)備故障或飛行員的失誤，追本溯源還是由于飛機(jī)設(shè)計(jì)的人-機(jī)交互不夠完善。目前，由于民機(jī)對(duì)系統(tǒng)、設(shè)備的可靠性、成本等要求更高，具有力反饋的主動(dòng)側(cè)桿尚未應(yīng)用到民機(jī)型號(hào)研制中，因此目前民機(jī)采用的均為被動(dòng)側(cè)桿?？湛凸局鲗?dǎo)的電傳操縱配置被動(dòng)側(cè)桿相對(duì)于中央桿的機(jī)械操縱有諸多優(yōu)點(diǎn)：可以去除機(jī)械化連接減輕機(jī)身重量、節(jié)省燃油。細(xì)長的電子布線和電腦有多個(gè)備份，機(jī)載處理器減輕了飛行員的工作量，且可以編程彌補(bǔ)人為的錯(cuò)誤。

然而，被動(dòng)側(cè)桿的缺點(diǎn)也很顯著：由于駕駛桿和飛機(jī)受控面之間不存在機(jī)械連接，駕駛員操縱時(shí)，無法直接感受到飛機(jī)受控運(yùn)動(dòng)后的反作用力，使駕駛員“感覺匱乏”，因此造成操縱過快、過量或難以及時(shí)做出修正［3］，同時(shí)，被動(dòng)側(cè)桿的最大缺陷在于其缺乏反驅(qū)裝置，進(jìn)而產(chǎn)生人-機(jī)交互信息以及主/副駕交互信息的缺失，增加了人為差錯(cuò)出現(xiàn)的概率［4］。

事故中，飛行員全程都為發(fā)現(xiàn)飛機(jī)正在失速。事后調(diào)查稱“右座沒有接受過‘不可信速度讀數(shù)’程序和手動(dòng)操作訓(xùn)練，才導(dǎo)致一直做出錯(cuò)誤的拉桿行為?！比欢?，為何其他機(jī)長都未發(fā)現(xiàn)這一致命失誤呢？可以說被動(dòng)側(cè)桿設(shè)計(jì)就是“罪魁禍?zhǔn)住薄?/p>

4 結(jié)語

通過FA447的悲劇，認(rèn)識(shí)到民機(jī)設(shè)計(jì)中被動(dòng)側(cè)桿的缺點(diǎn)，由于缺乏反驅(qū)裝置，無法實(shí)現(xiàn)左、右側(cè)桿的聯(lián)動(dòng)，因此更容易出現(xiàn)疊加操縱。所以，一方面應(yīng)當(dāng)從視覺、聽覺、觸覺全方位對(duì)疊加操縱進(jìn)行提示，同時(shí)借鑒已有的接替操縱操作程序，以提高飛行員的適應(yīng)性［2］。另一方面，也需要基于自身特點(diǎn)，采取一些具有針對(duì)性的創(chuàng)新設(shè)計(jì)來加以完善，從而更加符合飛行員的操縱習(xí)慣,減少或避免人為差錯(cuò)的發(fā)生，提高飛行安全。

目前，世界上的先進(jìn)系統(tǒng)制造商如Honeywell、BAE等公司已提出了較為成熟的主動(dòng)側(cè)桿技術(shù)，甚至已經(jīng)應(yīng)用于部分取證機(jī)型。這些更符合人-機(jī)交互的先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用將避免FA447悲劇的再次發(fā)生。

［1］Final Report On the accident on 1st June 2009 to the Airbus A330-203 registered F-GZCP operated by Air France flight AF 447 Rio de Janeiro-Paris，BEA，2012（7）.

［2］李林，王鐳.采用被動(dòng)側(cè)桿的民機(jī)設(shè)計(jì)中的人為因素考慮［J］.民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究，2012（2）.

［3］熊端琴，郭小朝，陸惠良.飛機(jī)側(cè)桿駕駛裝置的優(yōu)缺點(diǎn)及其改進(jìn)設(shè)計(jì)探討［J］.人類工效學(xué)，2006（1）.

［4］Dietrich H，Christian H.Active sides tick technology-a means for improving situational awareness［J］.Aerospace Science and Technology，1999（3）.