王海剛 /

(中國(guó)商飛民用飛機(jī)試飛中心，上海 200232)

0 引言

2011年4月2日，美國(guó)新墨西哥州羅斯威爾灣流宇航公司G650/N652GD飛機(jī)起飛過程中失速墜毀造成兩名試飛員和兩名試飛工程師遇難。事故發(fā)生時(shí)在進(jìn)行一發(fā)失效繼續(xù)起飛試飛科目，飛機(jī)右機(jī)翼失速造成飛機(jī)滾轉(zhuǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致右側(cè)翼尖擦跑道，飛機(jī)從右側(cè)偏出跑道。偏出跑道后，飛機(jī)撞到混凝土建筑和機(jī)場(chǎng)氣象站，導(dǎo)致嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)損壞并起火，機(jī)身和客艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)被燒毀，如圖1所示。

圖1 G650事故現(xiàn)場(chǎng)

美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì)(National Transportation Safety Board,簡(jiǎn)稱NTSB)對(duì)這起事故進(jìn)行了調(diào)查，并于2012年發(fā)布了事故調(diào)查報(bào)告[1]，給出了事故主要原因。事故發(fā)生后，灣流公司開展了相應(yīng)的分析仿真[2]，進(jìn)一步確認(rèn)了事故的原因，本文依據(jù)NTSB調(diào)查報(bào)告和灣流的分析結(jié)果，進(jìn)行事故鏈分析，并針對(duì)事故原因中的重點(diǎn)管理問題、技術(shù)問題深入分析。

1 事故鏈分析

NTSB在事故調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，G650飛機(jī)在離開地面時(shí)發(fā)生失速。在試飛準(zhǔn)備時(shí)，灣流公司高估了地面效應(yīng)作用下的失速迎角。飛機(jī)抖桿器觸發(fā)(失速警告)以及主飛行顯示器上相應(yīng)的俯仰限制指示的閾值都設(shè)置過高，使得試飛機(jī)組在發(fā)生真正失速之前沒有收到任何觸覺、聽覺或視覺警告。這起飛行事故發(fā)生前，事實(shí)上至少已經(jīng)存在兩方面比較顯著的安全隱患。一方面，在事故發(fā)生前，G650試飛中已經(jīng)發(fā)生兩次右外側(cè)機(jī)翼失速事件。如果灣流公司能夠在前兩次事件發(fā)生后開展深入的空氣動(dòng)力學(xué)分析，就有可能發(fā)現(xiàn)地面效應(yīng)下的失速迎角低于預(yù)期值的問題從而避免事故發(fā)生。另一方面，在事故發(fā)生前的性能試飛中，G650飛機(jī)持續(xù)超過目標(biāo)起飛安全速度(V2)。灣流公司在性能試飛之前、期間都沒有采用模擬器或者動(dòng)力學(xué)分析方法驗(yàn)證V2速度。為了實(shí)現(xiàn)飛機(jī)起飛性能的許諾，灣流公司并未確定V2超標(biāo)的根本原因，而是嘗試通過更改飛機(jī)起飛抬前輪的試飛技術(shù)來減小V2速度和起飛距離。

為能夠在2011年第三季度獲得美國(guó)聯(lián)邦航空局(Federal Aviation Administration,簡(jiǎn)稱FAA)頒發(fā)的型號(hào)合格證，灣流公司G650試飛項(xiàng)目計(jì)劃過于激進(jìn)。進(jìn)度的壓力以及在技術(shù)監(jiān)督和安全管理方面程序不健全，導(dǎo)致過于關(guān)注如何讓項(xiàng)目推進(jìn)，不愿挑戰(zhàn)關(guān)鍵的假設(shè)，不愿重視在測(cè)試時(shí)出現(xiàn)的飛機(jī)異常響應(yīng)。節(jié)點(diǎn)的壓力導(dǎo)致一系列盲目決策和失誤，安全管理人員沒有對(duì)此前兩次試飛中出現(xiàn)的非指令滾轉(zhuǎn)事件進(jìn)行調(diào)查，機(jī)組決定通過更改試飛員操作技術(shù)繼續(xù)進(jìn)行試飛，未仔細(xì)分析V2超限原因。為了趕項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)試飛工程師(flight test engineer，試飛工程師,簡(jiǎn)稱FTE,節(jié)點(diǎn)試飛工程師記為FTE1,登機(jī)試飛工程師記為FTE2)未能及時(shí)完成關(guān)鍵試飛數(shù)據(jù)的分析。

在風(fēng)險(xiǎn)管理方面灣流具有FAA所接受的試飛風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序，但沒有考慮繼續(xù)起飛科目存在的失速相關(guān)潛在風(fēng)險(xiǎn)。灣流的相關(guān)安全保障工作存在欠缺，高風(fēng)險(xiǎn)試飛科目并沒有通知機(jī)場(chǎng)、急救和消防人員，調(diào)查發(fā)現(xiàn)機(jī)上人員并非由于撞擊致死，而是因起火未能及時(shí)成功逃離。

基于以上的分析及事故調(diào)查報(bào)告，可以梳理得到灣流G650試飛事故鏈演化過程，如圖2所示。

圖2 灣流G650試飛事故鏈演化分析

根據(jù)事故調(diào)查報(bào)告的結(jié)論以及事故鏈分析，可以整理出導(dǎo)致事故發(fā)生的8個(gè)主要的原因，如表1所示。為了有側(cè)重地分析其中關(guān)鍵的因素，將事故原因分為管理類和技術(shù)類，文章將簡(jiǎn)要?dú)w納灣流項(xiàng)目管理上存在的諸多問題，深度分析主要的兩個(gè)技術(shù)問題即起飛安全速度過小和失速告警迎角設(shè)置過大。

表1 事故主要原因及分類

2 項(xiàng)目管理問題分析

灣流G650項(xiàng)目管理存在諸多問題，總結(jié)起來包括技術(shù)規(guī)劃與監(jiān)管不力、計(jì)劃管理過于激進(jìn)、風(fēng)險(xiǎn)管理不到位三個(gè)方面。

第一個(gè)方面技術(shù)規(guī)劃與監(jiān)管問題，其主要表現(xiàn)在試飛人員職責(zé)分工不明。為了加快任務(wù)完成效率灣流人為將試飛計(jì)劃、任務(wù)執(zhí)行和分析報(bào)告分開，而在G650試飛時(shí)各項(xiàng)職責(zé)又交叉在一起，為了趕項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)試飛工程師(FTE1)未能及時(shí)完成最終的起飛關(guān)鍵數(shù)據(jù)分析。事故發(fā)生時(shí)現(xiàn)場(chǎng)人員分工不明確，事故架次時(shí)登機(jī)試飛工程師(FTE2)責(zé)任不明確，沒有工程師負(fù)責(zé)監(jiān)控關(guān)鍵參數(shù)。

計(jì)劃管理方面，灣流制定了過于激進(jìn)項(xiàng)目計(jì)劃導(dǎo)致出現(xiàn)多次計(jì)劃推遲。節(jié)點(diǎn)的壓力導(dǎo)致一系列盲目決策和失誤：1)決定通過更改試飛員操作技術(shù)繼續(xù)進(jìn)行試飛，未仔細(xì)分析V2超限原因；2)直接更改起飛目標(biāo)俯仰角忽略了此更改對(duì)起飛速度的影響；3)建立了俯仰角限制卻沒有把它寫到試飛任務(wù)單；4)安全管理人員沒有對(duì)此前兩次試飛中出現(xiàn)的非指令滾轉(zhuǎn)事件進(jìn)行調(diào)查。

在風(fēng)險(xiǎn)管理方面灣流具有FAA所接受的試飛風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序，但沒有考慮繼續(xù)起飛科目存在的失速相關(guān)潛在風(fēng)險(xiǎn)。此外灣流的安全保障工作存在欠缺，高風(fēng)險(xiǎn)試飛科目并沒有通知機(jī)場(chǎng)、急救和消防人員。

3 技術(shù)問題分析

3.1 失速告警迎角設(shè)置過高

研究發(fā)現(xiàn)地效影響下升力線斜率增加，且地效影響隨著高度增加非線性地迅速減弱，在貼近地面時(shí)最顯著，高度大于翼展長(zhǎng)后基本可忽略，以下依據(jù)仿真及測(cè)試記錄數(shù)據(jù)[2]分析地效的影響，地效模型如下：

式中：CL,IGE為地效影響下的升力系數(shù)；kh為地效修正系數(shù)，是關(guān)于高度的非線性函數(shù)；CL,OGE為無地效的升力系數(shù)；α為攻角；α0為零升攻角，假定其不受地效影響。

在發(fā)生事故的試飛架次前灣流的試飛工程師根據(jù)VMU試驗(yàn)結(jié)果將Δαstall,IGE從-2°調(diào)整為-1.6°過程中引入假設(shè)CLmax,IGE=CLmax,OGE。灣流試飛工程師估計(jì)方法存在兩個(gè)錯(cuò)誤，一是采用VMU升力系數(shù)，而所有VMU試飛數(shù)據(jù)點(diǎn)升力系數(shù)均小于最大升力系數(shù)；二是假設(shè)最大升力系數(shù)地效影響不變，如圖3所示。以下對(duì)這兩個(gè)問題造成的誤差進(jìn)行分析計(jì)算以確定正確的失速攻角修正量Δαstall,IGE。

圖3 地效對(duì)失速攻角影響[2]

首先假定最大升力系數(shù)相等，失速攻角修正量等于：

根據(jù)G650起飛數(shù)據(jù)，當(dāng)起落架接觸地面時(shí)kh約等于1.18，對(duì)于襟翼10°構(gòu)型，α0=-1.25°，αstall,OGE=14.7°以上數(shù)據(jù)代入式(2)得到Δα1=-2.5°。

然后考慮最大升力系數(shù)減小的影響：

設(shè)CLmax,IGE=kCLCLmax,OGE,對(duì)G650飛機(jī)CFD分析表明kCL=0.95，代入式(3)得到Δα2=-0.7°，因此總的失速攻角變化量為：

Δαstall,IGE=Δα1+Δα2=-3.1°

(4)

遠(yuǎn)大于事故發(fā)生時(shí)設(shè)定的-1.6°，這也是為什么機(jī)組在發(fā)生失速時(shí)沒能獲得任何提示或警告的原因。

3.2 目標(biāo)起飛安全速度過小

FAA在2002年發(fā)布了最終修正案25-108[3]定義了失速參考速度VSR即1-g失速速度，修正案指出如果使用VSR定義有關(guān)速度，對(duì)應(yīng)比例系數(shù)會(huì)縮小，最小容許V2要不小于1.13VSR(1.2VS)。灣流公司在2007年做出技術(shù)決定,G650的V2取法規(guī)所允許最小值即1.13VSR，這是導(dǎo)致V2速度過低的主要原因。

起飛決斷速度V1、抬前輪速度VR、起飛離地速度VLOF和V2的確定需要依據(jù)最小離地速度VMU的試飛結(jié)果，然而灣流公司依據(jù)GIV飛機(jī)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，即基于VMU得到的V2會(huì)小于1.2VS，進(jìn)而導(dǎo)致起飛速度的重新定義。最后灣流在GIV的做法是先選擇滿足符合法規(guī)要求(V2≤1.2VS)的最小值，即V2取1.2VS，然后減去對(duì)應(yīng)速度差得到VLOF及VR。G650項(xiàng)目也采用這種從后往前的倒推法，不同點(diǎn)是V2=1.13VSR。灣流公司做了關(guān)鍵性的錯(cuò)誤假設(shè)，即G650以VMU出發(fā)來確定V2將會(huì)小于法規(guī)允許值(GIV的經(jīng)驗(yàn))，并且在完成VMU測(cè)試后灣流也沒對(duì)該假設(shè)進(jìn)行確認(rèn)，調(diào)查人員分析發(fā)現(xiàn),如果灣流分析VMU數(shù)據(jù)很可能會(huì)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)V2過小的問題。此外，在計(jì)算起飛速度時(shí)使用的V2-VLOF與V2-VR速度差量值并不是基于G650試飛數(shù)據(jù)，而是采用G550的數(shù)據(jù)，事后研究發(fā)現(xiàn)G650速度差量值要大于G550[1]。由此可見灣流G650起飛速度試飛沒有遵循試飛程序，而是盲目采取了G550上的做法。

另一方面，事故架次試飛人員將目標(biāo)俯仰角由10°降為9°，而速度卻維持不變，這導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)目標(biāo)V2的任務(wù)更加困難。灣流飛機(jī)性能主管工程師和FTE1以及整個(gè)G650項(xiàng)目有關(guān)人員都沒能意識(shí)到降低目標(biāo)俯仰角必須重新調(diào)整目標(biāo)速度，如果意識(shí)到這個(gè)問題進(jìn)行有關(guān)分析很可能會(huì)發(fā)現(xiàn)V2過小的問題。事后分析發(fā)現(xiàn)目標(biāo)俯仰角從10°調(diào)整到9°，離地速度會(huì)增加4 knot。事故之后灣流重新修改試飛程序和方法，新的V2比事故時(shí)大15 knot，見表2。

表2 起飛速度調(diào)整前后對(duì)比

4 事故啟示與思考

G650試飛事故對(duì)灣流公司影響深遠(yuǎn)，灣流公司根據(jù)NTSB的要求，采取了一系列措施。首先對(duì)試飛機(jī)進(jìn)行了諸多安全性改裝，增加了座艙防火系統(tǒng)、應(yīng)急出口、機(jī)上應(yīng)急設(shè)備、飛機(jī)外部切口標(biāo)示等。改進(jìn)管理流程，包括在運(yùn)行部門設(shè)置安全主管、組建獨(dú)立的安全審查團(tuán)隊(duì)、建立更完善的試飛事件調(diào)查程序等。開發(fā)了新的起飛速度計(jì)算、評(píng)估及驗(yàn)證方法。

灣流G650試飛事故是由管理和技術(shù)共同導(dǎo)致的典型案例，至少有以下幾個(gè)方面值得試飛管理者和技術(shù)人員吸取經(jīng)驗(yàn)、思考總結(jié)：

1)正確處理項(xiàng)目進(jìn)度和試飛安全之間的關(guān)系。灣流公司試飛團(tuán)隊(duì)在進(jìn)度的壓力下，過于關(guān)注如何讓項(xiàng)目推進(jìn)，沒有重視在試飛時(shí)出現(xiàn)的飛機(jī)異常響應(yīng)，一系列盲目決策和失誤，最終導(dǎo)致事故發(fā)生。試飛計(jì)劃應(yīng)科學(xué)合理不能過于偏離實(shí)際，當(dāng)進(jìn)度和安全發(fā)生矛盾應(yīng)以保安全為首要目標(biāo)。

2)第三方獨(dú)立安全審查有助于提高試飛安全水平，預(yù)防事故發(fā)生。聘請(qǐng)安全專家開展獨(dú)立審查和評(píng)估，查找安全管理方面的缺陷，完善和改進(jìn)安全管理體系。

3)試飛員和試飛工程師應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)操作程序執(zhí)行試飛任務(wù)，不能試圖通過改變本來正確的試飛操作程序得到滿意的“數(shù)據(jù)”，應(yīng)客觀評(píng)價(jià)飛機(jī)性能。飛行后對(duì)任何試飛中出現(xiàn)的異常現(xiàn)象都應(yīng)仔細(xì)分析。

4)加強(qiáng)高風(fēng)險(xiǎn)試飛科目安全保障。灣流G650事故也暴露出灣流試飛安全保障工作的不足，調(diào)查發(fā)現(xiàn)機(jī)上人員并非由于撞擊致死，而是因起火未能成功逃離。在進(jìn)行高風(fēng)險(xiǎn)試飛時(shí)應(yīng)加強(qiáng)與地面消防支援的協(xié)調(diào)，確保有足夠的飛機(jī)救援和滅火資源，做好應(yīng)急預(yù)案。

5)型號(hào)之間的經(jīng)驗(yàn)借鑒不能取代必要試飛流程。灣流G650起飛速度研發(fā)沒有遵循本來的試飛流程，而是直接借鑒了G550的經(jīng)驗(yàn)。隨著公司新型號(hào)的發(fā)展，型號(hào)之間的經(jīng)驗(yàn)傳承固然重要，但不可盲目直接采取其他型號(hào)某些做法而不進(jìn)行嚴(yán)密論證和及時(shí)確認(rèn)，試飛方案應(yīng)考慮每個(gè)型號(hào)的特點(diǎn)并遵循科學(xué)的試飛流程。