由法航AF447空難引發(fā)的對民用客機駕駛艙側(cè)桿技術(shù)的探討

孟 華，莊多多

（中國商飛上海飛機設(shè)計研究院，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，機上216名乘客以及12名機組人員全數(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，再次掀起了民眾對現(xiàn)代民用航空安全的擔憂。

在MH370（B777-200）的黑匣子找到前，無法科學和客觀地解釋其失事的真正原因，本文將主要對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)進行分析，探討民用飛機駕駛艙設(shè)計應(yīng)從該事故中吸取的經(jīng)驗教訓。

1 事故經(jīng)過

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

UTC（國際標準時間）2時10分，飛機的皮托管（Pitot tube）因結(jié)冰而失效，無法有效偵測速度，自動駕駛自行解除并發(fā)出告警，飛行員手動飛行，但此時未發(fā)現(xiàn)空速指示器不協(xié)調(diào)，亦沒有發(fā)現(xiàn)自動節(jié)流閥已解除，同時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。

自動駕駛解除后，飛機儀表顯示飛機正以每分鐘300至600尺下降，于是右座飛行員便左轉(zhuǎn)及抬高機鼻使飛機爬升以修正飛機。此時中央電子監(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)抬高機鼻，這樣副駕駛便可能以為飛機超速，因此抬高機鼻以減速。皮托管結(jié)冰只維持了一分鐘多些，之后便回復正常，此時飛機所有機械設(shè)備都處于正常狀態(tài)，但飛機仍繼續(xù)爬升，隨后因升力不夠而失速，失速警告響起。此時飛機以每分鐘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，飛行員應(yīng)降低機鼻以增加飛行速度防止失速。然而，由于副駕駛過度依賴計算機的時速保護，誤判飛機為超速，完全忽視失速警告，并減低飛機推力，試圖張開減速板。而事實是，飛行控制規(guī)律處于備用模式，系統(tǒng)原定的失速保護沒有啟動。2時11分40秒，機長返回駕駛艙，飛機攻角已達40度，隨后的整個失速過程都被忽視，且抬高機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客機被稱為是現(xiàn)代歷史上最安全的機型，飛機上有非常先進的自動駕駛設(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，而是給飛控系統(tǒng)施加指令，由飛控計算機計算得到舵偏指令，從而使飛機實現(xiàn)預期的響應(yīng)［2］。然而，正是由于飛行員過渡的依賴自動駕駛設(shè)備，在千鈞一發(fā)時未注意到備用控制律下是沒有失速保護功能的，同時，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誤的飛行指引，造成飛機一直處于爬升狀態(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)查報告將事故責任歸結(jié)為：“皮托管結(jié)冰使飛機未能偵測空速，自動駕駛自動關(guān)閉，機員錯誤操作導致失速，最后釀成空難”。更有機構(gòu)指出：“導致AF447厄運的既不是天氣或機械故障，也不是復雜的錯誤鏈，而是一個發(fā)生在其中一位飛行員身上的簡單卻持續(xù)的錯誤。”［1］而這些評論從設(shè)計者的角度來說未必是客觀的。

3 對駕駛艙設(shè)計的反思——被動側(cè)桿的人-機交互缺陷

對于民用飛機制造商和設(shè)計人員來說，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設(shè)計的人-機交互不夠完善。目前，由于民機對系統(tǒng)、設(shè)備的可靠性、成本等要求更高，具有力反饋的主動側(cè)桿尚未應(yīng)用到民機型號研制中，因此目前民機采用的均為被動側(cè)桿?？湛凸局鲗У碾妭鞑倏v配置被動側(cè)桿相對于中央桿的機械操縱有諸多優(yōu)點：可以去除機械化連接減輕機身重量、節(jié)省燃油。細長的電子布線和電腦有多個備份，機載處理器減輕了飛行員的工作量，且可以編程彌補人為的錯誤。

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

事故中，飛行員全程都為發(fā)現(xiàn)飛機正在失速。事后調(diào)查稱“右座沒有接受過‘不可信速度讀數(shù)’程序和手動操作訓練，才導致一直做出錯誤的拉桿行為?！比欢?，為何其他機長都未發(fā)現(xiàn)這一致命失誤呢？可以說被動側(cè)桿設(shè)計就是“罪魁禍首”。

4 結(jié)語

通過FA447的悲劇，認識到民機設(shè)計中被動側(cè)桿的缺點，由于缺乏反驅(qū)裝置，無法實現(xiàn)左、右側(cè)桿的聯(lián)動，因此更容易出現(xiàn)疊加操縱。所以，一方面應(yīng)當從視覺、聽覺、觸覺全方位對疊加操縱進行提示，同時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，采取一些具有針對性的創(chuàng)新設(shè)計來加以完善，從而更加符合飛行員的操縱習慣,減少或避免人為差錯的發(fā)生，提高飛行安全。

目前，世界上的先進系統(tǒng)制造商如Honeywell、BAE等公司已提出了較為成熟的主動側(cè)桿技術(shù)，甚至已經(jīng)應(yīng)用于部分取證機型。這些更符合人-機交互的先進技術(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.采用被動側(cè)桿的民機設(shè)計中的人為因素考慮［J］.民用飛機設(shè)計與研究，2012（2）.

［3］熊端琴，郭小朝，陸惠良.飛機側(cè)桿駕駛裝置的優(yōu)缺點及其改進設(shè)計探討［J］.人類工效學，2006（1）.

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