航空維修專業(yè)者，每天和你分享不一樣的飛機新鮮事！“解決方案陷阱”是筆者生造的詞匯，是指機組面臨混亂、矛盾的信息時，遵循錯誤信息引導(dǎo)選擇解決方案，導(dǎo)致情況進一步惡化的現(xiàn)象。 在閱讀法航447空難報告時，筆者注意到這樣一個現(xiàn)象。 機組最早注意到的是ECAM上的超速提示。所以盡管后續(xù)處置中，很多跡象表明空速偏低，只要飛行指引桿出現(xiàn)，機組就死追指引；只要飛行指引桿消失，機組就按超速處置。 這就是非常典型的機組喪失態(tài)勢感知能力，墜入“解決方案陷阱”的案例。
過往的不安全事件表明，機組一旦落入“解決方案陷阱”，其思維勢必陷入“管道效應(yīng)”無法自拔，想要重新“跳”出來，幾乎是不可能的。 如何在特情初始，協(xié)助機組恢復(fù)態(tài)勢感知能力，是避免“解決方案陷阱”的關(guān)鍵。我們現(xiàn)有的處置程序、人機交互界面、機組訓(xùn)練等都還有很大的改進空間。 在遭遇失效（特殊情況）時，我們一般說機組的正確反應(yīng)有：“首先控制飛機，然后快速判斷故障，之后在合適的條件下找到并執(zhí)行正確的程序”。然而實際情況是，機組有可能遭遇到從未遇見甚至極端的（故障）條件，在思考時間有限的情況下，機組有可能完全喪失理解力和判斷力，我們的安全模式局限性就在于，如果機組一開始不能抓住“重點”，那么后續(xù)的控制力和判斷力也就無從談起了。這種安全模式也只能是“一般失效模式”。AF447在初期未能良好的控制好飛機最終導(dǎo)致事故也例證了這一點。 ——《法航447航班事故調(diào)查報告》 第一節(jié) B737空速不可靠故障中的“解決方案陷阱” 以下一條或多條可證實空速或馬赫指示不可靠： ● 速度/姿態(tài)信息與俯仰姿態(tài)和推力調(diào)定不一致 ● SPD 失效警告旗 ● SPD LIM 失效警告旗 ● IAS DISAGREE 警報 ● 空速顯示空白或波動 ● 機長和副駕駛空速顯示之間有差異 ● 雷達天線罩損壞或丟失 ● 超速警告 ● 同時出現(xiàn)超速和失速警告。 ——《空速不可靠檢查單》 以上是《空速不可靠檢查單》所羅列出的9種空速不可靠現(xiàn)象。 通常而言，在B737飛機上越是危險或緊迫的特情，其警告方式也就越直接。 當(dāng)B737的空速數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤時，可能觸發(fā)的諸如“airspeed low”、失速、超速、風(fēng)切變等虛假警告，均具備非常強烈的視覺、音響、抖桿刺激。 反倒是最關(guān)鍵的“IAS DISAGREE”信息，僅以琥珀色小字顯示在速度帶下方，是所有警告信息中最不醒目的一項。
更為雪上加霜的是，錯誤的空速還會誤導(dǎo)自動飛行系統(tǒng)進行“偏差修正”。機組略做遲疑，就可能進入復(fù)雜狀態(tài)。人工操縱令機組工作量呈幾何倍數(shù)增加，進一步削弱機組的態(tài)勢感知能力。 人工操縱飛機，飛行姿態(tài)異常、飛行參數(shù)混亂，警告相互矛盾。機組應(yīng)當(dāng)何去何從？ 失速改出？ 超速改出？ 風(fēng)切變改出？（空速異常可能誘發(fā)風(fēng)切變警告。） 地形警告改出？（低空可能導(dǎo)致接近危險地形。） 安定面配平失控記憶項目？ 空速不可靠記憶項目？ 事實證明，當(dāng)面臨巨大的心理時，機組更傾向于遵從最直接、最強烈的警告采取措施，其陷入“解決方案陷阱”的概率是很高的。 在大量警告信息堆砌的背后，是B737飛機明顯的“人機功效”缺陷——警告指向性模糊，無法識別和隔離錯誤數(shù)據(jù)，必須通過機組的邏輯分析才能判定故障！ B737這樣一款有幾十年歷史的經(jīng)典機型為什么會出現(xiàn)這樣的問題呢？ 這還要從B737的儀表數(shù)據(jù)架構(gòu)缺陷說起。 第二節(jié) B737的儀表數(shù)據(jù)架構(gòu) B737的儀表數(shù)據(jù)架構(gòu)，可以大致分為四個部分： （一）皮托靜壓系統(tǒng) 皮托靜壓系統(tǒng)，主要由空速管、靜壓孔和全溫探頭組成。其探測數(shù)據(jù)經(jīng)過ADR處理后，可以提供空速、高度、高度變化率、全溫、靜溫等參數(shù)。 （二）慣性導(dǎo)航基準(zhǔn)組件 慣性導(dǎo)航基準(zhǔn)組件，主要由激光陀螺和加速度計組成，可以提供姿態(tài)、垂直速度、地速，以及垂直軌跡角度等數(shù)據(jù)。 （三）迎角傳感器 B737安裝有兩個風(fēng)標(biāo)式迎角傳感器，可以提供迎角數(shù)據(jù)。迎角用于指示飛機翼弦與氣流的夾角。 （四）傳感器數(shù)據(jù)間的交叉修正 單一探測機理獲得的數(shù)據(jù)，都會存在誤差。所以系統(tǒng)會利用其它探測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行交叉修正。 我們以垂直速度為例。 慣導(dǎo)通過加速度計數(shù)據(jù)，可以積分計算獲得垂直速度。這個“慣導(dǎo)垂直速度”，略超前于飛機實際的位置移動，靈敏但易受顛簸等瞬時過載干擾。 皮托靜壓系統(tǒng)通過靜壓的變化率，也可以計算出垂直速度。這個“靜壓垂直速度”略滯后于飛機實際位移，但數(shù)據(jù)穩(wěn)定。 如果在五邊飛CDFA，我會希望使用“慣導(dǎo)垂直速度”。這樣可以及時發(fā)現(xiàn)和修正垂直剖面的偏差。 如果在顛簸環(huán)境巡航，那我更傾向于使用“靜壓垂直速度”，避免不必要的俯仰操縱。 B737NG飛機采用以“慣導(dǎo)垂直速度”為主，輔以“靜壓垂直速度”修正后的綜合數(shù)據(jù)。IRU故障會導(dǎo)致VS指示消失，ADR故障則不會。而據(jù)說B777飛機則剛好相反。
至于這個交叉修正是如何完成的，那應(yīng)該算是制造商的核心機密之一了。至少從結(jié)果看，波音的交叉修正的算法是很成功的。 好，現(xiàn)在問題來了。 如果皮托靜壓數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤，交叉修正會不會導(dǎo)致垂直速度不可靠呢？ 會。 此時可否切斷傳感器數(shù)據(jù)間的修正呢？ 不可以。 因為波音737的儀表數(shù)據(jù)是在一個非常陳舊的架構(gòu)下，漸次堆砌新技術(shù)構(gòu)成的。 三套傳感器獲得的數(shù)據(jù)， 是分散在大氣數(shù)據(jù)基準(zhǔn)組件（ADR）、慣性基準(zhǔn)組件（IRU）、飛行管理計算機（FMC）、飛行控制計算機（FCC）、自動油門計算機、近地警告計算機（GPWC）等系統(tǒng)，分別按需處理的。 說地通俗一點，ADIRUS就像個菜市場大嬸，把白菜幫子剝了，豬肉毛剃干凈，醬油裝瓶，鹽裝袋。 DEU就像個快遞小哥，把這些半成品打包送到各家各戶。 至于各位計算機“大大”們是好咸口還是甜口，做川菜、魯菜還是冒菜，吃了會不會拉肚子——您自己看著辦。 有的系統(tǒng)有“潔癖”，譬如EEC，只要發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)比對不一致，就拒收全部數(shù)據(jù)，自己蹲屋里泡面吃（EEC備用方式）。 有的系統(tǒng)信奉“不干不凈吃了沒病”，譬如自動油門計算機和這次出事兒的MCAS，吃壞了肚子就開始抽風(fēng)胡來。 雖然每一代B737飛機都會引入當(dāng)時最先進的設(shè)備，但其基礎(chǔ)的儀表數(shù)據(jù)架構(gòu)與機械儀表時代并無二致。 它缺少一個集中采集、處理、監(jiān)控各個傳感器數(shù)據(jù)的“食堂大廚”。重集成，輕對比，無隔離，一旦某個傳感器數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤，就會廣泛影響。 找一輛“東方紅”拖拉機，發(fā)動機換成奔馳的，變速箱換成寶馬的，輪胎換成法拉利的，這車能不能開？ 當(dāng)然可以，但這樣并不能將子系統(tǒng)的優(yōu)勢完全發(fā)揮出來。 第三節(jié) “少數(shù)服從多數(shù)”原則的缺陷 我們?nèi)匀换氐紹737NG的空速不可靠故障。受探測系統(tǒng)間交叉修正的影響，空速、高度、垂直速度、FPV、靜溫等均被視作不可靠數(shù)據(jù)。 QRH承認的四項數(shù)據(jù)可靠：姿態(tài)、N1、地速和無線電高度。單純依靠這四項數(shù)據(jù)，無法實現(xiàn)跨探測系統(tǒng)的交叉檢查。 所以縱觀整個“空速不可靠”處置流程，對比三塊速度表間的讀值差異是主要手段，輔以姿態(tài)和推力的檢查。
筆者本人就曾經(jīng)在航班上遇到過三塊速度表依次相差20節(jié)的情況。按照B737的QRH又如何解決呢？ 類似的問題在空客320飛機上也存在。在XL888T空難中，結(jié)冰導(dǎo)致1號和2號迎角傳感器卡阻。原本正常的3號迎角傳感器數(shù)據(jù)，因為與其他二者差異過大，也被系統(tǒng)拒絕。（When the real angle of attack increased, the blockage of AOA sensors 1 and 2 at similar values caused the rejection of the ADR 3 anemometric values, even though these were valid.——《XL888T空難調(diào)查報告》 ） 對比同一探測機理的三個傳感器數(shù)據(jù)，然后以“少數(shù)服從多數(shù)”的方式確定錯誤數(shù)據(jù)，從概率上講可以接受，但從邏輯上講太過草率。 第四節(jié) “跨系統(tǒng)交叉檢查”的儀表架構(gòu)設(shè)想 下面我們將機載傳感器分割為三個部分：皮托靜壓、慣導(dǎo)和迎角，嘗試?yán)每缦到y(tǒng)的交叉檢查，識別和屏蔽錯誤數(shù)據(jù)。 這個方法可以用于改良儀表數(shù)據(jù)架構(gòu)，也可以用于改良人機交互界面，但最終的目的還是幫助機組恢復(fù)態(tài)勢感知能力。 筆者選取了三個典型案例，基于以下四點假設(shè)前提分析： （1）使用B737NG標(biāo)配的機載設(shè)備。 （2）在起始階段，機組不清楚哪個系統(tǒng)故障，但不盲從于任一系統(tǒng)的指示。 （3）當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生異常時，探測器間的集成修正會被切斷。 （4）駕駛艙儀表具備FPV和AOA顯示，且每一個AOA數(shù)據(jù)均具備獨立指針。 案例一 法航447空難 A330飛機在巡航高度37000英尺進入對流云團。三根空速管同時結(jié)冰，導(dǎo)致所有空速指示異常。機組脫開自動駕駛，并收油門帶桿，俯仰姿態(tài)增加至10°以上，垂直速度7000英尺/分鐘。飛機經(jīng)過短暫的爬升后進入失速，最終墜毀。 帶桿，還是推桿？ 收油門，還是加油門？ 這都基于飛行員對當(dāng)前狀態(tài)的認知——飛機到底是臨近超速，還是臨近失速？所以恢復(fù)機組的態(tài)勢感知能力是當(dāng)務(wù)之急。 （1） 如果法航447安裝有迎角指示器，機組會發(fā)現(xiàn)其讀值遠高于正常水平。也就是說飛機在快速接近失速。（事故調(diào)查報告中也指出未安裝迎角指示器是重要缺陷。） 那我們又如何確定迎角數(shù)據(jù)的可靠性呢？ （2）俯仰姿態(tài)、和FPV均源自慣導(dǎo)系統(tǒng)，其二者的差值近似等于迎角。（為便于描述，我們后文簡稱其為“慣導(dǎo)迎角”。）我們可以利用“慣導(dǎo)迎角”來檢查迎角傳感器的可靠性。
上述過程，意在恢復(fù)機組的態(tài)勢感知能力。機組只需要清醒意識到空速不可靠，執(zhí)行“475/1080”記憶項目，整個特情處置就成功一半兒了。 “475/1080”記憶項目會以高度作為“能量海綿”，保持飛機既不失速，也不超速；既不超過升限，也不低于10000英尺。（詳見《475/1080》一文）。 案例二 XL888T空難 A320飛機在4000英尺高度進行“失速迎角保護”演示飛行。1號和2號迎角傳感器因結(jié)冰卡阻，3號迎角傳感器工作正常。但由于三組迎角數(shù)據(jù)差異過大，所以全部被系統(tǒng)拒絕，進而導(dǎo)致自動配平失效。 機組加油門改出失速，由于升降舵氣動效能低于水平安定面，且機組未使用人工配平，故而俯仰姿態(tài)始終無法減小。最終飛機失速墜毀。 乍看起來，XL888T空難與前一段時間發(fā)生的獅航610空難非常相似。但其實二者有著很大的差異。 波音737只有兩個迎角傳感器，不能識別錯誤數(shù)據(jù)，也不能隔離錯誤數(shù)據(jù)。所以在獅航610空難中，一個迎角傳感器故障，系統(tǒng)即放任錯誤數(shù)據(jù)誘導(dǎo)MCAS向前驅(qū)動配平。 空客320有三個迎角傳感器，能夠識別迎角數(shù)據(jù)錯誤，也能夠隔離不可靠數(shù)據(jù)，但不能確定哪個傳感器故障。所以在XL888T空難中，兩個迎角指示器故障，導(dǎo)致全部三個迎角數(shù)據(jù)被系統(tǒng)拒絕。自動配平失效在當(dāng)前位置，并且向機組提供了“USE MAN PITCH TRIM”警告信息。 同樣是迎角傳感器故障。 同樣遭遇水平安定面氣動效能超過升降舵的問題。 同樣以失控墜海收場。 但必須要說，A320與B737機型在儀表數(shù)據(jù)架構(gòu)上的水平，還是高下立判的。 如果XL888T不是刻意進入高迎角狀態(tài)，演示飛行高度再高一些，機組能夠注意到“USE MAN PITCH TRIM”警告，原本是很有希望改出的。 好了，我們回到本節(jié)的“跨系統(tǒng)交叉檢查”的思路上來。 （1）如果XL888T駕駛艙配備迎角指示器，那么機組會發(fā)現(xiàn)，在失速進入階段“慣導(dǎo)迎角”在持續(xù)增大，而迎角指示器讀值則維持不變。二者間顯著的差異，會讓機組意識到系統(tǒng)存在異常，并中止演示飛行。 （2）“慣導(dǎo)迎角”持續(xù)增大，迎角讀值保持不變，而空速在持續(xù)減小。很顯然“慣導(dǎo)迎角”與空速間表現(xiàn)出更合理匹配的關(guān)系。我們可以藉此確認，錯誤出現(xiàn)在迎角傳感器系統(tǒng)。從理論上講，我們甚至可確認是哪個迎角傳感器故障，繼而“釋放”3號迎角傳感器的數(shù)據(jù)。 （3）如果“慣導(dǎo)迎角”的可靠性被確認，機組人工介入的時機會更早，而不是意識到“迎角保護功能”失效后才倉促采取措施。空速越低，升降舵與水平安定面的效能差距就越大。 （4）在姿態(tài)最高的階段，機組采取向右壓坡度的方式，減小升力豎直方向的分力，以獲得低頭力矩。這是一個“教科書式的”失控改出技巧。 但很不幸，所有失控改出技巧均基于這樣一個默認的前提——飛機未進入失速。而在失速狀態(tài)下主動進入橫滾，則可能進入更復(fù)雜的狀態(tài)。這何嘗不是一個“解決方案陷阱”呢？ 相較之下，B737飛機的“模擬桿力”會促使機組本能地向操縱同向使用人工配平。這是 筆者非常贊賞的一個“落后設(shè)計”。瑕不掩瑜，我們“空中健身房”也不全是一無是處。
案例三 獅航610空難 B737MAX飛機左側(cè)迎角傳感器故障，左側(cè)迎角讀值較右側(cè)高15度左右。空速指示未見異常。左側(cè)迎角傳感器錯誤導(dǎo)致多次失速警告，并誤導(dǎo)MCAS向前配平。機組多次使用主電配平糾正MCAS的錯誤。最終MCAS將配平驅(qū)動至前止位，超過了升降舵權(quán)限。飛機高速俯沖墜毀。 我們首先以“跨系統(tǒng)交叉檢查”的思路審視這個案例： （1）如果駕駛艙內(nèi)配備迎角指示器，機組會發(fā)現(xiàn)左右側(cè)迎角指示差異巨大。 （2）與“慣導(dǎo)迎角”進行對，機組會發(fā)現(xiàn)右迎角數(shù)據(jù)更加可信。 （3）5000英尺（大氣數(shù)據(jù)）保持平飛（VS/FPV慣導(dǎo)數(shù)據(jù)），空速250節(jié)（大氣數(shù)據(jù)），俯仰姿態(tài)（慣導(dǎo)數(shù)據(jù)）應(yīng)當(dāng)在2°左右，證明慣導(dǎo)與大氣數(shù)據(jù)合理匹配。此時的迎角怎么可能是15°呢？ （4）確認飛機真實迎角，會堅定機組保持當(dāng)前狀態(tài)的決心，更頻繁的使用主電配平對抗MCAS，甚至于考慮將配平馬達斷電（波音技術(shù)通告中建議切斷主電和自動駕駛配平切斷電門）。 在獅航610空難后，波音公司發(fā)布了針對B737MAX機型MCAS系統(tǒng)缺陷的技術(shù)通告，在業(yè)內(nèi)引發(fā)了廣泛的討論。 在一些已經(jīng)公開的事故數(shù)據(jù)中，我們可以看到機組曾經(jīng)使用主電配平短時恢復(fù)了對狀態(tài)的控制。 這說明只要機組有拉起機頭的主觀意愿，失控就是有希望改出的。但反復(fù)出現(xiàn)的失速警告和MCAS配平，很可能動搖了機組帶桿增加姿態(tài)的判斷。以至于MCAS的錯誤配平最終占據(jù)上風(fēng)，將水平安定面驅(qū)動至前止位，導(dǎo)致飛機俯仰失控。 說到底，機組態(tài)勢感知能力的喪失，對飛機狀態(tài)的認知錯誤，才是導(dǎo)致獅航610空難的根本原因。 如果由筆者負責(zé)波音的危機公關(guān)，我會非常樂見業(yè)界對MCAS系統(tǒng)的爭議和指責(zé)。 因為改進MCAS是成本最低的解決方案。而想要把B737的儀表數(shù)據(jù)架構(gòu)推到重來，則無異于設(shè)計一款全新的飛機。繼續(xù)裝聾作傻，頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳，是波音唯一的選擇。 反觀空客系列飛機，已經(jīng)初步具備了錯誤數(shù)據(jù)的識別和隔離理念，進一步改良架構(gòu)不存在技術(shù)上的障礙。但有波音這樣的“豬對手”擋在前面，恐怕空客也未必多有動力投入資源。 反倒是C919和A220這樣的后發(fā)機型，如果能夠在設(shè)計之初謹慎規(guī)劃儀表數(shù)據(jù)架構(gòu)，則會給未來的技術(shù)升級打下良好的基礎(chǔ)。 番外篇 “半部現(xiàn)代航空儀表史” 筆者經(jīng)常與人戲言：波音737飛機的失速警告信息，就是“半部現(xiàn)代航空儀表史”。 （一）抖桿器 B737飛機的駕駛桿安裝有抖桿器。抖桿器是由一個電動馬達和一個“偏心鐵環(huán)”構(gòu)成的。 失速警告被觸發(fā)時，馬達驅(qū)動“偏心鐵環(huán)”抖動，同時發(fā)出巨大的噪音。在“機械儀表 無線電羅盤領(lǐng)航”時代，這無疑是一個很巧妙的設(shè)計。
（二）俯仰極限指示 俯仰極限指示器，俗稱“小胡子”或“小耙子”，既可以為失速改出提供直觀的指示，也可以提供粗略的抖桿余度提示。 筆者專門咨詢了很多飛過B737CL全機械儀表型號的前輩。據(jù)他們回憶，在機械式ADI上就已經(jīng)有俯仰極限指示桿了。B737機型幾經(jīng)變化，但俯仰極限指示的形式并未改變。 （三）MCP板低速極限符號 飛機無法達到指令的空速時，在MCP面板的速度窗中會出現(xiàn)速度限制符號。 低速限制符號為閃爍的“A”。超速限制符號為閃爍的“8” 為什么是“A”和“8”？ 回家找個老式計算器看看就明白了。
（四）BUFFET ALERT信息 隨著B737飛機配備FMC，在飛機觸發(fā)抖桿前CDU草稿欄里會默默地出現(xiàn)一條“BUFFET ALERT”信息。這一提示功能也保留至今。
（五）速度帶 B737CL機型早期的電子飛行儀表系統(tǒng)（EFIS）中是沒有速度帶的，只有快慢指針。在較晚批次的CL機型上開始配備速度帶顯示，但仍保留機械式空速表。 與俯仰極限指示相比，速度帶（下琥珀色區(qū)、下紅區(qū)）可以更為量化的顯示抖桿余度。這一顯示方式也被后續(xù)的B737機型所繼承。
（五）“air speed low ”語音 在B737NG后期版本選型中，開始出現(xiàn)“air speed low ”語音警報。其觸發(fā)時機早于抖桿，大致在速度帶下琥珀色區(qū)中段后。 低速/失速警告是B737儀表數(shù)據(jù)架構(gòu)的一個縮影。整個B737的儀表數(shù)據(jù)是基于一個非常陳舊的架構(gòu)，不斷的利用新技術(shù)補強而來的。 來自：藝不壓身 |
