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波音737Max飞机空难综述

3月11日,中国民航局发布《民航局要求国内运输航空公司暂停波音737-8飞机商业运行》通知,在全世界率先停飞波音737Max飞机;这一决定反映我国话语权的增强,体现对民航安全的高度重视。

3月12日,欧洲航空安全局(EASA)宣布在欧洲空域禁飞737Max飞机;全世界20余个国家亦停飞该型飞机。

3月13日,在总统特朗普的督促下,美国联邦航空管理局(FAA)和波音公司决定停飞737Max飞机。至此,拥有此型飞机的47个国家、376架运营飞机全面停飞。

3月14日,事故飞机的飞行数据记录器和驾驶舱声音记录器(FDR,俗称“黑匣子”)送往法国进行数据分析。同日,波音公司发表声明,为了应对737Max飞机的全球停飞,暂停737Max飞机的交付。此前,波音737飞机的月产量已达52架。

3月18日,媒体报道称,美国司法部、交通部对FAA展开调查,以判断其是否存在失察行为。

3月19日,法国交通事故调查局(BEA)称,初步分析表明,埃塞航与印尼狮航两起空难明显相似,疑与波音737Max飞机的自动防失速系统(也称机动特性增强系统MCAS)关联;并称有关数据已转交埃塞俄比亚政府。美国白宫发布一项单独的人事声明,特朗普提名史蒂夫·迪克森担任FAA局长,任期五年(此前,该职务空缺14个月)。FAA宣称,正在审核波音为737 Max客机制定的软件修复计划,以争取让该型飞机早日复飞。EASA和加拿大有关方面则分别表示,未来将对737Max飞机进行独立的安全认证,并将对MCAS系统进行“详尽的审查”。

3月20日,波音CEO米伦伯格发表讲话及致航空公司、乘客和航空界的公开信,表达悲痛之情,承诺支持调查,了解事实,采取措施,确保安全。

3月21日,美媒称,联邦调查局(FBI)介入对波音737Max系列客机认证过程的刑事调查,为美国交通部正在进行的对FAA有无失察行为的调查提供支持。

3月27日,波音公司称,已经开发了升级软件,CEO米伦伯格参与了空中测试。

4月1日,FAA发表声明,预计在“未来几周”内将收到波音737Max飞机软件升级最终方案申请。一旦收到申请,将对更新后的软件进行“严格的安全审查”。

4月4日,埃塞俄比亚交通部发布初步调查报告,称ET302航班的飞行员遵守了波音规定的所有程序,但依然失去了对飞机的控制。同日,米伦伯格首次承认737Max飞机的MCAS系统导致事故的发生。FAA在一份声明中称将与美国航空航天局(NASA)、国际民航组织成立联合工作组,对波音737Max飞机的自动飞行控制系统进行全面认证审查。

4月8日,发生一件与空难没有直接关系、但有相关影响的事件,美国宣布将对来自欧盟价值超过110亿美元的进口产品加征关税,以“惩罚”其对空客公司的补贴。4月9日,特朗普在推特上宣布此消息。这令美、欧间自2004年以来长达15年的补贴诉讼大战再次白热化。消息发布后,空客股价当天下跌2.3%。

4月9日,应FAA的邀请,中国民航局派两名专家赴美参加波音737Max飞机的安全性评估工作。

4月12日,FAA代理局长丹•埃尔维尔与西南、联合、美国三大航空公司(停飞前均运行波音737Max飞机)代表会晤,听取关于飞机安全性问题的意见。

中国国际航空公司的波音737MAX-8

(二)初步调查结果及相关方主要观点

埃塞俄比亚发布的调查报告包括四个初步结论:执飞ET302航班的飞机拥有飞行资质;飞行员符合资质要求并且参加了必要的培训;飞机的起飞正常;飞行员遵从了波音的所有程序后依然失去了对飞机的控制。报告给出两条建议:一是波音应该重新审查737Max飞机的MCAS系统;二是航空管理局应在确保飞行员对新系统有足够了解与培训的基础上再批准这一机型复飞。并声明,后续调查将继续进行,最终结果可能需要六个月到一年的时间。

在初步调查报告发布后,此前一直不明确承担责任的波音公司首次承认在这两起空难中MCAS均被迎角传感器的错误数据激活,并同驾驶员争夺飞机的控制权,导致飞机最终失控;对ET302的悲剧表示“道歉”。并称,软件升级工作已接近尾声,预计将在未来几周之内获得认证,将在全球的737Max飞机上安装。同时,决定从4月中旬开始将737飞机的产能从每月52架削减到42架;还将成立一个内部安全委员会,以审核在设计和研发飞机方面的政策和流程,保证737Max飞机及其他项目遵从最高安全标准。波音公司近期又承认737Max飞机的软件系统还存在一个“相对较小”、但对飞行安全存在重要影响的问题,该问题会影响到飞机襟翼和其他保持飞行稳定的硬件,FAA已将该问题对于飞行安全的影响列为“紧急”项,并责令波音修复。

美国国家运输安全委员会(NTSB)主席罗伯特·萨姆沃特表示,初步调查报告“非常全面”,对埃塞俄比亚政府在不足30天内提出的调查报告高度认可。但也提出警示,这是一份初步报告,事情可能会有所改变。NTSB派代表参加了埃塞航和2018年10月印尼狮航737Max飞机在类似情况下坠毁的调查。两起事件的初步报告都强调了错误的迎角传感器读数,以及飞机重复自动向下俯冲的情况。事故聚焦在飞机的MCAS,以及它如何响应错误读数而被激活。

这两起相同机型先后坠毁的事件,也将FAA推上了风口浪尖。此前有报道披露,波音公司一直淡化MCAS可能存在的安全问题,而FAA长期以来竟将安全认证工作交给波音自行评估,甚至允许波音自行任命负责测试和安全的人员。4月1日,面临巨大舆论压力的FAA宣布,机构将需要更多时间对波音737Max飞机的飞行控制系统进行严格审查,不会让其很快复飞。

关于自动控制和人工控制孰优孰劣的讨论值得关注。有文章从初步报告中解读出,造成MCAS激活的传感器故障不能算作波音飞机的设计缺陷,进而责怪人们“无法原谅自动控制体系缺陷导致的失误”。这种观点是偏颇、不实事求是的。人们对于波音的抨击并非出于对自动控制技术的怀疑与排斥,而是说采用自动控制技术必须考虑到极端情况,甚至越是在极端情况下高出人的能力的自动控制功能才越有价值。

事件的调查还在继续,除了MCAS系统的问题外,别的方面的原因或诱因,如自动防失速功能的影响范围、埃塞航机组的操作、迎角传感器的故障等,也将一一查清,相信一定会得到一份完整、全面、科学的最终报告,但愿用血的代价换来民用航空器设计、制造与管理,尤其是飞行自动控制技术的又一次重大进步。

(三)737飞机平台的局限

尽管波音首次向公众承认是技术缺陷导致了这两起空难,是MCAS设计出现了逻辑不合理的错误,但笔者认为,背后更根本的问题是737飞机原始平台的局限。

2009年1月,中国商飞公司(COMAC)正式发布C919方案;同年12月,选定斯奈克玛国际(CFMI)公司研发的LEAP-X发动机为动力装置,代号LEAP-X1C。LEAP-X发动机是为单通道大型客机研制的,C919是选用该型发动机的全球第一款飞机。由于选用这款先进高涵道比发动机及采用其它技术措施,使C919较之空客320和波音737客机基本型,拥有燃油效率降低13%的综合优势。

2010年12月,空客公司宣布启动采用LEAP发动机(代号1A)的A320Neo飞机的研发。在竞争态势下,2011年8月,在迟于空客开始320Neo飞机研发九个月后,波音启动了737Max飞机计划,同样选用LEAP发动机(代号1B)。两家公司分别把A320Neo和B737 Max两款飞机的交付时间定在2016年和2017年。至此,世界三款同类型单通道客机都选用了LEAP发动机。

然而在飞机整体构型上,设计于上世纪60年代的波音737基本型存在先天不足,主要问题是起落架高度不够,致使换发遇到困难。一方面,机翼下没有足够空间吊挂LEAP发动机,另一方面,为使发动机效能得以充分发挥,不能像早前的其他737改型飞机那样,对所用的CFM56发动机削平下缘,于是,就只能将发动机短舱挪至更高、更向前的位置。由此对原构型布局的气动性能造成破坏,尤其是起飞阶段大迎角状态下问题更为严重。

飞机在大迎角飞行时,移位后的发动机短舱会产生非线性变化的升力,使飞机产生自动上仰的趋势,容易引发控制上的不稳定。此时,驾驶员使用原有的机械操纵系统难以操控和稳定飞机,需要引入自动飞行控制功能来保证飞机的稳定性。波音采用的方法是,在原机械操纵系统之上增加一套软件“补丁”,即增设机动特性增强系统MCAS,以解决大迎角下的操稳特性问题。其基本设计逻辑是,在迎角大到一定程度、襟翼已经收起的情况下,使系统自动开启,以调整安定面,压低机头。

这个补救性开发,立意虽无错,但在设计软件时,出现了两个不合理之处,一是其优先级高于驾驶员,造成自动系统与驾驶员争夺权限;二是自动系统可以由来自单一迎角传感器的输出而激活,且一旦激发,很难关闭。这样一个方案,虽看似解决了飞机平台和新发动机不匹配问题,但超越了原始设计的安全极限,埋下了祸根。

由此,事故原因的递进关系可初步认定为,飞机布局的调整导致了大迎角下稳定性降低,针对驾驶员使用原有的机械操纵系统难以应对的情况,引入防失速系统自动控制功能,但是,具有技术缺陷的MCAS解决方案,被单一的迎角传感器输出激活,启动后权限高于驾驶员且难以关闭,以致形成向下俯冲,酿成空难。

波音737飞机原本是非常成功的设计,但老旧平台与新型高效大涵道比发动机不相容的问题在改型时被放大。引入MCAS软件是不得已而为之,却付出了最重要的安全性作代价。可行的解决方案,一是重新设计机翼,二是改用完整的电传飞控系统,可惜都未采用。即使一定要用MCAS,也应该采用三个以上的迎角传感器,容许其中一个出问题,但是波音也没有添加传感器,反而使MCAS在只读取一个传感器非正常数据时,就自动激活,以致造成惨剧。对于波音这样的业界翘楚,出现这样的问题,决不是单纯技术认知问题,只能用急匆匆应对竞争、内部研发决策与审查流程出了大问题来解释。

(四)国内开展的独立研究分析

空难发生后,在等待事故调查结果的同时,我国专家也进行了独立研究,提出了自己的见解。中国航空工业发展研究中心(ADR)陆峰等研究人员,早在狮航空难后不足一个月的2018年11月27日就发表了《印尼狮航波 音737Max客机坠机事故原因的专利分析》一文,从专利角度,做出了可信的、有深度的分析。在当时波音公司并未认真查找原因、采取措施,业界许多人也轻易相信波音,在潜意识里把事故归咎于印尼狮航是廉价航空公司,以致对这个惊天惨祸并未引起足够关注的情况下,他们透过波音在中国申请的有关MCAS的专利,对这个系统的得失利弊做了视角独特、又言之有据的分析,当时他们就指出MCAS存在逻辑错误,推断飞机的设计缺陷是狮航事故的主要原因;FAA在飞机的适航审定环节可能存在漏洞;狮航空难后波音发出的紧急操作通告不足以指引飞行员排除险情;中国应该对MCAS进行专门评估验证,必要时应该停飞737Max飞机,否则有可能再次引发灾难。

埃塞航空难发生后,陆峰等人继续跟进事态发展,进行研究,并多次发文。在去年11月专利分析的基础上,他们进一步深化,主要见解是:从相关专利看,MCAS系统的设计确有重大缺陷,MCAS系统的逻辑错误有可能酿成大祸。从飞行动力学原理推断,失速保护功能不能仅依靠MCAS来实现。狮航空难后,波音的应对措施有误。FAA在737Max飞机的适航认证工作中存在失职。这些分析意见,得到了行业内外的广泛关注和认同,大部分结论也在事故的初步调查报告中得到了印证。他们的最新研究还发现,除了MCAS系统外,737Max飞机上可能还有其他失速保护系统在不被察觉地控制飞机。虽然有待确认,但可能会对波音737Max的安全性评估提供更完整的视角。

他们并建议,我国民航局应对波音737Max飞机进行独立的适航验证。积极参与有关调查与评估工作,增加话语权,积累经验。民机制造商应加倍重视飞机总体设计和飞控软件安全问题。同时,应高度重视专利情报分析和专利信息传播的作用。

(五)波音面临百年来最大危机

波音公司从1916年诞生以来,逐步发展壮大,成为军民航兼营、空天一体的航空航天业的旗舰公司,其中的民用航空器制造更取得巨大成功,带给人类以福祉。但在这两起空难中,波音的表现让人极其失望,甚至是愤怒;而从中暴露出的公司治理、技术研发策略与流程等方面的问题令人震惊。这家“百年老店”正面临史上最大危机。

公司市值受贬立见,虽然因业务多元,政府给予显性或隐性的强力支持等原因,股价目前的下跌还仅10%左右,但势头不好;同时,还将面临航空公司和死难者家属的巨额索赔。更严重的是由于公众对于该型飞机失去信任,该机将难以获得新订单,原有逾5000架储备订单将难以维持,6000亿美元的预期销售收入将大部流失。该事件不仅危及波音在窄体客机世界市场的半壁江山,还将导致对波音的整体信用危机,严重影响公司的长期发展。

同期,在军用飞机业务方面,波音也出现了产品质量问题。由于交付的KC-46A“飞马”新型军用加油机在多个部位发现了包括工具和其他金属物体在内的“异物碎片”(FOD),出现了低级质量问题,美国空军在今年1月愤怒叫停交付。3月22日,美国空军透露KC-46加油机也使用了类似737Max飞机的MCAS软件,尽管两个系统存在差异,但空军参谋长已经下令审查飞行员培训程序,确保在紧急程序和模拟器培训方面有足够的应对。

(六)几点思考与建议

根据以上认知,提出几点思考与建议。

(1)我国民航局应对波音737Max飞机进行独立适航审定

在接受FAA邀请后,中国民航局已派专家参与波音737Max飞机安全评估工作。但同时,仍应对该型飞机进行独立适航审定。为此,应要求波音提交全面、详细的相关资料,制定合理可行的试验大纲,并使培训到位。

(2)我国大飞机研制应吸取教训,进一步提高安全性

首当其冲的是飞控系统。波音飞控系统设计缺陷导致的空难,给所有飞机制造商敲响了警钟,我们应在飞机研制过程中吸取教训,在把预期的C919飞机性能百分之百实现的同时,要进一步提高飞机的安全性,做到万无一失。

(3)应十分重视专利的作用,加强专利分析工作

在民用飞行器研制中,除了产品与市场方面的直面竞争外,还有一个应予注意的问题,就是航空强者在中国的专利布局。为了竞争的需要,为了封堵后来者的发展,波音在中国申请了一系列专利,包括这次出事的MCAS系统。

专利申请有两重性。申请人申请并获批的专利,在法定期限内,其他人与机构不得使用;但申请人在申请专利时,势必要披露相应的技术思路与内容,又为研究这些方面的技术提供了可能。所以需要全方位、多维度地重视专利工作,认真研究与借鉴他人专利,不落入别人设下的专利陷阱,同时努力催生并保护好自己的专利。

在继续发展我们的民用飞机的进程中,如何规避在飞行控制系统以及其他方面的波音中国专利,走自己的路,形成具有自主知识产权的系统能力,以确保国产飞机的高性能与高安全性,是一个很现实的问题,需要有应对之策。

(4)关于一些深层次问题的思考

两起空难的发生,还使民机发展中的一些深层次问题浮出“水面”,如老旧机型持续改进的局限与极限,飞机与发动机的匹配(构型、气动等),商业利益与安全基线,适航管理的程序与约束(如对改进型的定义与适用性),安全管理中的有关方责任等。对这些问题需要思考,达成新的认知,找出解决之道,完善或制订规范。在某种意义上,这些问题也是整个航空界面临的共同问题与新挑战。

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