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埃塞空难初步调查报告:到底什么问题导致两起空难?

刚刚,埃塞当局发布了ET302空难的事故初步报告,埃塞航空的声明在文章最后。
 
737的MAX的两起空难引起业内对737MAX飞机的安全的担忧,我们这里尽量用通俗的语言来解释一下飞机上到底发生了什么?
 
1.为什么要增加一个MCAS系统?MCAS其实不是为了防失速的
 
2.MCAS系统怎么工作?机组怎么断开MCAS系统?
 
3.狮航空难到底最后是怎么坠毁的?
 
4.埃塞航空飞机是怎么坠毁的?
 
1.为什么要增加一个MCAS系统?MCAS其实不是为了防失速而设计的
 
什么是MCAS,我们已经讨论很多次了,这里不再介绍,需要了解的,请参考: 图解引起737MAX空难的MCAS逻辑
 
关于为什么737MAX需要安装MCAS系统?很多人解释说是防止失速的,这个说法是不准确的。也有人用了一堆专业名词解释,但是很多人还是没能听懂到底为什么?可能很多解释的人也只是抄了一大堆专业术语,自己也没搞懂是怎么回事,这里做一个通俗和专业的解释。
 
Chris在自己的新书《精通波音737》里是这样解释的:
 
一个被称为“机动特性增强系统(Maneuvering Characteristics Augmentation System--MACS)”的俯仰增强系统安装在新的737MAX上,MCAS用以增强纵向静稳定性。它不是用于防止失速(虽然间接有助于防止失速)或使MAX操纵像NG一样(虽然它确实如此);它的引入是用以抵消LEA-1B发动机短舱在大迎角下的非线性升力曲线,并在接近失速时提供稳定地增加杆力的操纵。
 
LEAP发动机较大,必须安装得比以前的NG的CFM56-7发动机略高一些,以适合安装拥有更大直径的风扇的发动机。发动机短舱的这个新位置和尺寸导致短舱本身的涡流在大迎角时会产生升力;由于发动机短舱位于飞机重心之前,这种升力会对飞机产生轻微的抬头力矩(即减小的杆力),这可能导致飞行员进一步增加驾驶杆的杆力,导致飞机更接近失速。根据FAR25.203“失速特性”要求,这种非线性/减小的杆力是不允许的。波音也采取了一些气动结构的改变,比如修改了前缘失速带以及前缘涡流区,但这些修改仍不能满足规章的要求,因此增加了MCAS系统,以在大坡度转弯期间增加的载荷因子(大迎角)和襟翼收上时接近失速速度时自动增加使飞机低头的安定面配平。
图中使用737-700飞机来示意作用力,前面的小红色箭头为飞机在大迎角时在这个部位会产生升力,相对于重心来说是抬头力矩,对于飞行员来说会减小杆力。
 
通俗的说:就是MAX飞机在迎角较大的时候,在发动机短舱的位置会产生一定的升力,而这个升力在飞机重心之前,也就是说这个升力会导致飞行员的杆力变小,不是持续增加的,如果飞行员本能的增加杆力,飞机很容易快速进入失速状态,而这一条和适航认证的失速特性要求纵向操纵力必须是正的要求不符合。
虽然波音对MAX飞机前缘失速条和涡流区也进行了修改,但是仍然不能达到适航要求,所以737MAX才加装了一个MCAS系统,而这个系统并不是防止飞机失速的,因为他不是解决失速的问题,而是解决适航认证中在接近失速过程的过程中,适航认证对于驾驶杆杆力的要求是正的。所以很多媒体认为MCAS是防失速的装置,这个是对MCAS的误解,虽然MCAS有防失速的副作用。
 
2.MCAS系统怎么工作?机组怎么断开MCAS系统?
 
关于MCAS工作的情况,本公众号已经介绍过很多,可以参考: 彭博报道:埃塞737MAX空难的原因可能是这个装置
这里简单再介绍一下:上面这张电路图,简单的看可以这么看:
 
最上边是的一路做功回路,就是大电流,高电压去驱动安定面配平的马达的线路。这个线路有两个继电器串联控制,一个是在P6面板上的跳开关,一个是受安定面配平主电门和备用电门的控制(就是图中上部,中间那个R64安定面配平控制继电器)。无论P6板上跳开关或者任何一个安定面配平切断电门断开,都是没有给安定面配平马达提供交流电(后面转换成直流电)。
 
除了这个供电回路之外,剩下的全部是控制信号,也就是控制安定面配平的方向和速度,这些都是弱电信号。离开了做功的强电,光有控制信号是没有任何作用的,安定面配平不会动。
 
所以说,只要断开了安定面配平的两个电门,无论MCAS、STS(速度配平)、飞行员驾驶盘上的电动配平电门,都是不能控制飞机安定面的马达转动的,因为马达没电,有信号也没有用。
 
Chris认为,MCAS也是FCC(飞行控制计算机)的功能之一,所以将MCAS和STS等都归到自动飞行中去。而波音要更改MCAS,也需要升级的就是FCC的控制软件。
 
 
3.狮航空难是怎么发生的?
 
(以下为个人根据已有资料分析,仅供参考:)
 
狮航空难是因为迎角信号故障,飞机FCC一直认为飞机在大迎角状态下飞行,所以起飞就触发了机长一侧失速抖杆警告。
 
机组在处理抖杆警告时,在收放襟翼的过程中,在收完襟翼之后,短时抖杆信号消失,导致机组二次将襟翼收起以解决抖杆问题。
 
但是错误的大迎角加上襟翼收上,手动飞行状态下,触发了一个当时狮航飞行员不知道的MCAS工作。
 
机长开始使用人工电动配平对飞机进行了控制,副驾驶应该是在做检查单,但是并没有合适的检查单,或者无法理解系统的工作原理,因为波音的手册里没有写失速警告下MCAS如此工作。
 
于是,机长将飞机交给副驾驶操作,机长亲自去查阅检查单。这时的飞机不仅有失速抖杆警告,还有MCAS持续不断地配平飞机。副驾驶操纵飞机时,并没有像机长一样,在MCAS低头配平之后,使用电动配平将飞机抬头配平到原来的状态,而是简单使用驾驶杆操纵飞机,希望通过带杆来拟制飞机俯冲。
 
但是,MCAS经过两次大的9.26秒的配平,将飞机配平到低头的极限位置,这是,飞行员以无法使用驾驶杆控制飞机抬头,飞机进入俯冲状态。而进入俯冲之后,速度的几何增加使得飞机杆力再大也无法制止,安定面所受应力也越来越大,飞机完全失去控制。
 
4.埃塞航空空难是怎么发生的?
 
根据最新的埃塞航空发布的关于埃塞航空ET302飞机空难声明:埃塞航空认为他们的飞行员按照波音和FAA提供的紧急程序来操作,但是还是没能从俯冲的飞机状态下改出,最终造成空难。
 
(以下为个人根据已有资料分析,仅供参考)
 
飞机在起飞过程中,遭遇外来物撞击或者本身就是维修原因,总之同样是有飞机的迎角信号故障。
 
机组在收起襟翼之后触发了MCAS工作,飞机安定面配平急剧向下配平飞机,机组依照波音对MCAS工作的建议,使用“安定面配平失控”检查单,断开了“安定面配平切断电门”。
 
但是机组遇到了安定面不能使用手轮配平的问题。
 
(注:737飞机安定面配平飞行员可以使用驾驶盘上电动配平,或者人工转动配平轮的手动转动配平)
 
 
因为应力问题,埃塞航空的飞行员不能转动手轮,于是机组打算使用飞行员驾驶盘上的电动配平,而这个电动配平需要接通安定面配平电门,但是这个电门同时也接通了MCAS系统。
图中1 为安定面配平轮,这个和安定面直连,安定面移动的时候它也转动。所以当没有电动配平的时候,可以转动它来控制安定面的位置;
 
4 是飞行员驾驶盘上的飞行员可以控制的电动配平;
 
5、6是安定面配平主用和备用切断电门。
 
而接通安定面配平电门之后,MCAS开始工作,最终导致飞机向下俯冲坠毁。
 
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