川航飛機這個部分的損壞,比風擋炸裂更危險_風聞
石豪-科研工作者、航空航天观察者-2018-05-17 09:02

北京時間2018年5月14日早上,四川航空 A319/B-6419 號機執行3U8633 重慶至拉薩航班,在成都附近9800 米高度,駕駛艙右座前風擋玻璃發生爆裂並全部脱落。在機艙失壓,飛行儀器損壞的危急情況下,機長劉傳健臨危不懼,以精湛的技術和過人的膽識手動操縱飛機,通過目視導航於07:46將飛機安全降落在成都雙流國際機場,人機平安。
8633航班機組的英勇表現堪稱奇蹟,將與這次事故一道載入民用航空史冊。在這次事件背後,有許多細節,能夠對航空安全與民航飛機的總體設計帶來啓示,筆者將在結合歷史記錄與客觀數據的基礎上,嘗試與各位讀者進行分析探討。
第一個也是最值得關注的地方,也許讀者朋友會很自然地認為是“風擋為什麼會破裂”,但在筆者看來,比風擋破裂更值得引起警覺的是客機在風擋爆裂後出現的電子系統問題。

A319**駕駛艙(左)與事故客機駕駛艙(右)
把着陸後拍攝的駕駛艙照片與正常A319駕駛艙進行對比,不難發現事故客機的前飛控面板出現了嚴重的損傷:圖中紅框部分,即副駕駛一側的130VU面板已經消失;圖中黃框部分,即客機的飛行控制單元(FCU)已經向右上方翹起,並且在右下方還能看到裸露的電纜。

副駕駛一側的面板佈局,130VU面板已經在事故中脱落
而受損的面板對飛行有極端重要的影響,FCU是自動駕駛系統的輸入端,飛行員可以輕鬆調節飛機的速度、航向、升降速率等參數,讓飛機自動而精準地飛行。FCU受損後,機組成員只能依賴自己的側杆控制飛機。
根據劉傳健機長在接受採訪時的描述,在風擋爆裂後自動設備不能提供幫助,他完全靠手動和目視完成着陸,這説明翹起的FCU已經完全失效。根據進一步掌握的情況,飛行員的主顯示器(PFD)和導航顯示器(ND)尚可工作,但筆者不得不去思考一個更可怕的情況:扯脱的控制面板組件如果影響到了PFD和ND,導致機組只能通過小小的備用儀表進行迫降,將會導致怎樣的後果——這無疑是讓飛行員回到駕駛初教6學習飛行的時代,只有最簡單的儀表,只能進行最基礎的操縱。看一看下圖中飛行顯示器(綠框)和備用儀表(藍框),不難體會到在氣温驟降、氣流撲面、劇烈抖動的駕駛艙內看清儀表的艱難。

飛行顯示器(綠框)和備用儀表(藍框)的位置
空中客車公司的設計理念,一貫是把重要的和複雜的操作交給電腦,飛行員在某種程度上更像是“控制指令輸入員”,真正操縱飛行的還是飛控計算機。舉個例子,A320系列(包括本次事故中的A319)的控制律主要有三種:正常律、替代律、直接律,各系統正常工作的情況下,飛控處於正常律,飛行員無論如何操作,飛機都不會做出超越設計極限的動作——有笑話説空客飛行員“作死也不會死”,其實就是這種保護機制發揮的作用。A320系列有機械備份操縱能力,但僅靠機械備份無法保證安全着陸,機械備份的作用是“為飛行員爭取時間,排查故障,至少恢復到最低等級的‘直接律’”。
這種設計理念無疑是劃時代的,大大簡化了飛行員的工作,極大提高了飛行的安全性。幹線客機領域的後起之秀C919也採用了類似設計思路,甚至與空客理念相悖,一直將飛行員的判斷放在首位的波音公司,近來也有向其靠攏的趨勢。
但是,空中客車的設計師必須確保飛行數據從輸入,到計算,再到執行並顯示給飛行員的全過程絕對可靠——尤其是飛行控制面板FCU,更是需要在任何情況下都要能夠有效輸入。是的,就算FCU失效了,我們還有英雄機長,能靠駕駛杆和目視進近把飛機安全帶回來,但設計師在系統設計中絕對不能把希望寄託在飛行員身上——因為不是所有飛行員面對這種事故都能平安返航。
系統設計的水平是不斷發展並體現在方方面面的。在英航5390航班事故中,肇事機型是英國生產的BAC 1-11,於上世紀60年代初完成設計,這種機型的前風擋是從外部安裝,用90根螺釘固定在風擋隔框上的,在高空飛行時,機內壓力大於外部,螺釘要承擔很大的拉力。因此當地勤人員選用了錯誤尺寸的螺釘後,風擋終於在飛行中被機內壓力衝開。

執行5390航班的BAC 1-11客機,能夠看出風擋是從外面安裝的
而A320系列的風擋是從內部安裝,“堵”在隔框上的,因此機內更大的壓力會在高空將風擋牢牢地頂住,確保不發生5390航班那樣風擋整體脱落的事故。這種設計理念同樣在波音737的客艙門上有所體現,如果讀者朋友留心觀察的話,不難發現波音737是採用了向內打開的客艙門,就是為了確保安全。

從艙外打開波音737的艙門,注意艙門有向內的動作
這種細節上體現出來的,正是系統設計的水平,從風擋上來看,空客無疑比BAC做得好。但有意思的是,根據官方報告,英航5390航班事故中,駕駛艙的控制枱只受到輕微損傷,並且沒有影響到飛機的操縱——這與A319事故中控制枱被重創有顯著區別。
在筆者看來,原因有二。
其一,BAC 1-11是在17000英尺(5181.6米)高度發生風擋脱落,機艙內外壓強差沒有川航奇蹟中那麼大,須知A319是在9800米高度發生風擋爆裂,其內外壓差大概相當於英航事故中的3倍,因此對駕駛艙設備造成一定破壞是可能的。
但第二個原因沒有那麼簡單,川航A319控制枱受損的位置是被稱作遮光罩(glareshield)的部分,在飛行員顯示器的正上方,向裏凸起一大塊,一方面如字面意思為顯示器遮光,保證在高空刺眼的陽光下飛行員依然能看清,另一方面也佈置飛控單元FCU和警告燈等面板。而這種設計是巧妙的,但在這次事故中則暴露出了強度不足的問題,被巨大氣壓差帶來的強烈氣流嚴重破壞。而老式的BAC 1-11的遮光罩上就乾淨得多,就算風擋脱落也沒有進一步損傷控制面板,不得不説是“因舊得福”。

A319與BAC 1-11**的風擋對比
誠然,高空突發風擋爆裂是小概率事件,但是我們簡單查詢一下近年來涉及風擋的事故/事故徵候不難發現,客機的風擋並沒有我們想象的那麼安全。

全球2018年(截至5與16日)含有*“風擋”*關鍵字的航空安全事件
截至5月16日,2018年全球已經發生了20餘起涉及風擋的安全事件,其中大部分是風擋裂縫。這並非今年獨有,全球每年都要發生數十起類似事件,可見客機面對的風擋隱患是客觀存在的,應當充分考慮風擋爆裂對駕駛艙設備帶來的安全隱患,尤其是更依賴於自動設備的空客飛機。筆者之前強調過,必須確保飛行數據從輸入,到計算,再到執行並顯示給飛行員的全過程絕對可靠,而A319客機在這次事故中表現出的問題是足以致命的。
至於解決方案,一個合理的設想是:空客公司應當模擬本次事故中造成控制枱損壞的氣流強度,重新校核並補強控制枱的結構,並有針對性地對電纜和數據線進行固定,以確保在同等或更嚴重情況下儀器的可靠性。儘管根據美國“經驗”,不付出生命的代價飛機制造商不會輕易檢討設計問題,我國的民航部門有必要也有責任,對事故進行詳細調查,並以我方為主,在科學分析的基礎上,督促空客公司拿出方案,徹底解決類似安全隱患。
筆者相信,這次事故對我國的幹線客機C919,以及未來的CR929的設計,也具有特殊的參考價值,航空安全無小事,出色的系統設計是確保旅客生命財產安全的必要前提。關於川航奇蹟中還有那些值得關注的熱點,對航空安全以及民航客機的系統設計有什麼啓示,筆者將在下一篇文章中繼續與各位讀者探討。