由法航AF447空难引发的对民用客机驾驶舱侧杆技术的探讨

孟 华，庄多多

（中国商飞上海飞机设计研究院，上海 200232）

0 引言

2009年6月1日，一架由巴西里约热内卢飞往法国巴黎的FA 447航班在大西洋上空坠落，机上216名乘客以及12名机组人员全数罹难，是近年来发生的一起最神秘空难事故。无独有偶，2014年3月MH370航班神秘失事，同样引发了世界范围的多重猜测，再次掀起了民众对现代民用航空安全的担忧。

在MH370（B777-200）的黑匣子找到前，无法科学和客观地解释其失事的真正原因，本文将主要对FA 447（A330-203）的FDR（飞行数据记录仪）和CVR（驾驶舱语音记录仪）数据进行分析，探讨民用飞机驾驶舱设计应从该事故中吸取的经验教训。

1 事故经过

通过解析FA 447的2个飞行记录仪（俗称黑匣子）：FDR（Flight Data Recorder）和 CVR（Cockpit Voice Recorder），其事故经过的细节如下所述。

UTC（国际标准时间）2时10分，飞机的皮托管（Pitot tube）因结冰而失效，无法有效侦测速度，自动驾驶自行解除并发出告警，飞行员手动飞行，但此时未发现空速指示器不协调，亦没有发现自动节流阀已解除，同时更加不知道控制律已由正常模式（NORMAL FLIGHT LAW）切换至备用模式（ALTERNATE FLIGHT LAW）［1］，如图 1 所示。

自动驾驶解除后，飞机仪表显示飞机正以每分钟300至600尺下降，于是右座飞行员便左转及抬高机鼻使飞机爬升以修正飞机。此时中央电子监控系统（ECAM）显示最高速度，但没有显示最低速度（之后飞行员才知道空速指示器失效）。在空速指示器不可靠的情况下，加上飞行指引（Flight Director）显示应抬高机鼻，这样副驾驶便可能以为飞机超速，因此抬高机鼻以减速。皮托管结冰只维持了一分钟多些，之后便回复正常，此时飞机所有机械设备都处于正常状态，但飞机仍继续爬升，随后因升力不够而失速，失速警告响起。此时飞机以每分钟7，000英尺的速度爬升，空速由274节迅间降至52节，如图2所示。

图1 FDR数据（皮托管失效）

图2 FDR与CDR数据（失事前2分钟）

此时，飞行员应降低机鼻以增加飞行速度防止失速。然而，由于副驾驶过度依赖计算机的时速保护，误判飞机为超速，完全忽视失速警告，并减低飞机推力，试图张开减速板。而事实是，飞行控制规律处于备用模式，系统原定的失速保护没有启动。2时11分40秒，机长返回驾驶舱，飞机攻角已达40度，随后的整个失速过程都被忽视，且抬高机鼻试图追踪飞行指引，使情形恶化，最终酿成空难。

2 原因分析

事故中的法航AF447航班所采用的空客A330-203客机被称为是现代历史上最安全的机型，飞机上有非常先进的自动驾驶设备。采用电传操纵系统后,飞行员不再通过直接指令舵面偏转来操纵飞机，而是给飞控系统施加指令，由飞控计算机计算得到舵偏指令，从而使飞机实现预期的响应［2］。然而，正是由于飞行员过渡的依赖自动驾驶设备，在千钧一发时未注意到备用控制律下是没有失速保护功能的，同时，在空速指示失真的情况下，右座飞行员一直将驾驶杆后拉试图紧跟错误的飞行指引，造成飞机一直处于爬升状态，而其他两位飞行员始终没有发现，使情形恶化，酿成空难。

事后，空难最后调查报告将事故责任归结为：“皮托管结冰使飞机未能侦测空速，自动驾驶自动关闭，机员错误操作导致失速，最后酿成空难”。更有机构指出：“导致AF447厄运的既不是天气或机械故障，也不是复杂的错误链，而是一个发生在其中一位飞行员身上的简单却持续的错误。”［1］而这些评论从设计者的角度来说未必是客观的。

3 对驾驶舱设计的反思——被动侧杆的人-机交互缺陷

对于民用飞机制造商和设计人员来说，任何空难的造成都不能简单归结为设备故障或飞行员的失误，追本溯源还是由于飞机设计的人-机交互不够完善。目前，由于民机对系统、设备的可靠性、成本等要求更高，具有力反馈的主动侧杆尚未应用到民机型号研制中，因此目前民机采用的均为被动侧杆。空客公司主导的电传操纵配置被动侧杆相对于中央杆的机械操纵有诸多优点：可以去除机械化连接减轻机身重量、节省燃油。细长的电子布线和电脑有多个备份，机载处理器减轻了飞行员的工作量，且可以编程弥补人为的错误。

然而，被动侧杆的缺点也很显著：由于驾驶杆和飞机受控面之间不存在机械连接，驾驶员操纵时，无法直接感受到飞机受控运动后的反作用力，使驾驶员“感觉匮乏”，因此造成操纵过快、过量或难以及时做出修正［3］，同时，被动侧杆的最大缺陷在于其缺乏反驱装置，进而产生人-机交互信息以及主/副驾交互信息的缺失，增加了人为差错出现的概率［4］。

事故中，飞行员全程都为发现飞机正在失速。事后调查称“右座没有接受过‘不可信速度读数’程序和手动操作训练，才导致一直做出错误的拉杆行为。”然而，为何其他机长都未发现这一致命失误呢？可以说被动侧杆设计就是“罪魁祸首”。

4 结语

通过FA447的悲剧，认识到民机设计中被动侧杆的缺点，由于缺乏反驱装置，无法实现左、右侧杆的联动，因此更容易出现叠加操纵。所以，一方面应当从视觉、听觉、触觉全方位对叠加操纵进行提示，同时借鉴已有的接替操纵操作程序，以提高飞行员的适应性［2］。另一方面，也需要基于自身特点，采取一些具有针对性的创新设计来加以完善，从而更加符合飞行员的操纵习惯,减少或避免人为差错的发生，提高飞行安全。

目前，世界上的先进系统制造商如Honeywell、BAE等公司已提出了较为成熟的主动侧杆技术，甚至已经应用于部分取证机型。这些更符合人-机交互的先进技术的应用将避免FA447悲剧的再次发生。

［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，王镭.采用被动侧杆的民机设计中的人为因素考虑［J］.民用飞机设计与研究，2012（2）.

［3］熊端琴，郭小朝，陆惠良.飞机侧杆驾驶装置的优缺点及其改进设计探讨［J］.人类工效学，2006（1）.

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