从波音坠机事故看国产直升机飞控设计
2018年10月29日，当狮航JT-610航班的188名旅客们拿着行李，走向廊桥开始登上这架波音737-800MAX飞机的时候，他们并不知道接下来的旅途就是生命的终点。在从雅加达起飞13分钟后，飞机便坠入爪哇海，机上人员全部遇难。
2019年3月10日，一架载有157人的波音737MAX8飞机从亚的斯亚贝巴起飞6分钟后便坠毁在埃塞俄比亚境内，无人生还。2019年3月14日，美国总统表示将签署紧急命令，要求全部波音737MAX机型停止执飞。
半年不到，两架崭新的波音737MAX8客机在起飞后不久便坠毁，从而引发了社会对该机型的广泛质疑.
02
从波音公司官方发布的技术通告来看，导致JT-610航班事故的关键因素是AOA攻角传感器数据错误。
联想到两起空难的多处共同点：
同一款飞机波音737MAX8、都是交付不到半年的新飞机、都是起飞后不久即坠毁、飞行雷达数据显示出事曲线极为相似、出事前飞行员都反映遇到了飞行控制问题。
不得不让人怀疑两起空难出自同一原因，下面就让我们一起剖析一下空难原因。
波音737MAX是737家族最新一代，采用纯电传飞控系统，智能化程度非常高，飞行员驾驶该飞机非常轻松，只需要按一些按钮，设定好自动驾驶模式，飞控系统就会在整个起落航线上按照设定值自动驾驶飞机，飞行员大部分时间都是在和空管聊天。
该型飞机换装了更粗大更省油动力更强劲的LEAP发动机，这款发动机的直径箱单庞大，下边缘距离地面到了航空法规的极限，而上边缘已经超越了机翼表面。
发动机上表面气流扰乱了机翼上表面的气流，使得飞机容易在大攻角飞行失速。
容易失速就容易坠毁，波音设计师们开发了一套机动特性增强系统（后面简称MCAS增稳系统），简单解释就是让飞机在高攻角即将进入失速坠毁的情况下立即自动压低机头，不经过飞行员同意就自己操纵飞机，改出失速状态，从而拯救飞机。
这套MCAS增稳系统设计初衷本是飞机的保护神，为何成为了死神呢？这说明MCAS增稳系统设计上存在诸多BUG。
波音设计师们在飞机机头两侧安装了两个攻角传感器，实时监测飞机攻角，当攻角超过了设定的安全界限，这套MCAS增稳系统就启动了，会自动压低机头保持10秒钟，当攻角水平时才会自动退出。
怪就怪在波音公司对自己的传感器太自信了。
只要机长一侧的传感器认为攻角超过安全门限，MCAS增稳系统就会被启动，完全不理会副驾驶的传感器数据。恰恰就是波音认为最安全可靠的传感器出现了故障，提供了错误的攻角数据给飞控电脑。当MCAS增稳系统错误地控制飞机俯冲时，JT-610航班机长曾多次手动控制飞机抬头。
可是波音公司这套保护神系统的另一个BUG是当飞行员不控制飞机时，只要满足启动门限，它就会再次偷偷控制飞机俯冲。这种人机大战持续了几次之后，机长实在受不了了，向空管申请返航，恰恰就在这个间隙，霸道的波音MCAS增稳系统再次控制飞机俯冲，一头栽进了爪哇海。这个BUG就是MCAS增稳系统自己动起来后没有在驾驶舱显示或者语音告警提示，机组都不知道飞机真正出了什么问题，还以为空速管和高度表出现了故障，英勇的机长都不明白其实他已经和飞控电脑搏斗了几个回合。
总结起来，波音公司设计的MCAS增稳系统存在以下四个方面的问题：
其一，飞机复杂的航空电子系统，不能自动准确识别，并排除发生故障的攻角传感器，而且没有做到实时向飞行员提醒。
其二，波音公司设计的自动低头俯冲程序，不但没有实时告知，也没有对任何航空公司飞行员进行针对的培训。
其三，波音没有将这一设计告知所有飞行模拟器厂家，导致飞行员模拟器厂家不能针对这个系统的启动和停止进行针对训练。
其四，最大的错误是这个系统的设计逻辑居然超越了飞行员的操纵而自行其是地控制飞机俯冲。
03
飞行器一旦出现事故往往就是机毁人亡，因此飞行器的安全性设计至关重要。直升机作为一种多用途的航空飞行器，安全性设计尤为重要。从波音737-800MAX飞机的两起空难对国产直升机飞控系统设计提出了警示。
国产直升机飞控系统从大的方面可以分成两类。
一类是有限权限的数字式双余度飞控系统搭配机械操纵系统控制直升机；
另一类就是纯电传的全权限数字式多余度飞控系统，没有机械备份。
先说有限权限的数字式双余度飞控系统。
机上导航系统实时测量直升机的姿态、角速率，大气机和无高表实时测量直升机的空速、高度等状态信息，飞控系统接收这些航电传感器系统的状态信息作为控制输入。根据当前信号与基准信号的偏差，经过控制器算法解算后输出控制信号，驱动串并联舵机，进而改变直升机的主桨和尾桨变距，达到控制直升机的目的。
如果飞控系统出现异常响应，飞行员可以通过驾驶杆手柄上的飞控断开按钮快速便捷地切断飞控系统所有功能，转为人工操纵直升机继续飞行。前面提到波音MCAS增稳系统存在的四个方面问题，在我们有限权限的数字式双余度飞控系统设计中不存在超越飞行员操纵而自行其是的情况，比如飞控系统的低高度保护功能，当飞行员手动介入操纵后会自动退出。在大部分型号中做到了实时通过综显画面提醒飞行员飞控系统的状态，仅有个别老型号中存在飞控系统状态没有在综显显示的情况。
下面我们再说说全权限多余度电传飞控系统。
它在每个轴分布多余度位移传感器，用于敏感操纵杆的位移量，飞控专用的多余度惯性测量部件提供直升机的实时姿态角、三轴角速度、三轴加速度，主备导航系统提供实时航向角、地速，大气机和无高表实时测量直升机的空速、高度等状态信息，飞控系统根据位移传感器信号解算出指令信号作为前馈控制，飞控系统根据直升机当前状态与基准信号的偏差解算出控制信号进行反馈控制。前面提到波音MCAS增稳系统存在的四个方面问题，数字式电传飞控系统大部分都不存在的。
因此可以总结说，
国产直升机在飞控系统设计上是不存在类似于波音飞机类似风险。
但由于电传操纵与传统的机械操纵在操作习惯、操纵响应等方面存在差异，后续中，只要我国加大训练模拟器投入，对飞行员进行针对性的训练，就能极大避免出现类似的空难惨剧。
（体验飞行模拟器）
自从莱特兄弟发明飞机，经过一代又一代航空人的努力，飞机和直升机正在变得越来越智能化、复杂化，功能越来越强大。
作为航空人，要时刻把安全作为设计的第一要素，只有这样，人们才会对我们设计的产品有信心，我们才能花更多的精力去提升产品品质和能力。
02
从波音公司官方发布的技术通告来看，导致JT-610航班事故的关键因素是AOA攻角传感器数据错误。
联想到两起空难的多处共同点：
同一款飞机波音737MAX8、都是交付不到半年的新飞机、都是起飞后不久即坠毁、飞行雷达数据显示出事曲线极为相似、出事前飞行员都反映遇到了飞行控制问题。
不得不让人怀疑两起空难出自同一原因，下面就让我们一起剖析一下空难原因。
波音737MAX是737家族最新一代，采用纯电传飞控系统，智能化程度非常高，飞行员驾驶该飞机非常轻松，只需要按一些按钮，设定好自动驾驶模式，飞控系统就会在整个起落航线上按照设定值自动驾驶飞机，飞行员大部分时间都是在和空管聊天。
发动机上表面气流扰乱了机翼上表面的气流，使得飞机容易在大攻角飞行失速。
容易失速就容易坠毁，波音设计师们开发了一套机动特性增强系统（后面简称MCAS增稳系统），简单解释就是让飞机在高攻角即将进入失速坠毁的情况下立即自动压低机头，不经过飞行员同意就自己操纵飞机，改出失速状态，从而拯救飞机。
这套MCAS增稳系统设计初衷本是飞机的保护神，为何成为了死神呢？这说明MCAS增稳系统设计上存在诸多BUG。
波音设计师们在飞机机头两侧安装了两个攻角传感器，实时监测飞机攻角，当攻角超过了设定的安全界限，这套MCAS增稳系统就启动了，会自动压低机头保持10秒钟，当攻角水平时才会自动退出。
怪就怪在波音公司对自己的传感器太自信了。
只要机长一侧的传感器认为攻角超过安全门限，MCAS增稳系统就会被启动，完全不理会副驾驶的传感器数据。恰恰就是波音认为最安全可靠的传感器出现了故障，提供了错误的攻角数据给飞控电脑。当MCAS增稳系统错误地控制飞机俯冲时，JT-610航班机长曾多次手动控制飞机抬头。
可是波音公司这套保护神系统的另一个BUG是当飞行员不控制飞机时，只要满足启动门限，它就会再次偷偷控制飞机俯冲。这种人机大战持续了几次之后，机长实在受不了了，向空管申请返航，恰恰就在这个间隙，霸道的波音MCAS增稳系统再次控制飞机俯冲，一头栽进了爪哇海。这个BUG就是MCAS增稳系统自己动起来后没有在驾驶舱显示或者语音告警提示，机组都不知道飞机真正出了什么问题，还以为空速管和高度表出现了故障，英勇的机长都不明白其实他已经和飞控电脑搏斗了几个回合。
总结起来，波音公司设计的MCAS增稳系统存在以下四个方面的问题：
其一，飞机复杂的航空电子系统，不能自动准确识别，并排除发生故障的攻角传感器，而且没有做到实时向飞行员提醒。
其二，波音公司设计的自动低头俯冲程序，不但没有实时告知，也没有对任何航空公司飞行员进行针对的培训。
其三，波音没有将这一设计告知所有飞行模拟器厂家，导致飞行员模拟器厂家不能针对这个系统的启动和停止进行针对训练。
其四，最大的错误是这个系统的设计逻辑居然超越了飞行员的操纵而自行其是地控制飞机俯冲。
03
飞行器一旦出现事故往往就是机毁人亡，因此飞行器的安全性设计至关重要。直升机作为一种多用途的航空飞行器，安全性设计尤为重要。从波音737-800MAX飞机的两起空难对国产直升机飞控系统设计提出了警示。
国产直升机飞控系统从大的方面可以分成两类。
一类是有限权限的数字式双余度飞控系统搭配机械操纵系统控制直升机；
另一类就是纯电传的全权限数字式多余度飞控系统，没有机械备份。
先说有限权限的数字式双余度飞控系统。
机上导航系统实时测量直升机的姿态、角速率，大气机和无高表实时测量直升机的空速、高度等状态信息，飞控系统接收这些航电传感器系统的状态信息作为控制输入。根据当前信号与基准信号的偏差，经过控制器算法解算后输出控制信号，驱动串并联舵机，进而改变直升机的主桨和尾桨变距，达到控制直升机的目的。
如果飞控系统出现异常响应，飞行员可以通过驾驶杆手柄上的飞控断开按钮快速便捷地切断飞控系统所有功能，转为人工操纵直升机继续飞行。前面提到波音MCAS增稳系统存在的四个方面问题，在我们有限权限的数字式双余度飞控系统设计中不存在超越飞行员操纵而自行其是的情况，比如飞控系统的低高度保护功能，当飞行员手动介入操纵后会自动退出。在大部分型号中做到了实时通过综显画面提醒飞行员飞控系统的状态，仅有个别老型号中存在飞控系统状态没有在综显显示的情况。
下面我们再说说全权限多余度电传飞控系统。
它在每个轴分布多余度位移传感器，用于敏感操纵杆的位移量，飞控专用的多余度惯性测量部件提供直升机的实时姿态角、三轴角速度、三轴加速度，主备导航系统提供实时航向角、地速，大气机和无高表实时测量直升机的空速、高度等状态信息，飞控系统根据位移传感器信号解算出指令信号作为前馈控制，飞控系统根据直升机当前状态与基准信号的偏差解算出控制信号进行反馈控制。前面提到波音MCAS增稳系统存在的四个方面问题，数字式电传飞控系统大部分都不存在的。
因此可以总结说，
国产直升机在飞控系统设计上是不存在类似于波音飞机类似风险。
但由于电传操纵与传统的机械操纵在操作习惯、操纵响应等方面存在差异，后续中，只要我国加大训练模拟器投入，对飞行员进行针对性的训练，就能极大避免出现类似的空难惨剧。
自从莱特兄弟发明飞机，经过一代又一代航空人的努力，飞机和直升机正在变得越来越智能化、复杂化，功能越来越强大。
作为航空人，要时刻把安全作为设计的第一要素，只有这样，人们才会对我们设计的产品有信心，我们才能花更多的精力去提升产品品质和能力。
观看更多内容，请关注我们的微信公众号
