【绝望的278秒！】详解埃塞俄比亚波音737MAX空难初步调查报告

jackwen

埃塞俄比亚交通部公布了3月10日埃塞俄比亚航空ET302航班飞行事故的初步调查报告。
从这份33页的初步调查报告中可以看出，在整个事故过程中偶然事件、飞机设计问题、人为因素悉数登场，共同造成了这次导致157人遇难，全球737 MAX机型停飞的严重空难。

! N) N. h- c+ Q8 Q0 m& C+ r/ N! YMCAS的关键传感器意外失效

调查报告证实，ET302航班在起飞刚刚离地后，左侧（机长侧）攻角传感器数据突然出现异常。
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' b/ ]- f% ^! `$ j在上图中FDR曲线红框内的部分可以看出，在05:38:44（UTC），飞机空地信号（Air-Ground）刚刚转为“空中”状态后，左侧攻角传感器（AOA-L）的数据先降至11.1°，随后突然增大至35.7°，此时右侧攻角传感器（AOA-R）的数据则稳定在14.94°。随后左侧攻角传感器的数据又在0.75秒内猛增至74.5°（测量值的上限），右侧攻角传感器的数据在这个过程中最大只达到了15.3°。
左侧攻角传感器在出现故障后直至飞机坠毁，持续向飞机的大气数据计算机输入错误的、满足MCAS工作条件的攻角数值。错误的数据还导致机长侧驾驶杆抖杆器全程均在工作。
" N- p+ @, g  R/ \: h. D9 O2 h通过下面的视频，回顾一下攻角传感器与MCAS间的关系：
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疑问一：左侧的攻角传感器为什么会突然失效？
) q! Q* K4 h: O8 b/ t4 s初步调查报告中并没有对这个问题做出说明。昨日美国广播公司曾报道，攻角传感器是受到了外界物体（可能是鸟）的撞击而失效的，这一说法在埃塞俄比亚交通部的新闻发布会上遭到了否认。
这个问题的真相，恐怕还需要结合驾驶舱声音记录器的数据，和飞机的维修记录，才有可能在未来的最终调查报告中得到答案。
$ N1 o! `/ [3 X5 r+ _不过由于飞机的多个大气数据传感器必须安装在迎风面，且通常突出于机体表面，因此出现攻角传感器、空速管、总温探头在飞机遭遇鸟击时受到损坏的情况并不算罕见。



2 N& P1 x2 P, G/ x+ JMCAS导致飞机自动低头
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6 |# F! J: p% O& A在05:39:45至05:39:55间，飞行员按照操作程序，先收起了襟翼，然后脱开了自动驾驶仪，这两项恰恰是MCAS工作的必要条件。
+ g5 B2 K' y3 D% a' J$ ~由于此时飞控计算机仍然在接收来自左侧攻角传感器的错误数据，因此在上述两个必要条件满足后，MCAS开始工作，自动将俯仰配平向飞机低头方向偏转（Trim-FCC）。

在上图中FDR曲线红框内的部分中，MCAS曾两次往飞机低头的方向（调查报告中统称为AND - Aircraft Nose Down），将俯仰配平（Pitch Trim）从4.60单位大幅移动到了0.4单位。
9 T8 p: b+ G3 G% Z# i; ^5 G其间飞行员也使用了驾驶杆上的主配平电门向飞机抬头方向（调查报告中统称为ANU - Aircraft Nose Up）输入配平指令，将俯仰配平移动回了2.3单位。
$ m4 e* e+ W; X& W# g疑问二：737 MAX机型为何因MCAS停飞？波音目前的补救措施是什么？
- @3 l/ a* I4 v+ W737 MAX只有两个攻角传感器，且软件逻辑设计为了：任意一个攻角传感器向飞控计算机输入的攻角数据满足MCAS的工作条件，都会导致水平安定面自动向飞机低头的方向偏转。这是波音在737 MAX的设计上主要受到质疑的地方，也是波音目前修改MCAS软件逻辑的工作方向。

737 MAX 上只有两个攻角传感器，任意一个的信号超过限制值，都可以触发MCAS工作
媒体：MCAS软件改进后具体的变化有哪些？
波音：增强型飞行操纵法则纳入多重迎角（AOA）输入，在错误迎角读数的情况下限制重复的安定面配平指令回应，同时给出安定面指令最大限制值以确保升降舵权限。
& l# d2 q, Q6 F3 C& p$ C" J在波音777、787这些更新的机型（当然还有空客）上，都安装有3个甚至4个攻角传感器，通过同时输入多路数据进行比对，来保证飞控系统的可靠性。

飞机超速→人工配平无效→重启MCAS

0 G" E! m, [1 E* f) w, ?# @8 H' X' K/ Q当机组在意识到持续的低头配平指令是由MCAS错误发出的之后，副驾驶切断了水平安定面电动配平的电源（下图中红框标示）。从上图中可以看到，虽然之后MCAS再一次发出了向飞机低头方向配平的指令，但由于执行机构电源已被切断，这一次水平安定面并未实际移动。

7 ?$ y- q; v% V$ ^/ a7 _" \, a. |9 o( i在切断水平安定面电动配平电源后，两名飞行员都在向后拉驾驶杆，试图让飞机抬头。然而此时俯仰配平仍停留在切断电源时的2.3单位位置上，因此飞行员保持飞机的平飞需要使用很大的力量。
1 K  G5 ?7 _, j$ f3 o) Y2 i疑问三：为什么飞机的速度明显高于正常范围？
8 b: P! f6 l3 R& k' u5 S从下图FDR数据曲线可以看出，从开始起飞滑跑直至最终坠毁，飞机的油门杆始终停留在TOGA（起飞/复飞）位！也就是发动机始终处于最大推力的状态。

因此在飞行员切断电动配平的时候，飞机的飞行速度已经接近（并最终超过）了允许的最大飞行速度（VMO，见下图红框）。这使得飞机的所有气动面都承受了极限状态的气动载荷。


3 w" s% \7 z8 e) N9 U" }9 v; ]9 [在05:41:46时，机长询问副驾驶，配平是否可以工作。副驾驶回答（电动）配平不能工作，并询问他要不要试试手动配平。机长指示让他尝试手动配平（转动下图红框中的手轮），但副驾驶随后回答手动配平无效。
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波音737的训练手册上明确指出（下图红框内），在气动载荷极大时，人工配平可能需要机组两人同时操作，甚至是通过气动方式（松开驾驶杆）为水平安定面卸载后，才能转动配平轮。在此我们无法评价这种设计的合理性，但737模拟机训练中覆盖了这种特情，机组应该对此有充分的准备。
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致命的俯冲

在尝试手动配平未果后，飞行员重新接通了电动配平的电源，通过主配平电门两次输入了抬头的指令，并使俯仰配平从2.1单位移动回2.3单位。
  A6 U* H+ u' C) M+ `7 g0 r% l但接通电动配平电源同样使得MCAS再次开始错误工作，并在5秒钟内将水平安定面移动到了低头方向的极限位置。两名飞行员虽然再一次增大力量拉杆试图抬起机头，但此时升降舵的效率已完全无法抵消水平安定面产生的低头力矩。
& ?( q2 g# q( Y8 c- D最终飞机进入40°的俯冲，两名飞行员在挣扎了278秒后，还是没能挽回157人的生命。

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