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印尼三佛齐空难初步事故调查的解读

 天上精灵兔 2021-07-23
2021年2月9日,印尼三佛齐航空SJ182航班坠机一个月后,印尼运输部(DGCA)发布了该事故的第一份事故报告。


根据目前所知的信息,这里对这份事故调查报告进行详细解读。

01 .
事故概要
  1. 事故机型波音737-500型飞机,注册号PK-CLC,1994年5月生产,机龄26年。
  2. 1月3日,飞行员报告该飞机自动油门无法使用,维修工程师清洁自动油门计算机插头,重新安装后自检正常。
    1月4日,飞行员再次报告自动油门无法使用,工程师清洁插头后故障依旧,办理了故障保留。
    1月5日,工程师通过清洁TOGA电门后,自检正常,关闭了该项保留。
  3. 事故当天是该飞机第四个航段,且是当天第二次执飞这条航线。(来源:KTSB 调查报告

  4. 该航班是机长和副驾驶是当天执飞航班的第一段。
  5. 飞机在1436LT起飞,获得爬升到FL290的指令,并在1980英尺时接通了自动驾驶(AP)。
  6. 14:38:42 LT,FDR(飞机数据记录器,即黑盒子)数据记录,当飞机爬过8150英尺时,左发动机推力手柄开始收回,而右发动机推力手柄位置保持不变。FDR数据还记录了左发N1下降,而右发N1保持不变。
  7. 此时飞行员申请变更航向075避开天气状况并获得批准,随后管制员要求SJY182在11000英尺停止爬升以避免冲突,飞行员复述了指令。
  8. 14:39:47 LT,FDR数据记录飞机的高度约为10600英尺,航向为046°并持续减小(即飞机向左转弯)。左发动机的推力手柄继续在回收。右发动机的推力手柄保持不变。
    14:39:54 LT,管制员指示SJY182爬升到13000英尺的高度,飞行员复述了该指令。这是航班上最后一次记录的无线电传输。
  9. 14:40:05 LT,FDR数据记录的飞机高度约为10900英尺,这是飞机开始下降前的最高高度。随后,AP系统在该点脱开,航向为016,俯仰角约为机头向上4.5°,飞机向左滚转超过45°。左发动机推力手柄位置继续下降,而右发动机推力手柄保持不变。
  10. 14:40:10 LT,FDR数据记录自动油门(A/T)系统断开,俯仰角超过机头向下10°。大约20秒后,FDR停止了记录。最后记录的飞机坐标是5°57'56.21“S 106°34'24.86”E

02. 
报告解读和分析
  1. 自动油门故障。
    1. 飞机的维修记录表明,飞机此前多次出现自动油门故障,飞机工程师曾通过清洁自动油门计算机(1月3日)和TOGA电门(1月5日)解决该故障。清洁电门后均自检(Built-in Test Equipment (BITE) test)  通过。——故障真的被正确的处置好了吗?
    2. 但在1月9日事故中,FDR数据显示在8150英尺时,飞机的左发推力手柄开始回收,左发 N1 下降。此时飞机仍应处在爬升状态,右发推力手柄位置保持正常爬升推力位置。
    3. 每台发动机都由独立的推力手柄控制。推力由移动推力手柄调定。推力手柄由自动油门系统自动调节或由飞行组人工调定。(FCOM 7.20.1)
      当飞行员报告自动油门故障时,也许是自动油门计算机故障,但也有可能是推力手柄的驱动装置发生了故障。因为 737 在自动油门工作时,推力大小并不是由自动油门计算机直接控制的,自动油门计算机只是发出指令调节推力手柄位置,而且因为飞行员是可以超控调节油门杆位置的,当油门杆被飞行员超控改变位置时,实际推力也随之改变。
      ——因此,如果推力手柄的驱动装置故障,某侧的推力会和自动油门计算机所计算的推力不一致,而如无监测设备可以监控其是否故障时,飞行员也无法及时发现其故障。询问过资深 737 教员,油门左右差异大的警告为选装设备,某些 737-NG 机型有,而 PK-CLC 飞机为 Class 型号,可能没有。
    4. 三佛齐航空公司维修质量部于2021年1月18日向维修控制中心和工程师发布了质量通告,以确保:
      1. 重复性缺陷处理必须按照DGCA的安全通告和公司维护手册进行
      2. 排故要按照飞机维修手册(AMM)、故障隔离手册(FIM)和图解零件目录(IPC)进行;
      3. 按照质量程序手册(QPM)要求填写飞机维修记录
      4. 遵循QPM和飞机维修程序手册(AMPM)中描述的串件程序
    5. 印尼民航局(DGCA)1 月 13 日至2 月 3 日对境内所有 737-CL客机进行专项检查,其中包括
      • 重复性故障的识别
        上述两点说明三佛齐航空的机务对该飞机自动油门的故障原因可能并没有正确的识别和处置,1 月 9 日,飞机是带着故障上天的。
  2. 机组对 不正常状态 Upset 处置失误
    1. FDR显示飞机在 14:38:42LT开始,高度 8150 英尺时,左发推力手柄开始回收,左发N1 下降。之后飞行员申请航向 075°(右转)以避开天气状况,管制员批准了偏航许可。左发N1下降,但因自动驾驶在接通状态,飞机仍能够保持逐渐右转(见下图)。而且管制员随后发布指令要求SJY在 11000英尺改平以避免和另外一架飞机的冲突。如果飞机接近改平高度,右发推力可能也会减小,飞行员因绕飞天气及操作 MCP面板等一系列操作,且无推力不对称警告信息,此时很可能已丢失了对飞机状态的监控。
    2. 14:39:47LT时(左发推力下降1 分 05 秒之后),飞机高度 10600 英尺,航向 046°,并开始持续减小(即飞机开始向左转),左发推力手柄继续回收,右发推力手柄保持不变。此时飞机自动驾驶修正推力不对称所造成的偏航已经到了极限,飞机开始左转,形成左坡度,但同时飞机驾驶盘却极有可能是向右的满盘(AP)状态
      14:39:54LT(飞机开始左转后 7 秒),管制员指令SJY182 继续爬升到 13000 英尺,飞行员复述了该指令。这是航班上最后一条无线电对话。14:40:05LT,FDR记录飞机高度10900 英尺,为飞机最高高度。随后飞机自动驾驶 AP 在此时脱开,航向 016°,机头向上 4.5°,飞机向左滚转超过 45°。
    3. 根据目前公布的调查报告,无法判断 AP 的断开是由于自动驾驶无法维持飞机的状态后自动断开,还是由于飞行员终于发现了飞机的不正常状态后,试图修正而人工断开所致。我们暂时无法看到详细的 FDR 数据,不知道当时驾驶盘的行程位置,和坡度的变化。
      下图是飞机 ADS-B中的航向和航向变化数据,我们看到飞机在逐渐向左转,角度一开始是每秒 2°,几秒后突然增加到6°/秒,再然后向右 12 °/秒。因为飞机是慢慢地左转,向左的坡度变化一开始可能也不大,当飞行员终于察觉了飞机异常时,很容易因为空间定向障碍,被向右偏转到底的驾驶盘干扰,反而以为飞机带右坡度。如果此时飞行员将驾驶盘“扳正”,飞机会向左进入更大的坡度。等到飞行员发现错误,飞机已经进入几乎倒飞的状态,飞行员此时再向右人工摆盘修正为时已晚,加上油门仍处在差动状态,飞机继续倒飞,失去速度和急剧掉高度。如果飞行员继续向左压盘,飞机也许还在转一圈后还能改出倒飞状态。
      ——以上分析为目前已知数据的推测。
      14:40:10 LT,FDR数据记录自动油门(A/T)系统断开,俯仰角超过机头向下10°。大约20秒后,FDR停止了记录。最后记录的飞机坐标是5°57'56.21“S 106°34'24.86”E。
    4. 飞行员此时也许发现了自动油门的异常,试图使用人工油门将飞机从异常状态 Upset 中改出,但飞机高度过低,最终没有成功,飞机直接俯冲入海。
    5. 调查报告指出,飞机没有明显失火的迹象。从飞机残骸的分布来看,飞机在入水坠毁前无空中爆炸解体的迹象。
    6. 印尼民航局发布建议,要求营运商(航空公司)加强失控预防与改出培训(UPRT)计划
  3. 其他
    1. 事故报告认为,机场运行在本次事故中没有相关责任
    2. 天气因素在事故中的影响很小
    3. 导航及通讯设施设备对事故没有影响
    4. 本次航班的 FDR 数据基本保存完好,但 CVR(驾驶舱音频记录器)目前仍无法找到,对飞行机组在事故中的处置无法有效定性。
    5. 主要搜救行动已经结束,但对 CVR 的搜寻工作仍将继续。
03
延伸讨论

从目前已知的数据分析,该事故主要是飞机的自动油门故障后导致的飞机进入非正常失控状态。飞行员在一开始未能保持对飞机状态的监控,而飞机在进入失控状态后,可能因空间定向障碍后采取改出机动错误,飞机高度不足而最终导致的飞机坠毁。需要吸取的教训和改善有:

  1. 航空公司对飞机重复性故障应有警觉。一些飞机控制组件的故障,可能是计算机的软故障,采取复位计算机,或者清洁插口接头的方式就可以清除故障信息,飞机的自检也可以通过。但故障也有可能是其他原因导致的,如果故障一再重现,应重视该故障,全面检查飞机的各相关系统,特别是没有被监测的设备、传感器、作动机构等,以避免系统性的故障叠加。
    笔者在重庆航空运行时,某次起飞滑跑左侧 PFD(主飞行显示器)的速度表显示异常,及时中断了起飞。滑回后机务检查了飞机各个计算机都工作正常,自检也正常,认为可能是飞行计算机的短时错误,可以继续放行。在笔者的坚持下,飞机空载滑出在跑道上又做了一次 80 节左右的滑跑,结果故障依旧。滑回后机务仍然无法找到原因,飞行计算机和各系统自检都正常。正当大家束手无措之际,笔者在梯车上看到有一只黄蜂在空速管附近飞动,会不会是有其他黄蜂飞进了空速管后堵塞了空速管呢?遂要求机务拆下空速管检查,果然在空速管中发现了一只黄蜂被烧焦的尸体。原来该飞机前段时间发动机叶片断裂而停场较久,在维护期间机务没有套上空速管套,一只黄蜂钻进了空速管而导致的空速指示错误。但飞行计算机等各个计算组件却是工作正常的。
  2. 飞行机组应对飞机状态保持足够的警觉,特别是在飞行系统故障,绕飞雷雨等高负荷工作状态时,切忌座上两人注意力同时被故障或天气系统吸引,而丢失了对飞机状态的监控。
    此次事故和1992 年 1124 事故,南航CZ3943航班波音 737-300 型飞机B2523 号在桂林失控撞山如出一辙。两者同为波音 737-CL 机型,第二代波音 737,生产年份相近,B2523 飞机 1991年5 月生产;PK-CLC 飞机是 1994 年 5 月生产。1124 事故发生在进近阶段,此次事故发生在离场阶段,高度都在 8000 - 11000 英尺左右,都是自动油门故障后机组未能及时察觉,飞机发生偏转后未能及时改出应对。最后导致飞机直接坠地(海)。
    与此类似
    华航 006 航班【点击左侧链接可跳转查看详细】747 飞机1985 年在太平洋上空也遭遇过类似的情况。飞机的一台发动机巡航时突然失去推力,飞行员在处置故障时没注意到飞机状态,飞机的姿态仪此时也发生故障,飞机进入了倒飞和滚转状态。所幸飞机因为高度较高,从 4万英尺高空失速滚转后,在机长何敏源的极限操纵下,最后在 9 千英尺成功改出,飞机滚转两圈,机身严重受损。飞机改出后发动机又重新启动成功,最后成功备降旧金山,事件仅造成两名旅客重伤和飞机报废,但无人死亡。
  3. 当然,如果飞机在设计时能对非正常的飞行状态及时监控并为机组提供提醒和反馈,也能有效的减少飞行员丢失情景意识的可能。——比如说在自动油门接通时,如果两侧油门的 N1 指示相差超过 10%,就会发出警告提醒飞行员,就会避免飞行员在自动油门故障时没有及时关注而导致情况进一步的恶化——这类提醒功能其实已经在部分 737 继续可以选装,这类重要提醒的功能不应为选装,而应强制全部安装。
    737MAX 机型如果两侧的迎角AOA不一致功能警告如果不是选装功能,而是强制安装的功能,可能共导致 346死亡的那两起空难就不会发生。
  4. 飞机的设计理念差异
    这个问题太多争议,这里只是简单说一下。
    1. 波音飞机在设计之初,就强调是以【传统】飞行员体验为主。因此自动油门在工作的时候是随动的,自动油门计算机实际上操作的是推力手柄的位置,再由推力手柄位置决定推力。而空客 320 系列电传飞机开始,自动油门在工作时是固定卡位的,该卡位只决定了推力的最大限制。因此波音的问题是,当推力手柄伺服装置故障时,自动推力也随之故障;而空客的问题则是,你只能通过发动机仪表或警告来判断自动油门出现故障。
    2. 波音的驾驶盘是带回馈的,而空客的侧杆只是弹簧中立的,驾驶员在操纵波音飞机时的“杆力”会比较重,且需要使用电动配平来消除杆力;而当飞行计算机正常工作时,空客飞机是随动配平的,当飞行员松开侧杆时,飞机会保持在当前的姿态。
      当自动驾驶在操纵飞机时,波音的驾驶盘也是“随动”的,会反映自动驾驶的操纵,这对飞行员来说很直观。而空客的侧杆在自动驾驶接通时是弹簧中立的。当飞机在转弯时,飞行员不能通过侧杆的运动来了解。
      但当油门出现差异,而AP为了修正侧滑向好发打盘时,驾驶盘的反应反而并不能告诉飞行员飞机真正的操纵意图。当飞行员失去情景意识,发生空间定向障碍时,可能反而会让飞行员发生错误的操作,从而无法挽救飞机。此次事故,桂林空难及华航 747 的事件,很可能都是这样的原因。
    3. 人机界面的设计是一个复杂的问题。通常我们有路径依赖的倾向,比如电子照相机一开始会模拟快门的声音,这样会让使用者在一开始容易入手操作,但照相机未必一定需要快门声音。

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