黃建國(guó)

2019年3月10日，埃塞俄比亞航空公司的一架波音737MAX8客機(jī)在起飛后不久失事，包括8名中國(guó)公民在內(nèi)的157名乘客無一生還，再一次令世界震驚。

在埃塞俄比亞航空空難事件的5個(gè)多月前，印度尼西亞獅子航空公司一架同一機(jī)型的客機(jī)墜毀，189條鮮活的生命從此不復(fù)存在，令世人痛惜萬分。737MAX8是航空工業(yè)巨擘波音公司極力推介的一款最新的大功率且省油的客機(jī)。它剛剛投人航線不久就接連出事，叫人難以置信！

從印度尼西亞獅子航空公司公布的黑匣子破解數(shù)據(jù)得知：飛機(jī)起飛爬升才幾分鐘，就出現(xiàn)了少見的機(jī)頭下墜狀況。飛行員不得不拉駕駛桿，使機(jī)頭向上，但飛機(jī)隨后又發(fā)生快速向下俯沖，飛行員又拉桿，機(jī)頭接著又下墜....如此20多次，飛行員持續(xù)頑強(qiáng)地與飛機(jī)的失常搏斗，最終失敗，機(jī)頭高速?zèng)_向海面，飛機(jī)在高速撞擊海面時(shí)解體，機(jī)上人員全部罹難。

而埃塞俄比亞航空客機(jī)在起飛4分鐘后就遇到與印度尼西亞獅子航空公司客機(jī)非常相似的失控局面。這兩起空難中，導(dǎo)致機(jī)頭直墜地面的事故起因，繞不開飛行中最令人忌憚的飛機(jī)失速。

“可惡”的飛機(jī)失速

一直以來，飛機(jī)由于飛行中失速釀成事故屢見不鮮。2009年震驚世界的法航AF447客機(jī)在大西洋上空因失速引發(fā)的空難至今還令人扼腕嘆息。事故的起因是飛機(jī)在高空飛行時(shí)，迎角傳感器的進(jìn)氣口被冰塊堵塞，飛行員被飛機(jī)迎角的錯(cuò)誤提示誤導(dǎo)，緊張得一直不斷地拉駕駛桿，導(dǎo)致飛機(jī)失速，陡然從高空墜人茫茫大洋之中。實(shí)際上，相較客機(jī)、運(yùn)輸機(jī)，殲擊戰(zhàn)斗機(jī)遭遇飛行失速的頻率更高。它們常常在作戰(zhàn)或特技訓(xùn)練中，為快速搶占空中制高點(diǎn)使勁向上沖，時(shí)而滾轉(zhuǎn)，時(shí)而俯沖，險(xiǎn)象環(huán)生。飛行員駕駛稍有不慎，飛機(jī)就會(huì)伴隨劇烈的抖動(dòng)陷人失速及無控尾旋之中。若不能迅速將飛機(jī)調(diào)整至安全狀態(tài)，即刻就會(huì)造成機(jī)毀人亡的嚴(yán)重后果。

飛機(jī)失速為何如此可怕？

在介紹飛機(jī)失速之前先解釋一下迎角的概念。迎角是飛機(jī)飛行方向與機(jī)翼弦線（翼剖面上前后兩點(diǎn)間的連線）之間的夾角。飛行員在飛行中緩慢拉（駕駛）桿時(shí)，飛機(jī)迎角會(huì)逐漸加大，飛行速度則開始下降。當(dāng)迎角大到速度降至很低時(shí)，飛機(jī)的升力非常小，所受到的阻力急劇增大，隨即導(dǎo)致飛機(jī)機(jī)體振動(dòng)，用于控制飛行姿態(tài)的舵面效能銳減或消失，飛機(jī)橫向會(huì)搖擺、不穩(wěn)定。這種飛行亂象就是飛機(jī)失速。

導(dǎo)致飛機(jī)失速的原因，已從理論和風(fēng)洞試驗(yàn)及”飛行試驗(yàn)中找到。只要飛機(jī)迎角增大到一定值時(shí)，流經(jīng)機(jī)翼的氣流壓力會(huì)大幅增加，使得附著在機(jī)翼表面薄薄一層的“附面層”氣流無法克服該壓力上升而發(fā)生逆流，隨即出現(xiàn)氣流渦流式分離，導(dǎo)致飛機(jī)升力減小而阻力增加。又因?yàn)榱鹘?jīng)機(jī)翼的氣流壓力分布急變，分離的氣流很不穩(wěn)定或發(fā)生周期性變動(dòng)，自然造成了機(jī)體、尾翼、舵面等振動(dòng)。再加上那些雜亂的氣流吹到舵面，比起原本有序的順氣流，必然會(huì)大大降低氣動(dòng)效率及穩(wěn)定性。在這些因素的影響下，飛機(jī)就陷入了不可控的險(xiǎn)境。

嚴(yán)防飛機(jī)失速發(fā)生

簡(jiǎn)而言之，飛機(jī)失速是在飛行迎角增大、機(jī)翼升力迅速下降、阻力急劇增加的那一時(shí)刻開始的。

飛機(jī)的升力系數(shù)C與飛機(jī)迎角a有下述曲線關(guān)系。當(dāng)迎角a小于失速迎角a。時(shí)，隨著a的增大，升力系數(shù)CL按近似正比例關(guān)系遞增;當(dāng)a增大到a。時(shí)，C.達(dá)到最大值，即CLmax;等到a大于a。時(shí)，CL突然大幅度下降，飛機(jī)進(jìn)人失速區(qū)。此時(shí)，飛行員必須采用緊急防范措施才能避免事故。通常，為防止飛機(jī)進(jìn)人失速區(qū)，每種飛機(jī)都設(shè)定了比a，小的實(shí)際使用失速角，大小約為a。的85%。在通常飛行中，飛行員向后拉駕駛桿抬起機(jī)頭，實(shí)際使用失速角決不可超出這一上限。

一架性能良好安全的飛機(jī)必須具備大的升力系數(shù)CL。升力系數(shù)Cl大意味著飛機(jī)升力大，這樣的飛機(jī)具有機(jī)翼面積小、重量輕、載客多、航程遠(yuǎn)、起飛距離短等諸多優(yōu)點(diǎn)。又從升力系數(shù)C.與飛機(jī)迎角a的關(guān)系得知，升力系數(shù)Cl大的飛機(jī)，其失速迎角a，也必然大。若失速迎角a，大，飛行員控制飛機(jī)迎角的回旋余地增加，工作壓力減輕，緊張情緒得以緩解，飛機(jī)失速的概率可大幅降低。因此，盡可能提升機(jī)翼的升力系數(shù)C，增大失速迎角ao，是防止飛機(jī)失速的關(guān)鍵所在。

那么如何獲得更大的升力系數(shù)Ci呢？有效的措施是在機(jī)翼的后緣配置單縫襟翼、子翼/主翼雙縫襟翼或主翼/后翼雙縫襟翼。特將機(jī)翼后緣的襟翼分成多塊子翼和主翼，用以增加“子-主”間的縫道數(shù)量和可調(diào)縫道寬度，這樣的結(jié)構(gòu)既可增加機(jī)翼的面積和加大機(jī)翼的彎度，顯著提高升力，還能使機(jī)翼下表面高壓力的氣流通過縫道吹走機(jī)翼上表面尾緣處那些雜亂無章的渦流，從而令氣流穩(wěn)定，阻力大為減小，達(dá)到提高升力系數(shù)和失速迎角的目的。

另外，在機(jī)翼的前緣配置縫翼，也可以大幅提升飛機(jī)的升力系數(shù)C及失速迎角ao，這是防失速的另一種有效手段。早期的空客客機(jī)、麥道系列飛機(jī)上就專門配備了自動(dòng)縫翼。如今，在波音、空客的大中型客機(jī)及我國(guó)C919、ARJ21飛機(jī)的機(jī)翼后緣，上都安裝有4塊面積碩大的襟翼，整個(gè)機(jī)翼前緣表面則覆蓋著一塊塊狹長(zhǎng)的縫翼。一旦飛機(jī)處于即將失速危險(xiǎn)之際，縫翼在接收到迎角傳感器發(fā)出的信息后，會(huì)立即在

套獨(dú)立的、無需飛行員操作的控制系統(tǒng)控制下自動(dòng)向前下方伸出。縫翼與機(jī)翼前緣之間會(huì)有一條縫道，如此結(jié)構(gòu)也會(huì)使得機(jī)翼上表面的渦流被吹走，飛機(jī)的升力系數(shù)及失速迎角得到大幅提升，延緩或避免失速事件的發(fā)生。

多重防止失速措施

除采用襟翼、縫翼降低飛機(jī)失速危險(xiǎn)之外，現(xiàn)代客機(jī)還專門為飛行員增設(shè)了一套失速警告系統(tǒng)。它的職責(zé)是一旦飛機(jī)接近失速時(shí)，即刻向飛行員發(fā)出警告，提醒飛行員緊急采取諸如前推駕駛桿以減小飛機(jī)迎角等措施。失速警告系統(tǒng)由位于機(jī)身兩側(cè)的兩個(gè)迎角傳感器、一個(gè)相當(dāng)于大腦的失速警告控制器、裝在駕駛桿上的振桿器、飛行員座位前的可視可聽的警告指示燈與警告喇叭組成。迎角傳感器實(shí)時(shí)將測(cè)到的飛機(jī)迎角信息傳給失速警告控制器，控制器隨即對(duì)兩個(gè)迎角信息進(jìn)行校準(zhǔn)，并在確認(rèn)飛機(jī)迎角大于預(yù)定的失速角后，立即對(duì)飛行員發(fā)出多重警告。在實(shí)際飛行中，失速迎角會(huì)隨著飛行馬赫數(shù)和襟翼/縫翼位置不同而變化，因而，真實(shí)的失速迎角值在經(jīng)過失速警告控制器和，上述兩個(gè)迎角傳感器修正后才更為精準(zhǔn)可靠。

當(dāng)今主流的大型客機(jī)如波音737MAX8、波音787.空客A350和我國(guó)C919等都采用了先進(jìn)的由多種傳感器、三臺(tái)以上的電子計(jì)算機(jī)等組成的電傳飛行控制系統(tǒng)（fly?by?wire?flight?control?system）。飛行控制律是電傳飛行控制系統(tǒng)的核心關(guān)鍵，是飛機(jī)的靈魂。優(yōu)秀的飛行控制律可以防范飛機(jī)失速，具有失速保護(hù)功能。根據(jù)飛行控制律編制的軟件被存儲(chǔ)在飛行控制計(jì)算機(jī)中。飛機(jī)不論常規(guī)起降、飛行還是在巡航狀態(tài)下的自動(dòng)飛行，都聽從計(jì)算機(jī)快速解算飛行控制律后作出的精確無誤的指令。這不僅大大減輕了飛行員工作量和精神負(fù)擔(dān)，而且確保飛行高效精準(zhǔn)。當(dāng)然，飛行員也可以通過一個(gè)特定的“直接開關(guān)”，將計(jì)算機(jī)運(yùn)行中的正常模式轉(zhuǎn)為直接模式。此時(shí)，飛行員直接手動(dòng)前推駕駛桿，減小飛機(jī)迎角，避免失速的發(fā)生。

波音空難分析

應(yīng)該說，比起傳統(tǒng)的飛行控制系統(tǒng)，采用現(xiàn)代先進(jìn)電傳飛行控制系統(tǒng)的飛機(jī)無論是在操縱性能，還是在飛行安全方面均勝一籌。

那為何波音737MAX8會(huì)接連發(fā)生空難，讓人談機(jī)色變呢？從目前公開的資料及黑匣子破譯的信息來看，波音公司對(duì)這兩次空難負(fù)有不可推卸的責(zé)任。波音737MAX8安裝了高函道比、大尺寸的發(fā)動(dòng)機(jī)。原本在使用這款發(fā)動(dòng)機(jī)的同時(shí)，應(yīng)該對(duì)機(jī)翼、機(jī)身結(jié)構(gòu)進(jìn)行更改及加長(zhǎng)起落架支柱，但波音公司認(rèn)為這樣會(huì)導(dǎo)致高成本和長(zhǎng)周期，因此將該發(fā)動(dòng)機(jī)盡量上挪和前移，使得發(fā)動(dòng)機(jī)上部與機(jī)翼上表面齊平且大大超出機(jī)翼前緣，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)噴出的氣流不得不環(huán)繞在機(jī)翼的表面，破壞了原本的順氣流流動(dòng)，造成機(jī)翼氣動(dòng)性能不穩(wěn)定，機(jī)頭容易向上，加大了飛機(jī)失速的發(fā)生率。

波音公司明知加裝大發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)增加飛機(jī)失速的風(fēng)險(xiǎn)，其采用的對(duì)策是增加一套稱為機(jī)動(dòng)特性增強(qiáng)系統(tǒng)（maneuvering?characteristic?augmentation?system，MCAS）的防失速裝置。它的防失速?zèng)Q策與具體措施以軟件方式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，為計(jì)算機(jī)專用，飛行員無法干預(yù)?？赡苁艿椒ê紸F447空難事故原因的影響，波音公司堅(jiān)信MCAS的可靠性大大勝過飛行員的手動(dòng)操作。其實(shí)，人的靈敏性與判斷力往往比計(jì)算機(jī)更佳，以住無數(shù)次的飛機(jī)失速危機(jī)均靠飛行員的臨危不懼、準(zhǔn)確判斷和正確操作化險(xiǎn)為夷。

一般飛機(jī)起飛時(shí)，有經(jīng)驗(yàn)的飛行員不會(huì)將爬升角拉得很大，正常起飛時(shí)出現(xiàn)飛機(jī)失速實(shí)屬罕見。而埃塞俄比亞航空公司和印度尼西亞獅子航空公司的兩架波音737MAX8客機(jī)都是在起飛后不就失事的。引發(fā)這兩次空難的原因也與之前法航空難相似：飛機(jī)機(jī)身兩側(cè)的迎角傳感器中至少有一個(gè)出現(xiàn)了故障。法航空客A330客機(jī)與波音737MAX8客機(jī)上的迎角傳感器都出現(xiàn)了誤報(bào)，只是后者的MCAS“挺身而出”，強(qiáng)制飛機(jī)低頭，進(jìn)而造成飛機(jī)下沖速度增大。遺憾的是，MCAS并沒有處理好迎角傳感器誤報(bào)這樣的低級(jí)錯(cuò)誤。按理，波音737MAX8上的兩個(gè)迎角傳感器的讀數(shù)應(yīng)該進(jìn)行實(shí)時(shí)比較以判別其真實(shí)性，可是據(jù)稱該型號(hào)飛機(jī)的MCAS軟件在編寫時(shí)卻將二者完全獨(dú)立，互不關(guān)聯(lián)。這就使得故障傳感器發(fā)出的數(shù)據(jù)被當(dāng)作飛機(jī)處在失速狀態(tài)的數(shù)據(jù)，造成了MCAS的“一錯(cuò)再錯(cuò)”。

兩次時(shí)間間隔極近的空難，讓全球絕大多數(shù)擁有波音737MAX8的航空公司決定停飛該機(jī)。波音公司迫于壓力，無法推卸責(zé)任，終于公開承諾要重新修改MCAS軟件。除軟件問題外，波音737MAX8發(fā)動(dòng)機(jī)的位置、兩個(gè)迎角傳感器的配置等硬件上的缺陷也亟待正視和改進(jìn)?？湛惋w機(jī)上加裝了三個(gè)迎角傳感器，一旦一個(gè)出現(xiàn)故障，則可通過“表決法”將故障傳感器讀數(shù)排斥在外，這種更安全的設(shè)計(jì)值得波音公司借鑒。此外建議，當(dāng)迎角傳感器發(fā)出警告時(shí)，飛機(jī)控制系統(tǒng)似可賦予飛行員優(yōu)先于計(jì)算機(jī)進(jìn)行緊急處置的權(quán)限。

飛機(jī)是當(dāng)今最快速的交通工具，在追求速度之前，首先應(yīng)以乘客的生命為重。只有對(duì)飛機(jī)作更合理的設(shè)計(jì)和更謹(jǐn)慎的評(píng)估驗(yàn)證，才能讓乘客重拾飛行安全的信心，避免空難再次發(fā)生。

關(guān)鍵詞：空難?飛機(jī)失速?防失速措施