航空安全与事故调查技术介绍（下）

航空安全与事故调查技术介绍（下）

    上一期我们介绍了航空安全及技术等内容，这一期将重点关注仿真技术如何助力飞行安全及事故调查分析方法。

六、飞行仿真与故障复现技术

1) 飞行仿真

仿真技术是综合数学、系统工程以及计算机技术等形成的一门综合性新兴学科。现代飞行模拟器是典型人在回路中的含硬件仿真系统，与风洞、喷气发动机试验台、结构环境试验设备并列为航空四大试验研究设施。用它来模拟飞机空中飞行与地面运行，对飞行员进行起飞、爬升、巡航、进近、着陆、机动飞行等训练，也可以对飞机飞行性能、操纵品质、机载系统性能进行分析研究。逼真度和实时性是飞行仿真系统的主要要求。而飞机飞行系统、各个分系统的模型和飞机在空中遭遇的各种复杂气象条件都是数学模型。因此，准确地实现这些模型对提高飞行模拟器逼真度是非常重要的。

飞行航迹再现主要用以把机载飞行数据转换成三维场景、数据列表、二维曲线图以及数据表格等形式进行分析研究，还原飞行过程及状态。在三维场景中动态回放飞机飞行过程，可以直观准确地反映飞机实际起降情况、飞行过程、飞行程序、飞行姿态、仪表数据、飞机相对于参照物或障碍物（如跑道或地形地貌）的位置关系等。目前，在市场上存在多款视景仿真软件，其中大部分的视景仿真软件都是基于OpenGL函数库编制而成的。见下图

图 7

2) 故障复现技术

在飞机运营阶段特别是初始运营阶段，飞机会暴露一系列的系统和结构故障，一些故障是飞机组件正常的可靠性衰减或使用缺陷导致的，有些故障可能是飞机系统设计缺陷导致。需借助主制造商专业的故障模拟仿真平台，研究故障原理加以改进。如地面综合实验设备。

以国产民用飞机的为例，在设计研发阶段，建设六个验证平台，分别为全动飞行模拟机、航电系统综合试验台、铁鸟试验台、电源系统综合试验台、电网络试验台。主要针对民用飞机飞行品质与操稳特性、民用飞机自动飞行模拟与验证、民用飞机机载软件测试与适航验证、民用飞机系统综合等开展技术发展和研究工作。

全动飞行模拟器是地面综合实验设备，服务于飞机整个生命周期。在飞机研制阶段可以进行飞行控制率开发验证和优化、飞行品质研究和评价、飞行故障的复现和分析、驾驶员参与设计和优化；在适航取证阶段，服务于模拟器MC8试验和驾驶员资格规范T5测试等；在飞机持续运营阶段，可以开展飞行员转机型训练、定期复训、飞行问题复现等工作。该全动飞行模拟机主要系统包括仿真驾驶舱，提供驾驶舱真实环境和仪器操纵；计算机系统进行模型运算提供飞行数据；视景系统根据飞行数据提供真实的驾驶舱外视景，包括跑道、机场、大气环境等；运动系统控制模拟机平台的姿态，给飞行员提供姿态和加速度感受；声音系统模拟机飞行中各种情况下的驾驶舱声音（见图8）。

图

七、航空事故调查技术

航空事故调查，各国都有相应法规进行规范。国际民航组织制定了法规文件ICAO附件13《航空器事故和事故征候调查》，同时还制定了相应的技术手册《航空器事故和事故征候调查手册》和《航空器事故调查员培训大纲》，作为各国进行民用航空器事故和事故征候调查工作的法规性文件依据。根据ICAO附件13，各国又制定了法规或条例，如美国联邦航空局（FAA）制定了《航空器失事与事故的通知、调查和报告》，俄罗斯制定了《飞行事故及事故征候调查方法（第一部分）》，中国民航制定了《民用航空器事故和飞行事故征候调查规定》（CCAR-395-R1）。飞机飞行事故调查程序如图所示。

图 9 事故调查程序

1) 事故调查机构

调查飞行事故应该由一个独立的常设机构来组织和领导。这个机构是国家级或军队级的，与飞机的适航、使用、维修、设计、制造等部门都没有任何直接的利害关系。这是几个航空发达国家在几十年的飞行事故调查中得出的重要经验。

国际上已经设立的国家级飞行事故调查机构有两种形式：一种是完全独立的飞行安全委员会：如美国、独联体、法国、加拿大、瑞典、丹麦、挪威、芬兰、新西兰等国的机构；另一种是行政上隶属于运输部的事故调查局（在事故调查业务上有其独立性），如英国、德国、荷兰、瑞士、澳大利亚、日本、阿根廷等国的机构。美国的NTSB，一个直属于国会的机构。该机构的领导人由总统任命，下设事故调查局、技术局、事故预防局和管理局，其主要力量是放在飞行事故调查方面。英国早在1919年就成立了独立的事故调查局（AIB）。1989年AIB 改名为AAIB（航空事故调查局）。隶属于交通运输部。澳大利亚的事故调查机构是ATSB，隶属交通运输部。

2) 主制造商的责任

规章中对飞机主制造商参与事故调查赋予了明确的权利、义务。飞机主制造商应建立的预案和机制应适用于其生产制造的飞机，在发生事故及严重事故征候，所应采取的危机响应、应急救援、事故调查等工作。

飞机主制造商还需要建ERP的组织机构。全面领导和应对事故危机事务。根据国际民航公约附件13，应事故调查组织机构的要求，飞机主制造商的调查员和技术专家组成专家团队作为飞机设计制造国授权委派代表的技术顾问，与调查组织机构任命的调查员及授权委派代表一起参与调查。飞机主制造商的事故调查能力，主要体现为以下方面的内容：首先，飞机主制造商设计、制造的飞机在发生事故或事故征候后，应按照民航事故调查部门的要求，向事故现场派遣技术调查团队。其主要职责是依照ICAO附件13 为国家民航事故调查机构充当技术顾问，协助事故调查。其次，建立必要的技术分析能力。这主要包括译码分析能力和失效分析能力。飞机主制造商在飞机研制过程中的飞行数据译码分析能力、飞行数据仿真再现能力、结构材料失效分析能力、铁鸟及模拟机实验验证能力都将发挥重要作用。

3) 空难搜证技术

飞机事故后迫降或坠毁，寻找到失事飞机就要用到飞机定位追踪技术。主要形式有：（1）飞机应急定位发射机（ELT）。民航规章要求载客19人以上的飞机必须至少装备一台应急定位发射机（Emergency Locator Transmitter ，ELT），其在事故后能通过无线电和卫星方式发送定位信号。飞机应急定位发射机一般安装在后客舱顶部。ELT可以主动或被动触发，当被施加12G以上加速度，速度改变达到1.37±0.15m/s时，碰撞力激活传感器或者重力加速度开关（G-Switch）被激活，ELT自动开始工作。当ELT操控面板或ELT发射机前面板的开关有一个处于ON位时，ELT也会触发。其发射分两部分：VHF（121.5MHz/243MHz）和UHF（406MHz）的数字信号。每隔50 s就会发射一段二进制数据串。通过全球卫星搜救系统COSPAS/SARSAT传输到地面站，以提供大范围的搜索。

4) 事故现场记录与文件收集技术

对于一起事故调查的初期，必须立即采取行动，收集现场留下的证据和文件，现场包括飞机发生空难的地方和发生事故的现场环境，防止遭受自然条件的影响和人为损坏。必须在有限的时间内对飞机残骸的分布、现场的破坏情况以及留存的文件做好分析和记录。这都需要进行全面、细致的技术准备，这包括失事现场的照片和视频纪录，现场证人有记录。此外则需要调查员自己现场拍摄采集。发生事故或事故征候，除了飞机出事现场外，在运行飞机的各个“现场”，还会留下大量文件，这也是进行事故调查的重要证据。另外，事故见证人是事故调查的重要信息来源之一。因此，根据ICAO附件13规定，事故调查中会设证人小组。证人小组负责联系和采访事故航班的所有幸存者，以及可能看到或听到航班的某一段飞行，或可能了解事故航班或事故发生时天气状况的所有人员。

飞机残骸是事故调查的重要物证，务必全部收回所有飞机残片，并进行恰当的处置、保护和运输，以使得飞机残骸作为物证能在事故调查中发挥其最大的作用。，有一些技术问题需要注意：（1）确定飞机残骸的主残骸区非常重要。如果飞机撞地，就可能有残骸埋入地下，应根据坑口状况、土质、飞机接地角和速度，估算出挖掘的坑口直径，坑口直径一般应为坑深的3~4倍。残骸中要关注飞机中的重要部件，如飞行数据记录器和舱音记录器。其它重要残骸如作动筒、仪表、灯泡、电门、操纵手柄、传动装置、快速存取记录器、飞行管理计算机等，以及能反映驾驶操纵动作、各操作面位置、发动机及飞机系统工作状态的残骸。对这些残骸，有污染的要进行初步清理，去除污染物，容易腐蚀的可涂少量滑油进行保护。在保持原始状态的情况下，各残骸都要进行拍摄记录。（2）坠水飞机残骸搜集工作就更为复杂，所用到的技术则更加综合。残骸的定位需要熟知当地的水文条件，如湖泊或海洋底部结构，洋流特点、流沙作用等。可利用水下机器人或潜艇进行潜水搜索，以及利用卫星定位系统来精确定位和导航等。

从海水打捞出的飞机残骸部件要采取有效的措施，否则金属件极易腐蚀。飞机上铝件较多，出水后应先用淡水彻底清洗，若清洗后仍不能全部阻止腐蚀发生，则可以在零件断口涂防腐剂处理。对于飞机上的记录器，从水中打捞出来后，现场不要分解，要连同保护壳体一同送往实验室进行处理。如果是从海水中捞出的，则仍将其浸在盛有海水的密封容器内运往实验室；淡水中捞出的，则浸在清水中运送。

5) 飞行员人为因素分析方法

飞行员对飞机直接操纵，对飞机的飞行安全具有举足轻重的作用。因此，分析事故飞行员的行为是事故调查的重要环节。而从事故现场的面板、手柄、操纵杆位置可以反映飞行员的的诸多操纵行为；从舱音记录器可以反映飞行员的心理状况；从遇难飞行员的血液、人体组织可以分析其心理状况；从证人访谈可以了解飞行员的生活和思想情况等。这种围绕飞行员组织现场信息的方法在事故调查中非常值得推广。

6) 痕迹分析技术

在现场调查中，痕迹分析是非常重要的技术。通过对痕迹的分析，可以对事故的发生过程进行推理和判断，也可以为最后的结论提供证据。常用的现场痕迹分析如：通过地面擦痕，可以判断飞机撞地的姿态；对蒙皮的痕迹分析可以判断飞机受到的撞击或爆炸情况；对轮胎的擦地痕迹可以判断是否爆胎及飞机偏离跑道的情况；对现场油液的痕迹分析可以判断飞机油箱受损情况等。

     7）残骸分析技术

现场残骸为调查员提供了最为丰富的信息，分析残骸涉及的技术也非常多。如残骸轨迹分析是检查飞机空中解体事故的一种有效方法；仪表残骸分析可以判断飞机坠地瞬间的仪表指示值（主要针对指针式仪表有效）；灯泡残骸分析可以判断飞机残骸上各种指示灯泡的工作状态；发动机尾喷口附近植物烧焦或变色痕迹可以判断发动机坠地后是否还在工作；发动机上的燃烧痕迹可以判断发动机是在空中着火还是坠地后着火等。

     8）记录器分析技术

飞机记录器主要分为飞行数据记录器、舱音记录器，以及可能新出现的视频记录器等，记录器分析技术也根据记录器的不同而各有不同。

舱音记录器分析技术主要针对驾驶舱舱音进行分析，包括机组人员之间的谈话、机上内话系统通话、与机外进行的无线电空地通话、输入飞行员耳机内的飞机设备发出的语言或音响提示警告信息以及驾驶舱环境声响等。语音分析测谎技术，通过对特定段的驾驶舱对话或空地通话进行分析后，可以得到一些有效信息。

    9）雷达数据分析技术

民航航行管理雷达二次雷达和一次雷达一起工作，二次雷达系统工作时要求飞机上要装应答机，当接收到地面航管二次雷达发出的询问信号后，进行相应的回答。地面二次雷达天线接收到回答的信号后，进行译码，就能在一次雷达屏幕上显示飞机的编号、高度、方向等参数。二次雷达一般都具有自动记录功能。飞行事故调查中，应派专人及时获取二次雷达和一次雷达的记录资料，利用雷达记录信息，结合飞机飞行计划，就可以确定飞机的位置以及在飞行中出现的偏差情况。

    10）实验室分析技术

主要包括材料失效分析技术、航空油液分析技术和医学痕迹分析技术。材料失效分析技术主要针对飞机结构件、系统件等进行受力分析，对于部件发生的裂纹甚至断裂，都反映了部件受到内部的、外部的、力学的、化学的以及物理的诸多因素有关。航空油液分析技术，主要针对飞机运行需要的燃油、滑油和液压油等，分析油液是否受到污染，是否性能有衰变等。使用到的主要是红外光谱仪、多元素油料分析仪等。

    11）飞行事故医学痕迹分析

从医学角度分析飞行事故与机上人员的关系，分析救生过程中机上人员致伤、致死的原因，并分析影响飞行安全的各种因素，提出预防事故的有效措施。医学痕迹分析需注意对死者的拍照、收集有关物证送检化验，进一步需要在医院由法医做专门检查和分析。

    12）试验验证技术

在事故调查中，试验验证技术主要分为两类：一类是实物试验验证，包括有故障再现实验、条件复制实验等。另一类是模拟试验验证，验证类型包括后果模拟实验、过程仿真实验。主要利用飞行模拟机、工程模拟机（即“铁鸟”）等设备，模拟飞行过程，查找事故原因。

八、总结

航空安全是航空业永远的头等大事。它关系到行业发展，人民生命财产的安全。航空安全不仅是管理问题，更主要是技术问题。在当前航空事故和事故征候多发的时刻，对标国际一流，认真研究航空安全技术和事故调查技术显得尤为重要。

  作者：任和 中国商飞营销中心