Für die meisten Starrflügelflugzeuge sind genaue Anstellwinkelinformationen für einen sicheren Flug äußerst wichtig, hauptsächlich aufgrund des Risikos, das Flugzeug abzuwürgen, wenn die AoA eines oder beider seiner Flügel übermäßig hoch wird (ein zusätzliches Problem, das sich ergibt bei bei sehr hohen Geschwindigkeiten besteht die Möglichkeit, dass ein Über-g verursacht wird, was möglicherweise zu strukturellem Versagen führt); 1 Infolgedessen verfügen alle Flugzeuge über eine Art Anstellwinkelsensor (typischerweise eine mechanische Leitschaufel, die sich mit dem Umgebungsluftstrom 2 ausrichtet ), der AoA-Daten an die anderen Systeme des Flugzeugs weiterleitet (normalerweise über die Luftdatencomputer des Flugzeugs).
Leider bedeutet die Unverzichtbarkeit genauer Anstellwinkeldaten, dass sehr schlimme Dinge passieren, wenn die AoA-Daten, die anderen Flugzeugsystemen zugeführt werden, nicht genau sind. Dies hat zu zahlreichen Unfällen geführt:
Viele dieser Unfälle hätten verhindert werden können, wenn eine Art Plausibilitätsprüfung (ein Test zum Erkennen und Aussortieren unsinniger eingehender Daten) an den Anstellwinkeldaten durchgeführt worden wäre, bevor sie an andere Systeme weitergegeben wurden:
Warum also werden die rohen Anstellwinkeldaten eines Flugzeugs nicht auf ihre Richtigkeit überprüft, bevor andere Flugzeugsysteme damit herumlaufen?
1 : Dies erfordert nicht unbedingt, dass der Anstellwinkel des Flugzeugs den Piloten ständig angezeigt wird; Es reicht oft aus, die Systeme des Flugzeugs einfach seine AoA überwachen zu lassen und Maßnahmen zu ergreifen (z. B. den Stickshaker zu aktivieren), wenn er übermäßig wird.
2 : Diese Sensoren sind typischerweise am vorderen Rumpf montiert, obwohl sie an den Flügeln montiert sind – die typischerweise der Teil des Flugzeugs sind, der den größten Teil seines Auftriebs erzeugt, und somit der Teil des Flugzeugs, dessen Anstellwinkel ist tatsächlich relevant - würde genauere Daten liefern (weil der lokale Luftstrom - und damit der lokale Anstellwinkel - über dem vorderen Rumpf im Allgemeinen anders ist als über den Flügeln; daher müssen AoA-Messwerte von an der Nase montierten Sensoren korrigiert werden um die AoA der Flügel zu berechnen). 3
3 : Die Größe und Richtung der Differenz hängt unter anderem von der Fluggeschwindigkeit des Flugzeugs ab ; Daher erfordert der Prozess der Berechnung des Anstellwinkels der Flügel aus dem der Nase gültige Fluggeschwindigkeitsdaten , was wiederum zu Problemen führen kann, wenn die Systeme des Flugzeugs keinen Zugriff auf gültige Fluggeschwindigkeitsdaten haben .
4 : Der L-1011 verwendet einen ungewöhnlichen und lächerlich komplizierten Typ von AoA-Sensor, der anstelle eines einfachen mechanischen Flügels magisch ein hohles Rohr verwendet, das mit zwei Reihen von Perforationen durchbohrt ist, die mit einem nahe gelegenen Differenzdruck verbunden sind Sensor.
5 : Die Daten, die von jeder Art von Anstellwinkelsensor geliefert werden, sind bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten (wie etwa während des Rollens und des frühen Teils des Starts) aufgrund des sehr niedrigen dynamischen Drucks, der bei diesen niedrigen Geschwindigkeiten auf die Sensoren ausgeübt wird, zwangsläufig bedeutungslos; Richtig funktionierende AoA-Sensoren liefern jedoch auch am Boden bei hohen Fluggeschwindigkeiten gültige Daten.
6 : Aufgrund der oben erwähnten Unzuverlässigkeit der AoA-Sensordaten bei niedrigen Geschwindigkeiten, kombiniert mit der physikalischen Unmöglichkeit, ein am Boden sitzendes Flugzeug zu überziehen, wird das Überziehwarnsystem des L-1011 gesperrt, wenn der Luft/Boden-Schalter des Flugzeugs ist im "Boden"-Modus.
7 : Das spezielle Teilsegment des Autotrim-Systems der 737 MAX (737-7/-8/-9/-10), das die Ausreißer der Nose-Down-Trimmung verursacht hat, ist nur aktiv, wenn die Landeklappen vollständig eingefahren sind.
8 : Dies soll nicht heißen, dass Angriffswinkel dieser Größenordnung nicht in einem typischen Flugzeug erlebt werden können; Die AoA eines Flugzeugs kann sich in einem längeren Strömungsabriss leicht 90 ° nähern (insbesondere einem, der sich in einen flachen Spin verwandelt). Kein Flugzeug, das größer als ein Kampfjet ist – und insbesondere ohne Schubvektorsteuerung – ist jedoch in der Lage, innerhalb einer Sekunde um mehr als 45° nach oben zu neigen ; Die Rotationsträgheit eines großen, langgestreckten, schweren Rumpfes ist einfach viel zu groß, als dass solch ein schnelles, drastisches Manöver physikalisch möglich wäre.
9 : Zum Beispiel enthält das oben erwähnte Durcheinander eines Anstellwinkelsensorsystems des L-1011 einen Motor, der das externe Sensorrohr dreht, um die interne Druckdifferenz des Sensors auszugleichen, und den lokalen Anstellwinkel ausliest, indem er den Winkel misst, durch den hindurch das Sensorrohr wird durch den internen Motor gedreht; Ein Kurzschluss könnte leicht dazu führen, dass der Motor weiterläuft, bis er seine mechanischen Anschläge in der einen oder anderen Richtung erreicht, wodurch das Sensorrohr in einen sehr hohen positiven oder negativen Winkel getrieben wird und dadurch der Sensor veranlasst wird, einen falsch hohen AoA zu melden ( und möglicherweise noch nicht einmal in die richtige Richtung).
Und was genau oder wie werden Sie diese Systeme auf ihre Gesundheit überprüfen? Der AoA-Sensor ist nur ein Sensor, der eine physische Position in eine Spannung umwandelt, aus der eine andere Hardware die Ergebnisse interpretieren kann. Jetzt haben einige Flugzeuge mehrere AoA-Flügel, sodass ein fehlerhafter Flügel erkannt und isoliert werden könnte, wenn seine Eingabedaten nicht mit anderen Sensoren oder verfügbaren Informationen übereinstimmen.
Jetzt wird vieles davon durch Risikobewertung gemildert, dh die Bestimmung der mittleren Ausfallraten, die mit ordnungsgemäß gewarteten Geräten verbunden sind. Ich möchte hinzufügen, dass die Tatsache, dass Sie nur 3 Unfälle zitieren, die mit Millionen Flugstunden von Luftfahrtunternehmen in den letzten 60 Jahren des modernen Luftverkehrs verbunden sind, darauf hinzudeuten scheint, dass das Risiko dieser Unfälle so gering ist, dass es im Vergleich dazu einfach trivial sein kann Zusätzliche Gewichtszunahme bilden zusätzliche Systeme. Zweitens ist dies eine Art Quarterbacking am Montagmorgen, da es leicht zu sagen ist, dass es jetzt NACH diesen Pannen passiert. Denken Sie drittens daran, dass diese Flugzeuge im Beispiel der L1011 Produkte ihrer Zeit sind und dass das Flugzeugdesign ein sich ständig weiterentwickelnder Prozess ist. Wir werden immer besser, und oft wurden unsere besten Lektionen mit dem Blut der weniger Glücklichen bezahlt.
Die meisten modernen Systeme, wie sie in Air Data System, Stall Warning, Primary Flight Control Computers zu finden sind, führen bereits gebundene Überprüfungen der Messwerte durch. Wenn eine AOA-Messung außerhalb programmierter statischer Schwellenwerte liegt, typischerweise sehr negativ oder sehr groß, kann das System entweder seine Funktionalität sperren oder die Messung ausschließen. Dies ist so ziemlich alles, was eine Plausibilitätsprüfung mit einer isolierten Messung tun kann (andere Prüfungen umfassen Signalintegritätsprüfungen, wie z. B. Paritätsprüfungen, die hier nicht von Interesse sind).
Bei den anderen von Ihnen vorgeschlagenen Kontrollen werden zwangsläufig andere Messungen durchgeführt.
Das erste Problem ist, wenn eine Messung nicht mit Ihrer vom Modell vorhergesagten Messung übereinstimmt, wie können Sie feststellen, welche fehlerhaft ist? Ist es das Gewicht, der Aufpralldruck, Nz, TAT oder Ihre angenommene CL-Alpha-Kurve bei der gemessenen Mach? Wenn dies ein Abstimmungsschema ist, riskieren Sie, den falschen Sensor abzustimmen und das Problem zu verschärfen. Die Komplexität nimmt sehr schnell zu, da Sie für alle anderen Messungen Gegenprüfungen durchführen müssten und dennoch eine große Grenze hinzufügen müssten, um Unsicherheiten auszugleichen.
Eine bessere Lösung ist der Abgleich mit mehreren AOA-Messungen. Beispielsweise verwendet der A330 den Median der drei AOA-Messungen als Integritätsquelle, während der endgültige AOA-Wert, der für die Steuergesetzeingabe verwendet wird, der ratenbegrenzte Durchschnitt von zwei Abseits-AOAs ist .
Dies kommt zum zweiten Problem der Verfügbarkeit vs. Integrität, das in dieser Antwort ausführlich besprochen wurde .
Es ist eine sehr gute Frage angesichts dessen, was mit dem Absturz von Lion Air Flug 610 passiert ist. Verursacht durch einen einzigen falsch kalibrierten AoA-Sensor, der zu 189 Todesfällen führte.
Einzelne Eingaben in die Flugautomatisierung sind zulässig, wenn die einzelnen Eingaben von den Bordsystemen sicher ignoriert werden können. Eine Sicherheitsanalyse berücksichtigt:
Wie auch in dieser Antwort diskutiert : Es muss in der Sicherheitsanalyse gezeigt werden, dass die Wahrscheinlichkeit eines katastrophalen Ausfalls weniger als eins zu einer Milliarde Flugstunden beträgt. Das geht aus einer Analyse hervor, die nur dann statistisch verifiziert werden kann, wenn die Flotte mehrere hundert Milliarden Flugstunden angesammelt hat.
Und hier ist das Vorgehen bei der B737MAX-Zertifizierung in die Irre gegangen. Der Hardover-Ausfall des AoA-Sensors hatte katastrophale Folgen und war eine einzelne Eingabe in ein flugkritisches System. Aeronautical Engineering 101: Tun Sie dies niemals. Ich bin sicher, dass alle Boeing-Ingenieure, die am Systemdesign beteiligt waren, sich der möglichen Auswirkungen bewusst waren, die Veröffentlichung der internen Kommunikation hat ihre Bedenken und Flaggen gezeigt.
Ja, eine Plausibilitätsprüfung kann sinnvoll sein, insbesondere im Nachhinein 10/10. Aber in der Systemsicherheit kann jede Aktion eine unbeabsichtigte Folge haben, wie in der Softwareprogrammierung: Jede Anweisung kann einen Fehler einführen, der natürlich nie vorhergesehen wurde. Selbst die Warnung des Piloten, dass etwas mit der AoA-Eingabe nicht stimmen könnte, kann die Arbeitsbelastung und den Stress vor dem Start erhöhen, was zu mehr Zwischenfällen führt als ohne die Warnung. Und es kann sein, dass die Sicherheitsanalyse überzeugende Argumente für diese Seite der Medaille liefert.
Bild aus dem Absturzbericht
Aber selbst eine einfache Plausibilitätsprüfung am Boden kann Fallstricke haben. Wird der AoA-Sensor aufgrund der Schwerkraft immer nach unten ausgelenkt, was einen negativen AoA anzeigt. oder ist seine Position auf dem Boden aufgrund einer geringen Massenunwucht und einer zulässigen Reibung undefiniert? Die AoA-Sensoren zeigten am Boden einen Unterschied von 10°. Würden dann alle automatisierten Systeme und Überziehwarnungen, die AoA-Eingabe verwenden, getrennt werden, was zu möglichen anderen Gefahrenszenarien oder Konsequenzen für die Zuverlässigkeit des Versands führen würde?
Der AoA-Sensor in der B737 max wird in gewissem Sinne auf Plausibilität geprüft: Beim vorangegangenen Lion Air-Flug erschienen SPD- und ALT-Flags auf dem PFD, und die Warnleuchten SPEED TRIM und MACH TRIM leuchteten auf. Als Ergebnis der von der Wartung durchgeführten Fehlerbehebung, auch aus dem Absturzbericht:
Der AFML-Eintrag gab an, dass der Ingenieur in Denpasar beabsichtigte, den AOA-Sensor zur Fehlersuche aufgrund eines sich wiederholenden Problems auszutauschen.
Alles in allem wirkt das einheitliche FCC-Design der B737 wie ein Erbe aus einer vergangenen Ära – was es auch ist. Ausfälle von AoA-Sensoren hatten vor MAX keine Katastrophen in der B737-Flotte zur Folge. Aus dem Bericht Seite 195:
Fehlerhafte AOA-Signale sind keine häufigen Ereignisse. Boeing berichtete, dass in den letzten 17 Jahren in mehr als 240 Millionen Flugstunden in 737 Flugzeugen 25 Aktivierungen des Stick Shakers vor allem aufgrund von AOA-Fehlern aufgetreten sind. Die MCAS-Architektur mit redundanten AOA-Eingängen für MCAS hätte in Betracht gezogen werden können, war jedoch aufgrund der FHA-Klassifizierung von Major nicht erforderlich.
Es gibt Druck von Seiten der Fluggesellschaften, die Ausbildung von Typgemeinsamkeiten und begrenzten Unterschieden beizubehalten. Alles gut, aber Sorgfaltspflicht muss eingehalten werden, um uns, die Passagiere, zu schützen, um Risiken auszuschließen, die größer als akzeptabel sind.
Flugzeuge haben normalerweise "nicht einverstanden"-Warnungen, wenn redundante Sensoren nicht denselben Messwert liefern (innerhalb einer bestimmten Toleranz). Diese Warnung kann (oder auch nicht) andere Systeme blockieren, die von diesen Sensoren abhängen.
Beispielsweise wurde das MCAS-System in der 737MAX so konzipiert, dass es sich auf zwei AoA-Sensoren stützt. Wenn die beiden Sensoren nicht übereinstimmten, erhielten die Piloten eine Warnung und MCAS wurde gesperrt, da es nicht wissen würde, welchem Sensor es glauben soll, und einen Absturz verursachen könnte. Leider wurde der zweite AoA-Eingang später zu einer optionalen Funktion geändert, und zwei Flugzeuge, die ohne diese Funktion gekauft wurden (obwohl sie physisch mit mehreren AoA-Sensoren ausgestattet waren), stürzten ab, weil der Ausfall des einzelnen an MCAS angeschlossenen AoA-Sensors daher nicht erkannt wurde .
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