飞行操纵交接中​飞行操纵交接中情景意识的转移与确认

百科   2024-08-09 00:38   北京  


飞行操纵交接中
飞行操纵交接中情景意识的转移与确认




——南航飞行总队 李晒高



引言



飞行中,飞行机组分为“操纵飞行员”(PF)和“监控飞行员”(PM)。PF的职责是——负责飞机的操纵如航向、速度、高度、形态和导航等;PM的职责是——负责监控飞机和PF的工作状态、通讯、执行检查单和执行PF发出的工作指令等。PF总是参与飞机飞行(即使当自动飞行仪接通时),并避免任何分散注意力的任务或活动。如果 PF 需要从事可能分散飞机控制的活动,PF 应该将飞机控制权移交给另一名飞行员,然后承担 PM 的角色。

飞行中为减轻工作负荷,在人工飞行起飞,进入稳定爬升后和自动进近着陆前,会接通或脱开自动驾驶仪,进行人工飞行与自动飞行的转换,完成人与自动驾驶仪之间的飞机操纵交接。



01
案例分析



近年来,飞行中因为飞行机组PF和PM之间,人工飞行与自动飞行之间的飞机操纵交接不规范,飞机操纵权属模糊,飞机操纵情景意识缺乏有效的交接与确认,飞行机组没有明确究竟是谁在操纵飞机,导致的不安全事件层出不穷,严重威胁到了飞行安全!

事件一:2007年5月5日,一架肯尼亚航空公司的KQ507航班(波音737NG)由喀麦隆杜阿拉国际机场飞往肯尼亚内罗毕乔莫·肯尼亚塔国际机场,飞机在起飞后几分钟就坠毁了,机上人员(105名乘客及9名机组员)全数罹难。

“KQ507航班”空难,是因为机组将飞机由人工操纵交给自动驾驶操纵后,没有监控自动驾驶是否正常工作并持续监控飞行状态,导致飞机在无人操纵和监控的情况下进入复杂状态而失事。


图一 KQ507航班事故现场


起飞前,机长认为飞机可以在起飞后左转避开雷暴。飞机起飞后正常爬升,机长让副驾驶接通自动驾驶并松开了驾驶杆。然而,副驾驶并没有去接通自动驾驶,反而问了机长另一个问题:“我们应该保持这个航向吗?”机长回答:“是的。”

过了1分钟,无人操纵的飞机突然开始发出警报,“注意坡度!注意坡度!”。这时候机组人员才发现,飞机已经出现一个大的右坡度。机长紧接着接通了自动驾驶,并开始左右来回操纵驾驶杆。驾驶杆左右来回操纵,让刚刚接通的自动驾驶又脱开了。最后时刻,机长和副驾驶同时操纵驾驶杆,可是机长向右,副驾驶向左!两人做出完全相反的操纵,这导致他们对飞机的控制相互抵消。

由于机长在改出的初始阶段持续向右压驾驶杆,再加上持续向右的方向舵输入。虽然在最后阶段,驾驶杆改为向左压到底,但是飞机在起飞后102秒,以空速287节、俯仰角负48度、航向90度、右坡度60度的姿态撞地,飞机全损,所有人员遇难。

机长接通自动驾驶的指令没有得到执行,副驾驶没有对指令进行确认;整个机组没有对驾驶舱仪表进行扫视,人工飞行与自动飞行的飞机操纵交接,没有得到有效确认;人和自动驾驶的飞机操纵情景意识没有转换与建立,导致飞机在无人操纵和监控的情况下进入复杂姿态;再加上机长可能进入了“空间定向障碍”的状态。在夜晚的高空中,飞机外部漆黑一片,没有任何参照物,机长难以辨认上下左右的位置,从而做出了错误的操纵,最后产生无法挽回的后果。


图二 “肯尼亚507航班”起飞后的飞行轨迹复原图


事件分析:“肯尼亚507航班”空难,是因为机组将飞机由人工操纵转为自动驾驶操纵后,没有监控自动驾驶是否正常工作并持续监控飞机状态,导致飞机在无人操纵和监控的情况下进入复杂状态。

这是一起典型的人工飞行与自动飞行飞机操纵交接过程中,机组没有遵守飞机操纵交接(人与自动飞行飞机操纵交接)程序。人工飞行转换自动飞行时,飞机操纵的情景意识没有转换与建立,造成飞机长时间无人操纵与监控,并进入复杂飞行状态。机组在改出复杂状态时,由于夜航复杂天气以及机长可能进入“空间定向障碍”并做出反操纵动作,最后导致飞机起飞后坠毁。


事件二:2009年6月1日,法国航空447号航班原定由巴西里约热内卢加利昂国际机场飞往法国巴黎戴高乐机场,该航班由一架空中客车A330客机执行,载有216名乘客以及12名机组人员。飞机最后在巴西圣佩德罗和圣保罗岛屿附近坠毁,机上人员全数罹难

事故调查分析认为,该次事故最大的可能,是由于空速管结冰引发的系统故障,导致自动飞行仪断开,飞行员必须人工操纵飞机。飞行员在人工操纵飞机过程中,PF和PM没有明确飞机由谁在操纵,飞机操纵交接混乱,使飞机长时间处于叠加操纵状态,飞行员的操纵相互抵消(空客测杆电传操纵特点),导致飞机进入危险的复杂状态而坠毁。


图三 法国航空447号航班飞机碎片


下面是根据舱音记录器和事故记录仪恢复的部分事情经过:

自动飞行脱开后。

02:10:06(博宁/右座副驾驶):“我操纵飞机。”

02:10:07(罗伯特/左座巡航机长):“好的。”

副驾驶博宁将操纵杆向后拉,迫使飞机急速攀升。随后警报大作,“失速!失速!”尽管警报总共响了75次,但从始至终,博宁都将操纵杆持续向后拉,这与正确的动作背道而驰。

02:11:06,在发动机满负荷运转下,机头以18度仰角向上抬起,瞬间水平移动,然后开始冲向大海(飞机失速)。

与波音客机的操纵系统不同,空客的操纵侧杆是与飞机姿态不同步的。尽管飞机正在下降,但罗伯特并不知道,博宁一直在将操纵杆向后拉。飞机朝大海快速垂直下落,而博宁一直拉着操纵杆不放,以致机头始终高高仰起,飞机几乎无法有效增速。

02:11:37(罗伯特):“左座控制!”不幸的是,他似乎也不知道飞机正处于失速状态,也在向后拉操纵杆。尽管机头高高抬起,飞机却以40度下俯航径角下坠,失速警告重新响起。

当休息的机长返回驾驶舱时,失速警告持续鸣响。飞机已返回初始高度,但飞机速度在迅速下降。机头仰角15度,空速为100节,飞机以每分钟10000英尺的速度骤降,俯冲航径角度为41.5度。

失速警告继续闪烁,机长要求博宁保持机翼水平。当飞行高度接近10000英尺时,罗伯特尝试控制飞机,向前推动操纵杆,但飞机已经进入“双重输入”状态,所以,系统选取罗伯特和博宁输入的平均值,而博宁仍在后拉操纵杆,机头持续上仰。

02:13:40(罗伯特):“爬升……爬升……爬升……爬升……”

02:13:40(博宁):“我一直在把操纵杆向后拉!”

最后,博宁将这一关键事实告诉了其他人,他始终对此时飞机的状态无法理解。

02:13:42(机长):“不、不、不……不要爬升……不、不。”

02:13:43(罗伯特):“下降,然后……让我控制……让我控制!”

博宁松开操纵杆,罗伯特终于将机头下俯。飞机开始恢复速度,但它仍以小角度俯冲。当他们接近2000英尺高度时,飞机传感器侦测到飞机正快速接近地面,并发出新的报警。但是,已经没有时间拉起机头,提高速度。然而,在没有通知同事的情况下,博宁再一次向后拉紧操纵杆。45秒后,飞机坠毁。


事件分析:虽然“法航447空难”的起因,是空速管积冰,但是两名飞行员在处理故障时,PF与PM分工不明确,没有正确的交接飞机操纵,反而同时操纵飞机,最后因操纵叠加相互抵消,导致飞机进入了非正常状态,并错过了处置特情的最佳时机,最终导致飞机进入复杂状态并失控坠毁。


事件三:2022年8月,一架A320在沈阳 24 号跑道进近,在最后进近阶段,由于副驾驶脱开自动驾驶,自动飞行转换为人工飞行时,机组没有进行正确的自动飞行与人工飞行的飞机操纵交接和情景意识转换,导致机长在随后的飞行中误认为飞机一直处于自动飞行状态;随后,因管制员指挥,在飞机准备复飞时,机长与副驾驶之间飞机操纵交接程序不规范,也没有进行飞机操纵情景意识的交接与转换,导致飞机在离地1000英尺(330米)至400英尺(130米)的低空阶段,长达1分钟处于无人操纵(自动驾驶脱开)的状态。最后,机长因近地警告触发,观察到飞机状态不正常,并及时接管飞机操纵,避免了一次悲剧的发生。

当天,飞机建立24号盲降,副驾驶断开自动飞行人工操纵飞机,自动推力和飞行指引仪保持接通。场高约1000英尺时,塔台通知机组前机遭遇鸟击,需要检查跑道,做好复飞准备。

机长回复塔台后,发口令“我来吧”,副驾驶回复“好”。

随后,塔台指挥机组复飞。

此时,机长误认为飞机处于自动飞行接通的状态,未监控飞行参数的变化和飞机状态;而副驾驶认为机长在操纵飞机,对飞机状态与指引仪的偏差也未作提醒。

机组按照复飞程序收襟翼,收起落架,机长也未使用侧杆操纵飞机。飞机保持约700英尺/分钟的下降率持续下降高度,通过场高550英尺时,飞机触发主警告,ECAM出现“L/G GEAR NOT DOWN”(起落架未放下)信息,副驾驶反复按压主警告灯尝试止铃,但不成功。机长发口令“襟翼1”,副驾驶完成收襟翼1动作;机长通过按压ECAM控制面板上的EMER CANC(紧急取消)按钮,取消了“起落架未放下”的音响警告;机长观察速度持续增加,下口令“襟翼0”,副驾驶完成收襟翼0动作。

通过场高418英尺时,机长发现飞机姿态、飞行指引仪、垂直速度等参数异常,飞机处于非期望的下降状态。随即按压侧杆接管按钮,带杆增加姿态,操纵飞机上升高度,按管制指挥再次进近,最后正常落地。


事件分析:在此次不安全事件中,因为机组飞机操纵交接程序不规范,在自动飞行转为人工飞行时,以及机长在接管操纵之后,都没有建立完整的飞行操纵情景意识(将人工飞行误认为自动飞行),副驾驶也没有确认机长是否已经完全接管飞机操纵,并建立正确的飞机操纵情景意识,从而导致飞机在长达1分钟的时间内,在低空处于无人操纵的状态。

从以上不安全事例中我们可以看出,飞行中谁在操纵飞机(PF、PM人工飞行或是自动飞行),在整个飞行阶段都是全体飞行机组必须加以明确的重点。飞行中飞机操纵的交接,不仅仅是飞行员之间飞机操纵权属的交接,还必须包括人工飞行与自动飞行之间飞机操纵的交接,更加重要的是——还应包括飞机操纵情景意识的转移与确认!



02
飞机操纵交接与情景意识的转移和确认



每一次飞行,飞行机组PF(操纵飞行员)和PM(监控飞行员)之间、人工飞行与自动飞行之间,正常的飞机操纵交接最少会发生4到5次。据统计,2023年暑运国内日航班量超过16500班。每个航班飞行机组PF与PM之间、人工飞行与自动飞行之间的飞机操纵交接各2次来计算,在正常情况下的飞机操纵交接,每天会超过66000次。

2019年全行业运输航空起降496.62万次(注1),按每起降1架次进行4次(人与人/人与自动飞行之间)飞机操纵交接计算,共完成近2千万次的飞机操纵交接。

在飞行中,飞行机组之间、人工飞行与自动飞行之间应该如何正确的交接飞机操纵?巡航中的飞机操纵交接是不是“飞行关键阶段”?

飞行中,飞行机组之间、人工飞行与自动飞行之间的飞机操纵交接,不仅仅只是飞机操纵权的口头交接。更重要的是:

PF在把飞机操纵权交给PM的同时,要进行飞机操纵情景意识的转移,并确认PM已建立飞行操纵的情景意识而转化为PF。

人工飞行与自动飞行之间的飞机操纵交接,机组应该确认人工飞行/自动飞行转换后的飞行状态并,确保飞机完全处于被监控下的人工或自动飞行飞行。

全行业日平均超过6万次、年平均超2千万次的飞机操纵交接,数量大的同时对飞行安全影响重大。因此应该将飞机操纵交接阶段列为“飞行关键阶段”、飞机操纵交接程序列为“飞行关键程序”。

应该对飞行机组之间和人工飞行与自动飞行之间的飞机操纵交接,进行更加全面的定义和程序制定、更加完善的培训与监控,这样才能够保证飞行中不会出现“无人操纵、监控飞机的现象”。



03
飞机操纵交接的规章政策及建议



(一)政策规章对飞机操纵交接的规定:

2014年7月17日,民航局飞标司颁布的《私用(商用)驾驶员执照实践考试标准(直升机)》(草稿)中,明确了飞机交接的程序。在该“标准”中(“说明/正确的交接航空器/特别说明/第2章节”)规定:

“正确的飞行操纵交接程序(谁在操纵航空器)在飞行时,飞行员都应明确谁是航空器的操纵者。飞行前的简述中应当包括飞行操纵的移交程序。飞行员间的飞行操纵交接建议使用三步交接的程序。

当一名飞行员希望另一名飞行员操纵航空器时,他或她发口令“你操纵”;另一名飞行员确认并立即回答“我操纵”;第一名飞行员再说“你操纵”。当飞行操纵要移回给第一名飞行员时,使用同样的程序。建议移交时还应目视确认,确保对谁操纵航空器没有疑问。”

这是CAAC首次提出的飞机操纵交接程序(简称“三步交接程序”),将飞机操纵交接分为三步:

1.PF发口令       “你操纵”(移交操纵询问)

2.PM准备好后回答 “我操纵”(移交操纵同意)

3.PF移交操纵     “你操纵”(确认操纵移交)

2018年11月18日,民航局发布咨询通告(AC-121-FS-2018-22R1),《机组标准操纵程序》。其中对飞机操纵的交接有明确的规定。在《机组标准操纵程序》

第5.4.(3)章节中规定:“PF 总是参与飞机飞行(即使当自动飞行仪接通时),并避免任何分散注意力的任务或活动。如果 PF 需要从事可能分散飞机控制的活动,PF 应该将飞机控制权移交给另一个飞行员,然后承担 PM 角色。”

第5.4.(4)章节中规定:“PF 和 PM 角色的转移应该通过口头传达和口头接受来进行,包括飞机状态的简短描述。”

这里“飞机状态的简短描述”就是“飞机操纵情景意识的转移与确认”。


(二)目前部分航司关于飞机操纵交接的程序:

目前部分航司现行飞机操纵移交程序为两步:(简称“两步交接程序”)

1.PF发口令       “你操纵”(移交操纵)

2.PM准备好后回答 “我操纵”(移交操纵确认)

“两步交接程序”仅包括了飞机操纵权属的交接,“三步交接程序”包括了飞机操纵权属的交接询问和交接。但是都没有出体现咨询通告(AC-121-FS-2018-22R1)《机组标准操纵程序》中关于“飞机状态的简短描述”部分。也就是说没有关于“飞机操纵情景意识的交接与确认”的内容。

遗憾的是,目前还没有找到人工飞行与自动飞行之间飞机操纵交接的规定与程序。


(三)飞机操纵交接程序与喊话的建议:

PF与PM(人与人)之间的飞机操纵交接,不仅仅是操纵者角色的转换、确认和飞机操纵权属的转移,更重要的是飞机操纵者(PF)要将飞机操纵的情景意识移交给飞机操纵接受者(PM),并确认飞机操纵接受者的飞机操纵情景意识已经正确建立(由PM转变为PF)!

人工飞行与自动飞行(人与自动飞行)之间的飞机操纵交接,不仅仅是接通/脱开自动飞行,更加重要的是要让驾驶舱全体飞行机组明确:是飞行员还是自动驾驶仪在操纵飞机、人工/自动飞行的情景意识是否正确转换、建立为自动/人工飞行的情景意识,为人与人之间的飞机操纵交接做好准备。

任何飞机操纵的交接,都要在程序上明确飞机操纵情景意识的转移与确认!

建议飞行机组之间正常飞机操纵交接采取以下步骤(“四步交接程序”)

1.PF  你操纵(移交询问)

2.PM  我操纵(同意移交)

3.PF  你操纵(正式移交)

PF简短描述飞机状态:自动/人工飞行及其工作模式、高度、  速度、环境因素(帮助PM情景意识恢复)

4.PM  我操纵(确认接受操纵)

PM简短描述飞机状态:自动/人工飞行及其工作模式、高度、  速度、环境因素(确认情景意识恢复) 

飞行机组之间的飞机操纵交接的标准喊话建议:


建议人工飞行与自动飞行之间的飞机操纵交接程序(“四步交接程序)

1.PF 喊话:“脱开/接通自动驾驶(脱开/接通询问)”

2.PM 喊话:“脱开/接通自动驾驶(脱开/接通同意)”

3.PF 动作:脱开/接通自动驾驶

喊话:“脱开/接通自动驾驶,人工/自动飞行,飞机高度/速度、AT/FMA工作模式

4.PM 喊话:“证实脱开/接通自动驾驶,证实人工/    自动飞行,飞机高度/速度、AT/FMA工作模式



04
飞机操纵交接程序的修订、训练与考核



飞机操纵交接,是飞行中简单、重要、数量巨大的“飞行关键阶段”。飞行中如果飞机操纵交接失误则后果十分严重。

2019年全行业运输航空起降496.62万架次(按每起降1架次进行4次飞机操纵交接计算),共完成超2千万次的飞机操纵交接。

按照“人失误定量模型”中的“井口教授模型”(注2)中的最优条件计算,人类重复动作的失误率超过万分之三(可靠率为0.9997)。如果加入环境、人为干扰、时间压力和特情处置等因素,该失误率可能接近百分之十(可靠率为0.91)

这意味着2019年全行业运输航空超2千万次的飞机操纵交接中,可能会发生近2千次、日平均近6次的飞机操纵交接失误或不完整交接。也就是说正常飞行状态下,全行业每天可能发生近6次时间或长或短的,飞机处于无人监控或失控状态。

如果耦合特殊情况发生如复飞、处理故障、人员疲劳或天气等因素,飞机操纵交接失误率将大幅飙升。

鉴于飞机操纵交接的关键性,应尽将“飞机操纵交接阶段”列为“飞行的关键阶段”,同时尽快制定符合民航局发布的咨询通告(AC-121-FS-2018-22R1)《机组标准操纵程序》中第5.4.(3)章节和第5.4.(4)章节的,包含人工/自动飞行转换的“飞机操纵交接的程序”。明确阐明飞机操纵交接包括“人与人”和“人工与自动飞行”之间的飞机操纵交接,同时还应该包含以下内容:

1.飞机操纵权属的交接

2.飞机操纵情景意识的交接

3.飞机操纵情景意识的转移与确认

建议定期组织飞行机组学习包含“人与人”和“人工与自动飞行”之间飞机操纵交接的程序与理论,并将这种培训制度化。让飞行机组理解飞机操纵交接不仅仅局限于飞机操纵权属的交接,更重要的是包括飞机操纵情景意识的交接、转移与确认。时刻保证飞机在监控之下。

建议结合地面培训,对飞行机组进行飞机操纵交接程序、喊话的训练及考核。

结合模拟机训练、航线检查和舱音抽查等措施,强化飞机操纵交接程序与喊话的执行。



05
结语



通过培训、考核、监察等措施,让飞行员执行正确的飞机操纵交接程序并养成习惯。

理论研究表明,21天的动作重复会形成初步的习惯,90天的重复会固化成稳定的习惯(注3)。

人的行为主体是下意识的状态,养成好的飞行习惯的目的是:

因为人在下意识的状态中,好的飞行习惯带来的差错率最小!

好的飞行习惯能够有助于飞行员保护、恢复飞行情景意识!

“敬畏生命、敬畏规章、敬畏职责!”

把简单、重要、数量巨大的“飞机操纵交接”规章化、程序化,避免类似“法航447”、“肯尼亚507”航班的悲剧再次发生,让飞机操纵时刻在飞行员的严密掌控中,把飞行安全时刻掌握在规章、程序的严格执行中!



参考资料:

[1]《2019年民航行业发展统计公报》;

[2]《以人为本的现代工业安全管理》,张新梅  陈国华;

[3]《习惯的力量》,杰克·霍吉.



——本文源自《飞行员》杂志2023年第5期 总第121期



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