空速指示不可靠

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前言

preface 

空速指示不可靠是空客非正常程序中最复杂的几个之一，良好的处置需要飞行机组较强的综合能力，本文从空速不可靠的典型案例、现象识别、系统影响、处置程序、常见问题等几个方面进行了一些探讨。


01

案例分析

PART1

案例1：
1996年10月2日，秘鲁航空公司一架波音757-200飞机从迈阿密开往智利圣地亚哥，起飞后空速、高度指示出现异彻底消失在常，且超速和失速警告同时响起，飞行机组困扰于错误的参数和相互矛盾的警告，几乎完全丧失了情景意识。飞机在发出紧急信号后约25分钟撞击水面，所有的9位机组成员和61位乘客全部遇难。

事故调查最终表明，飞机的静压孔被胶带完全封死。这是因为起飞之前，地勤人员刚刚清洁了这架飞机，作为清洁之前的例行程序，地勤人员用胶带保护静压孔，但事后忘记撕下。因为胶带是与机身相近的银色，并且当时为夜航，所以机长在绕机检查时未能发现这个问题。

案例2：
2009年6月23日，一架西北航空公司的空客A330-300飞机执行从香港飞往东京的航班，飞机搭载了208名乘客及9名机组人员，在中国的东海岸上空飞行时（FL390），飞机遭遇了紊流且挡风玻璃上看到雨点，随后3套空速指示都出现了问题，ADR1和备用仪表的空速指示在245节到110 节之间波动，（ADR2的数据未被FDR记录到），自动驾驶和自动推力断开，电传操纵系统变为备用法则，伴随多种告警响起。

机长意识到发生了空速不可靠，按照程序要求控制飞机的推力和俯仰，以最短的距离飞离了雨区。在这之后，相关系统都恢复了正常。由于操纵得当，在空速指示恢复正常时，飞机的速度与目标速度的偏差仅不到5节。这次意外事件持续了大约3分钟。

从以往的飞行案例来看，人为错误和天气因素等原因都可能造成空速不可靠。如果机组准备不充分，判断不准确，处置不及时，可能会造成严重甚至灾难性的后果。

02

空速不可靠的识别

PART2

在空速不可靠刚发生时，如果飞行机组没有及时、准确判明当前的情况，其思维可能还会停留在正常飞行参数的对应关系上，例如当皮托管堵塞导致指示空速异常地减小时，如果飞行员增加推力，减小姿态以尝试恢复速度，则必然会导致空中特情的复杂化，甚至使飞机进入难以改出的复杂状态中。

1、空速不可靠的原因：

空速由ADR提供，数据来源于皮托管和静压孔，任何影响到这两种探头探测功能的情况都会导致空速不可靠。例如：
  • 降水、结冰、沙尘等恶劣天气导致皮托管堵塞；
  • 雷达天线罩变形，产生的气流扰动会导致后方的动压和静压探测不准；
  • 探头加温故障，导致探头积冰。

若存在上述情况，飞行机组应警惕出现空速不可靠的潜在风险。

另外，部分起飞时发生的空速不可靠是由于皮托管堵套没有摘掉导致的，认真的执行外部绕机检查可以很大程度上避免此类问题。

2、空速不可靠的现象

空速不可靠的现象可能在飞行中体现为：

  • ADR 1、2、3、备用仪表之间空速不一致；

  • 指示空速或气压高度非预期的增加、减少、恒定不变或有明显波动；

  • AP/FD/ATHR的异常反应；

  • 与空速指示相矛盾的失速警告和/或超速警告；

  • 无线电高度和气压高度指示相矛盾；

  • 起落架无法正常放出；

  • 基本飞行参数之间的对应关系不正常，例如：

  1. 在大仰角姿态时，IAS增加。

  2. 在大俯角姿态时，IAS减少。

  3. 机头下俯并且飞机在下降时，IAS减少


不正常的飞行参数关系示例

需要注意的是，空速不可靠的现象会根据探头堵塞的数量和状态不同而呈现多样化，所以并没有一个单一的规则可以识别出所有的空速不可靠的迹象！

03

相关系统在空速不可靠时的状态

PART3

空速不可靠的情况发生后，除了空速指示不准确外，警告系统、飞行操纵系统、自动飞行系统都会不同程度的受到影响。

FWC、ELAC、FMGC、FAC会接收3部ADR的信息。在空速不可靠的情况发生时，3部ADR所提供的数据可能是不一致的。当这些相互矛盾的信息传递给了上述计算机时，不同的系统会有不同的反应，并在驾驶舱中衍生出一系列的现象。

理解3部ADR数据与相关系统的交互逻辑，有助于我们更好的理解空速不可靠所带来的各种复杂的驾驶舱现象，下面我们逐一进行分析。

1、警告系统
3部ADR为FWC提供空速信息，只要有任意1部ADR探测到超速，FWC就会生成超速警告。所以在空速不可靠的情况发生时，飞行员可能并未在速度带上看到超速的指示，却听到了超速警告响起。
任意一部ADR探测到超速就会触发警告

同时应该注意，空速不可靠时，超速警告的信号可能来源于堵塞的皮托管或静压孔，所以并不能通过超速警告来判断飞机真的处于超速状态。

FWC同样提供失速警告，其信号来自迎角传感器探测到的迎角数据。与超速类似，只要任意一部ADR提供的迎角数据超限，就会触发失速警告。由于空速不可靠的原因是皮托管或静压孔的数据探测出了问题，而不是迎角传感器，所以在空速不可靠的情况下，失速警告是可信的。

在本文开头的第一个案例中，超速警告和失速警告同时响起，这并不是警告系统出了故障，而是由于当时飞机处于失速状态，但某部ADR却提供了错误的超速信号。再次强调，如果发生这种情况，要相信失速警告！

2、飞行操纵系统
飞行操纵计算机需要ADR的空速信息来实现计算和控制功能。但ELAC计算机无法判断空速信息是否可靠。

如果3部ADR数据有差异，飞行操纵计算机会使用“多数原则”进行筛选。


当一部ADR数据与其他两部有明显差异时，飞行操纵计算机会自动排除这个不一致的数据源，并使用剩余两部数据源。此时，飞行操纵法则依然为正常法则，并提供正常法则的保护功能。

如果三部ADR的数据都不一致，飞行操纵计算机就无法以“多数原则”确定数据来源，这时飞机将会降级到备用法则，相关保护也会失去。

所以要维持飞行操纵系统的正常法则和保护，至少要有两部提供一致数据的ADR。但这种以多数原则为准的逻辑，在空速指示不可靠的情况下存在一项严重的风险。我们可以试想一种情况，因为恶劣天气，有两部ADR的皮托管同时发生堵塞，且堵塞时的状态相同，而剩余的一部ADR是正常的，这时候，飞行操纵计算机按照多数原则，会将唯一正确的ADR数据源排除，使用两个错误但一致的ADR数据源提供正常法则的控制和保护，这种情况危害极大，例如若这两个一致的数据源提供了错误的超速信号，超速保护将会触发，飞机将进入无法抑制的持续抬头状态。

虽然这种两部或三部ADR探头堵塞状态相同的情况并不常见，但是在实际运行中依然有发生的可能，所以在空速不可靠的程序中，我们可以看到这样的程序动作：

这个动作的目的就是为了避免多部ADR探头堵塞状态相同的情况。关断两部ADR，强制飞机降级到备用法则，也就不会有错误的保护功能被触发了。

3、自动飞行系统
AP/ATHR会根据ADR的空速和高度数据控制飞机，每部FMGC接收三部ADR的数据，与飞行操纵系统类似，如果数据出现不一致，FMGC也会使用“多数原则”进行筛选，如果至少有两部ADR的数据是一样的，AP/ATHR就可以工作。

如果三部ADR的数据相互都不一致，AP/ATHR将会自动断开。

而正如之前提到的，如果两部或三部ADR探头堵塞状态相同，AP/ATHR将使用错误的数据继续工作，导致姿态和推力的异常变化。所以在空速不可靠的情况下，即使AP/ATHR没有自动脱开也必须人工关断进行三脱飞行。
记忆项目的起始动作
飞行航迹稳定后的起始动作

通过以上的分析，可以发现，空速不可靠的现象是较为复杂的，根据探头堵塞的情况不同：

  • 超速警告和失速警告可能同时触发，且可能和你看到的空速指示相矛盾；

  • 飞行操作法则可能是正常也可能是备用；

  • 自动驾驶/自动推力可能是接通的也可能会自动断开。


虽然现象多种多样，但我们可以总结得出以下几点：
  • 超速警告不可信，但要相信失速警告；
  • 正常法则并不保险，可能会触发错误的保护；
  • 即使AP/ATHR没有自动断开，也必须人工三脱飞行。

04

空速不可靠的程序执行逻辑

PART4

这一部分，我们梳理一下空速不可靠的程序执行思路。该程序可以分为几个模块：

模块1：建立安全的航径
由于空速不可靠可能出现在飞行的任何阶段，当识别到空速不可靠的现象时，机组应首先判断安全是否受到影响，如果有任何安全受影响的征兆或飞行机组失去了情景意识，应第一时间执行记忆项目。

在到达安全的高度后，参照QRH的俯仰推力表进行改平，建立安全稳定的飞行航径。如果确认飞行安全不受影响，可不执行记忆项目，直接进入改平排故阶段。

模块2：改平排故
在这个部分，机组的主要工作是建立稳定的平飞航径，并对速度进行交叉检查，看能否识别出哪部ADR提供的信息是正确的。

在这个过程中可使用大气数据转换旋钮、交叉对比空速参数、观察推力和俯仰的变化对空速的影响等多种手段综合判断。

如果能够识别出哪怕至少一部ADR是正常的，只需将不可靠ADR电门关闭，参考可靠的ADR进行飞行，空速指示不可靠程序结束。

需要注意的是，如果有两部ADR的数据不可靠，应在之后的进近中注意以下几点：
  • 备用法则，放轮后进入直接法则；
  • 若受影响的是ADR1+3，进近中需要重力放轮；
  • 若受影响的是ADR1+2，进近中襟缝翼手柄设置在位置1时，得到的形态是1+F而不是形态1，所以放形态前需要注意检查速度低于形态 1+F的VFE (215 kt)。

如果无法判断哪部ADR的信息是正确的，或明确的识别出了3部ADR信息都不正确，程序将进入第三个模块。

模块3：无速度参考的飞行
如果没有任何一部大气数据是可靠的，飞机机组只能进行无速度参考的飞行，对于后续的飞机操纵，空客提供了两种方法，
  • 使用QRH中提供的俯仰推力表
  • 使用备用速度带Backup Speed Scale（BUSS）

具体使用哪一种方法，需按照飞行高度层FL250进行划分：
  • 高于FL250：关闭任意两部ADR，参考QRH中的俯仰推力表飞行，同时，尽快飞离结冰环境。
  • 低于FL250：关闭 3 部ADR（或者使用飞机上选装的BUSS电门） 以显示BUSS，并按速度刻度上的绿色区域飞行。
无论使用哪种方法，飞行机组都可参考MCDU 中GPS monitor 页面上的GPS 高度和GPS地速，ND上的IRS地速以及2500ft AGL以下出现的无线电高度来提升情景意识。

若使用BUSS，PFD上备用速度带将取代空速指示，GPS高度取代高度表。关断三部ADR后，需要执行《所有ADR关》 QRH程序，这个程序主要针对两个方面，一是如何人工控制座舱增压，二是进近中的一些操作注意事项。

程序流程图：

05

关于空速不可靠的一些问题

PART5

1、 空速不可靠时可以参考小鸟（FPV）吗？
根据系统原理，如果皮托管堵塞，速度指示是错误的，但高度、垂直速度和FPV的指示是正确的，而如果静压孔堵塞，速度，高度、垂直速度、FPV都是错误的。

皮托管或静压孔阻塞对各种参数的影响

需要注意，静压孔堵塞比皮托管堵塞对飞机的影响更大（实际操作中可通过检查气压高度的合理性来判断静压孔是否工作正常）。

因此：
  • 如果气压高度可靠，可以参考FPV，且垂直速度也是正确的。
  • 如果气压高度不可靠，不能参考FPV，且ATC应答机可能将错误的高度发送给空管或其它飞机，在这种情况下，飞行机组应立即将情况通知ATC。

2、为什么FL 250以上不使用BUSS？
在高空中不推荐使用BUSS的原因是由于在高空中（特别是FL250以上）空速不可靠的现象并非是持续性的。

空客对运行数据的分析得出一个结论：

低高度时皮托管堵塞是由于外来物、雨或严重结冰导致的，此时出现的空速不可靠多数是长期的。

在高高度，一般FL 250以上，大部分空速不可靠都是暂时的，它们通常是由于皮托管在特殊的气象条件下受到雨或冰的污染。运行中的经验表明这种污染仅会持续较短的时间，通常在几分钟之后速度指示即可恢复正常（例如本文开头的第二个案例）。如果这时候使用了BUSS（特别是通过关闭3部ADR触发的不可逆BUSS），机组将难以发现速度何时恢复正常，反而影响后续的处置。

所以，在程序执行的理念上：


  • 低空中空速不可靠要做好长期奋战的心理准备；


  • 高空的空速不可靠，应对故障的可恢复性抱有信心，控制飞机尽快飞离不利的天气条件并持续关注空速是否恢复正常。



另外，对于模拟机训练，若在高空中飞这个科目，教员可考虑在合适的时机清除故障，从而提升训练和实际的一致性。

3、关闭三部ADR使用BUSS功能时，失速警告还在吗？
BUSS带来了一项新的ADIRU标准，即通过IR而不是ADR来提供迎角信息。所以，即使关断三部ADR，失速警告功能依然存在。

4、某些A320飞机关闭三部ADR后，会显示ADR1+2 FAULT、ADR1+3 FAULT、ADR2+3 FAULT  ECAM信息，相关的ECAM动作需要执行吗？

关闭3部ADR后，版本较老的A320会显示这样的信息  
如果出现，忽略这个ECAM信息。直接参考《所有ADR关》QRH程序。

5、使用BUSS 飞行时能否使用减速板？如何收放形态？                                                         
因为BUSS的计算模型是按减速板收起设计的，因此BUSS 飞行时不要使用减速板，否则将会导致 BUSS 提供的显示与实际情况不一致。

BUSS不会显示具体的的襟缝翼收放特征速度。为保证收放襟缝翼的速度是安全的，在收回到下一个襟翼形态之前，应在绿区较高的部分飞行；在放出到下一个襟翼形态之前，应在绿区较低部分飞行。同时建议执行稳定进近且应在机翼水平的状态下改变飞机形态。

6、 程序中要求FL250以上，关闭任意两部ADR。那么关闭哪两部比较好呢？
前文中提到，关闭任意两部ADR，是为了避免飞行操纵使用错误但一致的数据，触发错误的保护。

其实关闭哪两部都可以。但从操作的角度来说，如果留着备用的那一部，机长和副驾驶空速带都是故障旗，结冰消失，空速恢复正常的时候，机组可能无法第一时间发现。如果保留PF那侧的一部，错误的空速信息有可能对PF的操纵造成干扰（例如操纵的过程中习惯性的参考PFD上的空速）。

从这个角度来说，个人觉得留着PM侧的一部可能比较好。空速带的故障旗可以让PF将注意力更多的集中在推力和姿态的控制上，而PM可以随时监视空速指示的状态，一旦恢复正常，能够第一时间发现。

7、DBUS是什么？
DBUS：数字备份速度/高度  Digital Backup Speed

DBUS是空客研发的新一代应对空速不可靠的技术，并在部分飞机上进行了安装。这种进阶版的设计依靠升力公式、迎角、飞机重量、载荷因数等数据，为机组提供了有速度数值显示的备用空速带。
DBUS的显示

同时，DBUS也结合了速度监控功能，飞机终于可以对空速源的可靠性进行自主判断了，相关的故障信息会显示在ECAM上，提供了每条空速源的有效状态（可靠，不确定，故障）以及推荐的空速源选择。
关于速度源可靠性状态的ECAM信息

对飞行机组来说，这种新技术降低了空速不可靠的识别难度，也减轻了机组的工作负荷和操纵难度，在未来全面推广后，将为飞行员处置空速不可靠提供有力的协助，有机会我们单独写一篇文章详细讨论一下。


结语

 summary

空速不可靠在历史上引发过多起严重的事故，若在实际运行中遭遇空速不可靠，对任何机组来说都是严峻的挑战。快速的故障现象识别、良好的系统理论支撑、清晰的程序处置思路，对空速不可靠的成功处置都十分重要。


首先，由于空速不可靠发生时驾驶舱现象的多样性，其本身可能无法像其他故障那样可以被快速识别，但能够清晰的判明故障并快速构建起这种非正常情况下的情景意识，是后续成功处置的首要前提，因此，更加体现了理论学习和模拟机训练的重要性。


其次，飞行机组应对程序的整体框架有清晰的认知，针对不同的阶段有明确的处置思路。在程序执行初期，如果安全受到影响，第一时间执行记忆项目，安全的高度改平后，注意判断是否有ADR工作正常，最极端的条件下，如果3部ADR都受到影响，使用合适的方法进行无速度参考的飞行，并在后续（特别是高空中）关注速度指示是否恢复正常。


最后，对此类非常情况的最好应对永远是防患于未然。严格执行外部绕机检查、对恶劣天气有效的进行规避，都可以一定程度上降低空速不可靠的发生的潜在风险。

THE END
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