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塞斯纳飞机由于复述离场指令错误未被发现,在安全系统中人是最不可靠的因素

伦敦机场小于间隔事故调查报告

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[摘要]本文是探索采用技术手段防范机组错误改变高度和管制员口误的办法。人是肯定会犯错的,在安全系统中人是最不可靠的因素,无数的案例告诉我们,靠人来看着其他人同样是不可靠的,是根本看不住的,只有采取技术手段,用机器取代人来监控,人在犯错之前就会得到提醒,进而实现不犯错的目的,这样才能从根本上减少人为因素事件的发生。

2009年7月27日,一架德国斯图加特航空公司塞斯纳525型飞机由伦敦城市机场起飞执行旅客包机任务,机组没有按照标准离场程序中起始上升高度修正海压3000英尺保持的规定,继续爬升至修正海压4000英尺,与至伦敦希思罗机场落地的土耳其航空公司波音777-300型飞机发生冲突。实际最小侧向间隔0.5海里,垂直间隔100至200英尺。事故中,两架飞机没有人员受伤。1、事故调查英国航空事故调查委员会认定此事件为严重事故,随后开展调查。调查发现的主要情况包括:1)
事故发生时,土耳其航空公司波音777-300型飞机正在执行指令下降至4000英尺;2)
事故发生时,空管工作负荷处于正常状态;3)
塞斯纳飞机由于复述离场指令错误未被发现,从而飞错高度;4)
两架飞机均安装了TCAS设备,并且工作正常;5) 塞斯纳飞机安装了TCAS 1,
只能提供TA告警服务。但机长指出,事发时,没有收到告警;6)
波音777收到连续三次TCAS
RA告警,包括:有穿越,下降;尽快下降;尽快上升。但机组没有按照国际民航组织有关标准运行规范执行上述指令;7)
塞斯纳飞机机组目视发现波音飞机,并采取了有效的避让动作;8)
整个冲突过程中,波音飞机只有坐在右侧观察员座位的飞行员发现了塞斯纳飞机;9)
管制席位短期冲突告警启动,这种告警经常因伦敦城市机场起飞飞机爬升率较大而启动,同时,也没有给管制员足够的反应时间处置此次冲突;10)塞斯纳机组要求开车时,管制员同意并发出离场许可。但机组的复述不完整,并且高度复述错误。管制员只纠正了机组复述遗漏部分,却没有纠正机组的高度错误;11)伦敦城市机场要求飞机离地后实施全油门起飞直至飞机改平前1分钟以内,这种离场规定很少见;2、安全建议措施1)建议空管部门采取必要措施,降低伦敦城市机场起飞飞机与至伦敦希思罗机场落地飞机之间的冲突风险;2)建议伦敦城市机场修订所有标准离场程序,以便起飞飞机保持3000英尺离场;3)建议伦敦城市机场取消标准离场程序中的阶梯爬升程序;4)建议土耳其民航局确保土耳其航空公司按照国际民航组织有关标准运行规范开展TCAS培训;5)建议英国民航局考虑所有在上述伦敦终端区内运行的航空器强制安装TCAS
II设备。

波音757飞机是波音公司生产的200座级单走道双发窄体中程民航运输机。由于上世纪七十年代石油价格猛涨,燃油消耗占航空运输直接使用成本提高。当时所使用的民航客机燃油消耗较高,迫切需要低油耗的新型民航客机。在20世纪70年代中期,波音决定研制200座级新机型以取代波音727、部分波音707。最初定名为7N7(N:窄体),在获得英国航空公司和美国东方航空公司的40架启动订单和42架意向订货后,波音公司在1979年3月正式启动了7N7研制计划,在波音727的基础上采用了新机翼和先进发动机,通过降低油耗、减轻机体重量来降低使用成本。1979年末,7N7正式更名为波音757。在研制初期,波音发现与同期研制的波音767相似,波音决定修改部分设计,使波音757、波音767这两种新机型在设计、制造和操作方面具有互换性。

一、引言

厦门航空最一架波音757飞机

随着航班流量的快速增加,机组错误改变高度和管制员口误导致的飞行冲突日益增加,给空管安全保障工作带来巨大的影响。本文对采用技术手段防范管制员口误和机组错误改变高度的可行性进行分析,力图降低此类事件发生的可能性,从而实现系统安全。

一、 波音757系列飞机飞行事故统计分析

二、 案例分析

自首次交付客户使用以来,波音757飞机共发生6起飞行事故,其中机毁人亡4起,飞机损毁飞行事故2起,飞行事故百万架次率0.22。按飞行阶段划分,起飞1起,进近着陆5起。按主要原因分,机组操纵错误1起,机械故障2起,交通管制1起,遭遇风切变1起,综合因素1起。由于该型飞机最先采用电子飞行仪表,初期暴露出机组在电子仪表适应方面的不足,当仪表显示异常时,飞行员判断不准确,处置不当,有的诱发事故。

1、IB-TM-2016-001国外典型空中交通事件信息通告中第三个案例

邮航首架波音757客改货飞机正式交付

2011 年 6 月,在瑞士苏黎世进近管制区,管制原因导致德翼航A319 与雷神 390
危险接近的案例中,管制员指挥德国之翼的2529航班下降FL280保持,但由于口误,错误地说成是下降FL250保持,随后管制员在自动化系统中输入了正确的高度FL280,此时相对飞行的雷神390航班,高度由FL230上升到FL270,在上升穿越FL240时,两机发生TCAS告警避让。

二、波音757系列飞机人员遇难飞行事故1、1995年12月10日,波音757-223客机撞山事故

事件调查报告中指出:两架飞机都装有应答机,该设备与其他机载设备一起能够将输入飞机系统的高度数据反馈到地面雷达站。然而,由于技术原因,瑞士空中交通管制无法使用该数据,从而无法将该数据与输入到管制系统中的数据进行比较,因此无法在两者不一致时得到警告。

事故经过

安全建议462号:瑞士联邦民航局应该要求空中交通管制部门改进空管自动化系统,确保在输入空管自动化系统的高度与输入飞机系统的飞行高度不符时,能够发出警报。

1995年12月10日,美国航空公司一架波音757-223客机,执行965国际航班任务,从美国迈阿密飞往哥伦比亚卡利,机上163人。

瑞士空中导航服务公司Skyguide正在进行一项实施S模式加强型监控的项目,目前已经进入研发阶段。要做到这一点,第一步就是要在
2012 年引入辅助监控,将飞机
上设置的飞行高度以相应的标牌显示在雷达显示器上。

美国东部标准时间(EST)18:34,飞机从迈阿密起飞。21:34,当飞机下降到20000英尺时,机组人员联系卡利机场进场管制人员,此时飞机距离卡利机场VOR
63海里。卡利机场允许飞机直线VOR进场,并在图卢阿VOR时报告。1分钟后,飞机允许直线VOR
DME进场19跑道。但是机组人员在飞行管理计算机(FMC)上尽力选择Rozo
NDB。因为他们的“Jeppesen”进场面板上显示“R”,作为“Rome”的代码,机组人员选择了它。但是在FMC数据库里“R”代表“Romeo”,Remeo是距离Rozo
l50海里的助航系统,而两者频率相同。当飞机开始左转朝向Romeo时,飞机飞过了图卢阿VOR。这个转弯引起驾驶舱混乱,因为Rozo
1代表直接进近。开始转弯87秒后,机组人员起动航向选择HDG
SEL,这样水平导航(LNAV)断开并开始右转。但是前面的左转已经使飞机飞过山脉,因此近地告警系统(GPWS)响起。随着发动机功率增加和机头上仰,机组人员设法使飞机爬升。然而,振杆器报警突然响起,飞机撞在高12000英尺的圣何塞山上,撞击点高度为8900英尺。机上8名机组和151名乘客遇难。

2、IB-TM-2017-003国外典型空中交通事件信息通告中第二个案例

可能原因

2013 年 4
月,在瑞士苏黎世管制区,机组原因导致爱尔兰瑞安航空B737-800客机与葡萄牙航空A319-100客机飞行冲突的案例中,瑞安航空
3595航班错误地执行了发给瑞安航空6DW航班的上升指令,引发了TCAS告警避让。

可能原因:在向19跑道进近时,机组人员缺乏充分的计划,并对自动驾驶仪的使用不当;尽管有许多告警提示他们连续进近不可取,他们仍然进行了不成功的连续进场;机组人员缺乏对垂直导航,近地告警和紧急无线电设备相对位置的了解;当FMS辅助导航系统发生混乱时,机组人员没有及时返回基础无线电导航系统,增加了关键飞行阶段的额外工作负荷。

事件调查报告中指出,截至 2013 年 12 月 10
日,一项名为增强型S模式的许可高度层保持监视系统,将在苏黎世区域管制中心投入运行。当许可高度层输入到Skyvisu后,与飞机上所选定的高度进行对比。如果不相符,立即发出视觉告警。

其他因素:飞行机组试图加速他们的进场和着陆行动以避免潜在的延误;飞行员在执行GPWS脱离机动时减速板仍在放出位置;在执行直接航线的过程中,FMS逻辑电路混乱,导致所有的中间定位点脱离了显示器;FMS生成的导航信息使用的名称与导航图中发布的名称不一致。

三、设计原理

美国航空公司波音757事故飞机

通过以上案例分析可以知道,可应用二次雷达S模式增强型监视功能,获取机组设定的预达高度,再与管制员在自动化系统上设定的预达高度相对比,当二者不同时,发出声音和视觉告警,提示管制员进行核实并予以重点关注。

2、1996年2月6日,波音757-225客机坠海事故

四、技术实现

事故经过

S模式增强型监视,通过利用飞机更新存储在应答机寄存器BDS中的信息,可以获得下行飞机参数DAP,这些参数被发送给管制使用。

1996年2月6日,伯根航空公司一架波音757-225客机,执行ALW301国际非预定航班任务,从多米尼加共和国普拉塔机场飞往德国法兰克福,机上189人。

S模式雷达能够通过两种不同的方式获得这些参数:静态增强监视和动态增强监视。

23:42,飞机从普拉塔机场起飞,经甘德和柏林飞往法兰克福。在起飞后速度80节时,机长发现他的空速指示器(ASI)工作不正常,而副驾驶员空速指示器看起来似乎工作正常。当飞机爬升到4700英尺时,机长的ASI读数为350节(真实空速约220节),这导致自动驾驶仪/自动油门杆为了使空速降低而增加仰角和减少推力,以减小空速。此时,机组人员获得“Rudder
ratio”和“Mach
airspeed”告警。副驾驶员陈述他的ASI读数下降到200节时仍然获得速度过大告警,两名飞行员都感到很迷惑,紧接着振杆器报警,这使得飞行员认为两个ASI都不可靠。最终他们认识到飞机失去速度和高度,于是断开自动驾驶仪并使用全推力。23:47:17,近地告警系统报警。8秒钟后飞机坠海,机上人员全部遇难。ASI读数不正确的可能原因是空速管阻塞,这次飞行前3~4天没有盖防护套。

其中静态增强监视可提供的信息中包括BDS40:飞机意图Aircraft
intention,这个信息就是我们需要的信息,我们只需要获取BDS40,并在自动化中进行数据处理,与管制员在自动化中输入的预达高度进行比对,实现监控和告警功能。(S模式雷达技术资料摘自《空中交通管理》2011年第2期,作者华北空管局王晓松)

可能的原因

五、应用价值

机组未能认识到振杆器报警是告警接近失速状态,未能从失控状态执行恢复程序。

当机组错误地执行管制指令时,由于机组设定的预达高度与管制员在自动化中设定的预达高度不符,会发出告警提示。当管制员输入到自动化的预达高度是正确的,却口误发出错误指令时,机组输入的错误指令将与管制员在自动化中输入的正确指令不符,同样会发出告警。只有当管制员在自动化输入的指令和波道里发出的语音指令都错误时,才无法发出告警提示,但那属于管制员错误指挥,不属于口误和机组错误范畴。关于管制员错误指挥的技术防范手段,可采用潜在冲突探测预警的办法实现。简单地说,就是当管制员输入的预达高度与其他飞行有冲突时,自动化发出告警提示管制员指令错误。

3、1996年10月2日,波音757-23A客机撞山事故

该系统可以快速提醒和纠正机组和管制员的错误,大大提高空管系统安全保障能力,特别是在无法实施侧向偏置的情况下,尤为重要。

事故经过

总而言之,人是肯定会犯错的,在安全系统中人是最不可靠的因素,无数的案例告诉我们,靠人来看着其他人同样是不可靠的,是根本看不住的,只有采取技术手段,用机器取代人来监控,人在犯错之前就会得到提醒,进而实现不犯错的目的,这样才能从根本上减少人为因素事件的发生。

1996年10月2日,秘鲁航空公司一架波音757-23A客机,执行603国际航班任务,从秘鲁利马飞往智利圣地亚哥,机上70人。

12:42,飞机从利马15跑道起飞,起飞后5分钟,机组人员报告他们的仪表故障,并表明准备返航。在开始爬升时,空速与高度指示器显示数据太低。在静风条件下,风切变告警器突然告警。当飞机开始转向利马前,飞机已经爬升到l3000英尺。返航时,机长空速和高度指示器指示过高,出现超速告警。同时,副驾驶员空速指示器太低,引发振杆器告警。飞机继续下降,以10度角、260节速度左机翼和1号发动机撞上水面。机长拉起约200英尺,倒扣坠海,机长空速指示器指示速度450节,高度9500英尺。机上人员全部遇难。

事故原因

初步调查结果表明,飞机左侧的三个静态端口被遮蔽胶带遮住了。遮蔽胶带用于飞行前擦洗飞机时遮盖静态端口防水。

秘鲁航空公司波音757事故飞机

4、2002年7月1日,波音757-23APF货机与图-154相撞

事故经过

2002年7月1日,敦豪国际快运公司(DHL)一架波音757-23APF货机,执行611国际航空货运任务,从意大利贝加莫飞往比利时布鲁塞尔,机上机组2人。机上2人、其他69人遇难。

2002年7月1日,俄罗斯巴什克里安(Bashkirian)航空公司一架图l54M飞机(2937航班)从莫斯科飞往巴塞罗那,23:30:11,通信工作由德国慕尼黑移交给苏黎世航空ACC,当时,1名操作员负责整个空中交通管制,他监控着两个频段和两个雷达范围。其中一个频率(119.925)负责腓特烈港(Friedrichshafen)的进场,另一个频率(128.050)控制4架飞机。其中包括图-l54M与敦豪国际快运公司的一架从贝加莫飞往布鲁塞尔的波音757-200货机(611航班)。而图-154M与该架波音757-200属于同一频段且飞行高度都是36000英尺。

23:25:43与23:33:11之间,操作员几次设法与Friedrichshafen通过电话建立联系,但是都没有成功。23:34:42,由于波音757-200也在同一空域,图-154M收到一个警告,7秒钟后雷达操作员要求其下降到35000英尺高度。

23:42:56,两架飞机都收到机载TCAS要求下降的告警,DHL的波音757-200机组人员按照这一指令开始下降。与此同时,图-154M收到ATC要求下降和机载TCAS要求上升的两个冲突的建议,7秒钟后ATC再次重复下降指令,最终图-l54M按照ATC的建议下降。稍后DHL的波音757-200的机载TCAS再次告警“决速下降”,于是机组人员联系ATC,并报告他们正在下降。两架飞机相撞前8秒钟,由于两架飞机同时下降,图-l54M机载TCAS告警“快速爬升”来避免相撞。两架飞机都在检查对方的飞机,都在为避免相撞做努力。尽管如此,23:35:32,大约在高度35400英尺两架飞机相撞,波音757飞机垂尾撞上图-154飞机紧急出口上部的机身,图-154撞断波音飞机80%的垂尾,图-154解体为4部分,波音757-200飞机失去控制,在图-154飞机北侧8公里处坠毁,机组人员全部遇难。

波音757-23APF货机与图-154相撞示意图

事故原因

以下直接原因已经查明:

1)空中交通管员没有及时通知即将发生的危险接近。在不能保证避开波音757-200飞机的情况下指导图-154飞机下降。

2)图-l54飞机机组按照空管员的指令下降,即使在TCAS警告爬升后,他们仍在下降。这个飞行动作与TCAS
RA指示相反。经分析是由于以下系统原因导致的:

ACAS/TCAS II与飞机航电系统的集成不充分,不能与其所有点形成一一对应。

国际民用航空组织(ICAO)发布的有关ACAS/TCAS条例,以及由此而由国家授权的条例和TCAS生产商和使用方使用的和程序上的指令标准不统一,不仅不完善,甚至有冲突。

3)航空导航服务公司的管理和质量信誉不能保证在夜间连续开放所有工作站。

4)航空导航服务公司的管理问题,导致多年来已经形成了在交通流量低的时候,只有1名空管员工作、另1人休息的不良管理形式。

双机相撞过程示意图

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