5H1W分析：Boeing MCAS机动特性增强系统

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WHO

机动特性增强系统（MCAS）是开发的飞行稳定程序波音这成为臭名昭著的在两起死亡事故的角色737 MAX，造成所有乘客和船员在两个航班，346人的总额。MCAS 最初用于波音 KC-46 Pegasus军用空中加油机以平衡燃油负载，但该飞机以波音 767为基础，允许飞行员控制飞机。

在 MAX 上，MCAS 旨在模仿该系列上一代波音 737 NG 的飞行行为。在 MAX 飞行测试期间，波音公司发现发动机的较大尺寸和位置在某些机动过程中倾向于将机头向上推。工程师们决定使用 MCAS 来对抗这种趋势，因为重大的结构重新设计将非常昂贵和耗时。波音的目标是将MAX 认证为另一个 737 版本，这将吸引航空公司降低飞行员培训成本。美国联邦航空管理局批准了波音公司从飞机手册中删除 MCAS 描述的请求，使飞行员在飞机于 2017 年投入使用时不知道该系统。

WHEN

在 1960 年代，波音 707 安装了避免失速的基本俯仰控制系统。现代软件实现的 MCAS 部署在波音KC-46空军加油机上。

在狮航坠机事件发生后，波音公司和美国联邦航空局仍未透露 MCAS，将飞行员转介到修订后的检查表程序，该程序必须在发生故障时执行。波音随后收到了许多要求提供更多信息的请求，并在另一条消息中透露了 MCAS，并且它可以在没有飞行员输入的情况下进行干预。根据波音公司的说法，MCAS 应该在飞机可能失速之前通过调整水平稳定器来补偿过度的机头向上角度。波音公司否认 MCAS 是一种防失速系统，并强调其目的是改善飞机的操控性。

在经过第二次坠机，埃塞俄比亚当局指出，该过程没有能使机组防止事故，发生的同时修复到MCAS是正在开发中。波音公司承认 MCAS 在这两起事故中都发挥了作用，当时它对来自单一攻角(AoA) 传感器的虚假数据采取了行动。2020 年初，美国联邦航空局、加拿大运输部和 EASA 评估了禁用 MCAS 的飞行测试结果，并建议 MAX 可能根本不需要 MCAS。

WHERE

机动特性增强系统 (MCAS)飞行控制法则在 737 MAX 上实施，以减轻飞机由于其更大、更重、更强大的 CFM LEAP-1B 发动机和短舱的空气动力学效应而产生的俯仰倾向。根据波音公司的说法，MCAS 的既定目标是仅在某些不寻常的飞行条件下在升高的迎角下提供一致的飞机操纵特性，从而使 737 MAX 的性能与其前身737NG相似。这是必要的，以满足波音公司的内部目标，即最大限度地减少对已获得 737NG 资格的飞行员的培训要求。然而，根据 FAA 和 EASA 的说法，即使没有 MCAS，MAX 也会保持稳定。

WHAT

机动特性增强系统 (MCAS)的唯一功能就是指令安定面下俯配平。

当感知迎角 (AOA)“超过基于空速和高度的阈值”时，MCAS系统会启动。这会导致737 Max的水平安定面以0.27度/秒的速率向上倾斜，在10秒内完成2.5度的倾斜。安定面的移动量取决于马赫数。在高马赫数时，安定面的移动量较小；在低马赫数时，安定面的移动量则较大。MCAS系统下的配平系统不会仅仅因为移动了控制轭而停止工作。

如果Max或者其传感器错误地认为其处于较高的迎角（AoA），“MCAS系统功能会重新指令安定面下俯配平。”如果飞行员超控MCAS系统自动指令机头下俯动作，手动配平飞机，MCAS系统则会停止工作。

遇到以下情况，MCAS系统会自动启动：

迎角过高

自动驾驶脱开

襟翼收上位

急转弯

遇到以下情况，MCAS系统会停止工作：

迎角充分降低

-飞行员通过手动调整来控制飞行

WHY

MCAS 设计参数最初设想在高迎角和重力超出正常飞行条件的情况下采取自动纠正措施。试飞员经常将飞机推向极端，因为 FAA 要求飞机按预期运行。在 MCAS 之前，试飞员 Ray Craig 确定飞机飞行不平稳，部分原因是发动机较大。克雷格本来更喜欢空气动力学解决方案，但波音公司决定在软件中实施控制律。

随着 MCAS 的实施，新试飞员 Ed Wilson 表示“MAX 在低速接近失速时无法很好地处理”并建议 MCAS 在更广泛的飞行条件下应用。这要求 MCAS 在正常的重力作用下运行并且，在失速速度下，更快、更大程度地偏转垂直配平——但现在它读取单个 AoA 传感器，造成单点故障，允许错误数据触发 MCAS 向下俯仰机头并迫使飞机进入潜水。“不经意间，门被打开，现在严重的系统异常行为时的繁忙和紧张的时刻起飞后右”，詹金斯说。

迎角显示和迎角不一致灯（如果传感器给出不同读数时发出信号）不是安全操作的关键特征。波音公司为将 AoA 指示器添加到主显示器而收取额外费用。2017 年 11 月，波音工程师发现，如果没有可选的 AoA 指示器软件，标准 AoA 不一致灯无法独立运行，这个问题影响了全球 80% 的机队没有订购该选项。软件补救措施原定于 2020 年推出加长型737 MAX 10，但因狮航事故而加速。此外，该问题直到事后 13 个月才向 FAA 披露。

HOW

波音公司开发了 MCAS 软件更新，以在迎角传感器提供错误数据时提供额外的保护层。该软件已经通过了数百小时的分析、实验室测试、模拟器验证和多次试飞。在最终确定之前，该软件将在飞行中认证测试期间与美国联邦航空管理局 (FAA) 代表进行验证。

正在提议的额外保护层包括：

飞行控制系统现在将比较来自两个 AOA 传感器的输入。如果传感器与襟翼收起的角度相差 5.5 度或更多，则 MCAS 将不会激活。驾驶舱显示器上的指示器会提醒飞行员。

如果 MCAS 在非正常条件下被激活，它只会为每个升高的 AOA 事件提供一个输入。没有已知或预想的故障条件，其中 MCAS 将提供多个输入。

MCAS 指令的稳定器输入永远不会超过机组人员拉回立柱所能抵消的。飞行员将继续始终能够超越 MCAS 并手动控制飞机。

这些更新预计将减少机组在非正常飞行情况下的工作量，并防止错误数据导致 MCAS 激活。

AOA（攻角）指示器为机组人员提供补充信息。AOA 不一致警报为了解飞行员和副驾驶显示器之间的空速和高度差异的可能原因提供了额外的背景信息。这些特征的信息由 AOA 传感器提供。

具体改进内容如下：

MAX 升级中，采用三重冗余 AoA 传感器替代双冗余。

MAX 生产的飞机将有一个激活和可操作的 AoA 不一致警报和一个可选的迎角指示器。所有以前交付的 MAX 飞机的客户都将能够激活 AoA 不一致警报。

要求所有运输类飞机以可视格式向飞行员显示迎角信息，并且所有航空公司都训练其飞行员使用这些信息来获得最大可能的飞机爬升性能。

更新的飞行控制系统将使用两个飞行控制计算机并比较它们的输出。这种向故障安全双通道冗余系统的转变，每台计算机都使用一组独立的传感器，与 737 上使用的架构相比，这是自 1980 年代旧型号 737-300 推出以来的根本变化。