專利維度試析737 MAX MCAS系統(tǒng)的適航認(rèn)證問題

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作者：陸峰 王元元

原標(biāo)題：專利維度試析737 MAX MCAS系統(tǒng)的適航認(rèn)證問題

在剛剛過去的2019年里，美國波音公司可謂是時乖命蹇、危機重重：半年內(nèi)發(fā)生印尼獅航、埃塞航737 MAX兩起空難事故，導(dǎo)致346人死亡,空難調(diào)查表明這兩次空難均與新安裝的“機動特性增強系統(tǒng)”（MCAS）故障引起的客機空中失控有關(guān)，并且MCAS在設(shè)計、適航認(rèn)證、飛行培訓(xùn)等方面都存在重大問題，因此波音飽受公眾、媒體和司法部門的質(zhì)疑和責(zé)難，經(jīng)濟損失累計高達數(shù)十億美金。737 MAX客機于2019年3月遭到全球停飛以來，復(fù)飛預(yù)期一再推遲，12月17日，波音宣布由于美國聯(lián)邦航空局（FAA）認(rèn)證推遲到2020年、恢復(fù)運營和全球培訓(xùn)審批的時間點和條件的不確定性等因素，將暫停生產(chǎn)737 MAX客機。

為何存在嚴(yán)重設(shè)計缺陷的MCAS能夠通過FAA的適航認(rèn)證？為何737 MAX復(fù)飛遙遙無期？本文嘗試從MCAS密切相關(guān)專利切入，對MCAS適航審查程序中可能存在的豁免制度和“繼承原則”問題進行分析。

一、MACS可能利用了失速保護系統(tǒng)享有的適航審查豁免政策

1、MCAS情況概述

737 MAX系列客機安裝LEAP-1B發(fā)動機后，由于其尺寸更大，所以其安裝位置必須更高、更向前、與機翼更近，造成發(fā)動機短艙在大攻角飛行情況下會產(chǎn)生非線性升力，由于發(fā)動機短艙位于重心之前，還會使飛機產(chǎn)生輕微的抬頭效應(yīng)，反應(yīng)到操縱桿上的阻力也會非線性減小，這可能導(dǎo)致飛行員更容易誤操縱飛機而接近失速。根據(jù)適航規(guī)定FAR25.203“失速特性”要求，這種非線性/減小的桿力是不允許的，所以，波音引入了MCAS系統(tǒng)。

在飛機襟翼收起、大攻角（氣流與機翼弦線之間夾角）飛行和飛行員手動駕駛時，MCAS被激活并指令水平安定面偏轉(zhuǎn)，使機頭下壓。《印尼獅航空難報告》顯示：失事飛機的攻角傳感器出現(xiàn)了故障，MCAS系統(tǒng)根據(jù)錯誤的傳感器數(shù)據(jù)對飛機進行了錯誤的調(diào)整。由于波音公司未能向飛行員提供有關(guān)MCAS系統(tǒng)的任何信息，導(dǎo)致機組人員在危急時刻無法及時了解面臨的情況并及時采取糾正措施，最終造成空難發(fā)生。調(diào)查情況表明，埃塞航空難原因與印尼獅航空難高度相似。

2、MCAS系統(tǒng)不是傳統(tǒng)意義的失速保護系統(tǒng)

傳統(tǒng)失速保護系統(tǒng)重要包括失速告警、失速識別、系統(tǒng)狀態(tài)顯示、抖桿和自動推桿等方面，一般不涉及水平安定面調(diào)節(jié)，也沒有超越飛行員的控制權(quán)限。如上文所述，波音安裝MCAS系統(tǒng)的目的不是用于防止失速（雖然間接有助于防止失速）；它的引入是用于抵消LEAP-1B發(fā)動機短艙在大迎角下的非線性升力問題，并在接近失速時提供穩(wěn)定的增加桿力操縱。

3、波音可能將MCAS“包裝”成失速保護系統(tǒng)

為了在適航審查時得到豁免優(yōu)惠政策，波音有可能將MCAS“包裝”成失速保護系統(tǒng)。

失速保護系統(tǒng)可以獲得適航審查豁免政策的依據(jù)為波音于2016年8月10日申請的CN106477055A號中國發(fā)明的說明書，該專利名稱為“飛行器失速保護系統(tǒng)?！备鶕?jù)該專利說明書第8段的記載：“采用失速保護系統(tǒng)的飛行器通常通過特殊狀況問題報告過程進行認(rèn)證，因為傳統(tǒng)的失速要求不能被評估。一些監(jiān)管機構(gòu)（諸如FAA）可授予飛行器制造商用于安裝失速保護系統(tǒng)的性能免除許可（performance relief credits）”在該專利說明書第48段等處也有類似記載。

737 MAX已得到適航審查豁免的根據(jù)為2019年10月FAA發(fā)布的十國局方聯(lián)合技術(shù)審查小組（以下簡稱JATR審查小組）做出的《737 MAX飛控系統(tǒng)審查報告》。該報告指出737 MAX的設(shè)計法規(guī)包括以下組合：1967年B737最初獲得認(rèn)證時實施的監(jiān)管修訂，……特殊條件、豁免和同等水平的安全調(diào)查結(jié)果（典型的類似認(rèn)證項目）等。從劃線部分可以看出737 MAX的適航審查得到了相應(yīng)豁免，其中很可能包括上文提到的對失速保護系統(tǒng)給予的“性能免除許可”。主要理由如下：

圖1 CN106477055A號專利附圖

1）從CN106477055A號專利附圖和說明書可知，該專利所述失速保護系統(tǒng)包含的AOA攻角傳感器數(shù)據(jù)激活和控制邏輯，自動指令穩(wěn)定翼（即水平安定面）偏轉(zhuǎn)功能，工作原理和超越飛行員控制權(quán)限等方面與MCAS基本一致。

2）圖1中劃紅線的失速誤用保護（SAP）功能是為了避免（飛機在失速或即將失速狀態(tài)下）因拉桿力非線性減小而導(dǎo)致飛行員出現(xiàn)誤操縱，這與MCAS設(shè)計目的和主要功能相同。

3）CN106477055A號專利提到：監(jiān)管機構(gòu)（諸如FAA）授予失速保護系統(tǒng)的“性能免除許可”，可使飛機制造商在飛行器認(rèn)證過程期間產(chǎn)生競爭性的優(yōu)點，這與關(guān)于波音為了追趕空客公司競爭機型A320NEO的研制進度，而設(shè)法縮短737 MAX適航審查進度的傳聞相吻合。

4）CN106477055A號專利提到的性能免除許可，是指FAA對MCAS的適航審查主要通過審核波音提交的特殊狀況問題報告等方式來進行，而該報告有可能正是問題的關(guān)鍵，《獅航空難最終調(diào)查報告》指出：“波音公司MCAS設(shè)計允許對飛機水平尾翼進行調(diào)整的角度從0.6度提高至2.5度，而這一改動并未及時在提交給FAA的相關(guān)文件中進行更新，因此FAA未能重新評估該設(shè)計更改的安全性?！边@些所謂的“相關(guān)文件”之中很可能就包括CN106477055A號專利中提到的特殊狀況問題報告。

綜上所述，我們認(rèn)為：波音為了加快737 MAX客機的適航審查進度，有可能將MCAS偽裝成失速保護系統(tǒng)并進行適航審查，以便獲得失速保護系統(tǒng)可以享有的“性能免除許可”等豁免政策。國產(chǎn)ARJ21支線客機為了通過國內(nèi)適航當(dāng)局對失速狀態(tài)的適航審查和FAA的“影子審查”，經(jīng)歷了大量的高難度和高風(fēng)險的試飛試驗，但FAA在審查“自家產(chǎn)品”-737 MAX的失速保護系統(tǒng)時，卻可能給予了豁免照顧，如此做法有悖透明、公正和公平原則。

二、“繼承原則”可能是波音鉆制度空子的根源

適航審查中的繼承原則（或祖父原則）是指在對飛機產(chǎn)品的衍生發(fā)生型進行適航審查過程中，如果衍生飛機相比原飛機只進行了少量的更改，則允許只對飛機設(shè)計的更改部分和受更改影響的部分進行合規(guī)性評估，而不對飛機的未受影響部分進行重新評估的規(guī)則。JATR審查小組基于上述規(guī)定，認(rèn)定737 MAX的設(shè)計法規(guī)包括以下組合：1967年B737最初獲得認(rèn)證時實施的監(jiān)管修訂；波音公司申請737 MAX項目認(rèn)證時生效的監(jiān)管修正案；在1967年原始認(rèn)證和737 MAX認(rèn)證申請之間生效的監(jiān)管修訂；在波音公司選擇遵守的申請日期之后生效的某些監(jiān)管修訂；特殊條件、豁免和同等水平的安全調(diào)查結(jié)果（典型的類似認(rèn)證項目）；附加設(shè)計要求和條件（ADRC）。

波音737型系列客機已經(jīng)有50多年的使用歷史，至今已發(fā)展出14個型號和4代機型，飛機上的失速保護系統(tǒng)或配平系統(tǒng)也經(jīng)歷了多次發(fā)展和變更。根據(jù)繼承原則，如果波音將MCAS系統(tǒng)謊報是舊飛控系統(tǒng)的更改，就可以不用再進行全面的系統(tǒng)驗證和評估，所以JATR審查小組認(rèn)定波音在737MAX上安裝MCAS系統(tǒng)遵循了更改后的產(chǎn)品規(guī)則流程，并且該流程對于處理離散的更改是有效的。

我們認(rèn)為：MCAS系統(tǒng)屬于新系統(tǒng)的安裝，不是原有機型飛控系統(tǒng)的更改，不應(yīng)適用繼承原則。主要理由如下：

1）如上文所述，MCAS系統(tǒng)與傳統(tǒng)的失速保護系統(tǒng)完全不同。

2）MCAS與舊機型安裝的速度配平系統(tǒng)存在明顯區(qū)別。所謂的速度配平系統(tǒng)（以下簡稱為STS系統(tǒng)）是飛機的速度增穩(wěn)系統(tǒng)，當(dāng)飛機速度大于或小于配平速度時，該系統(tǒng)指令安定面移動，以使飛機回到配平的速度。雖然MCAS與STS系統(tǒng)同是指令安定面移動的飛行控制系統(tǒng)，但是兩者存在明顯區(qū)別：MCAS用于737 MAX換發(fā)帶來的氣動問題，737 CL（經(jīng)典型）、NG等舊機型不存在類似問題；MCAS基于AOA攻角傳感器數(shù)據(jù)激活，在激活邏輯、傳感器和數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)比對、信號處理及傳輸、冗余設(shè)計、控制律等方面，與STS系統(tǒng)完全不同；MCAS具有優(yōu)先于STS和飛行員手動駕駛的控制權(quán)限；MCAS指令安定面移動的速度和角度遠(yuǎn)高于STS；MCAS可以重復(fù)啟動；MCAS只在飛機襟翼收上的狀態(tài)啟動；MCAS的關(guān)閉方法不同于STS系統(tǒng)等。

3）JATR審查小組發(fā)現(xiàn)，在提交給FAA的認(rèn)證文件中，MCAS并未作為一個完整、集成的功能獲得評估，由于缺乏統(tǒng)一的從上到下的系統(tǒng)功能開發(fā)與評估及其安全分析，再加上廣泛、分裂的文件分類，使得JATR審查小組難以評估是否充分證明了合規(guī)情況的存在。這表明波音可能對MCAS的研究基礎(chǔ)和驗證不足，沒有對MCAS進行完整、集成的功能評估，這可能與波音當(dāng)時采取多種空氣動力學(xué)措施不能有效解決737 MAX因換發(fā)而帶來的氣動 ，所以倉促上馬MCAS的研制背景有關(guān)。

綜上所述，波音有可能利用了適航審查制度的繼承原則，使MCAS系統(tǒng)在未進行充分地試驗驗證的情況下就通過了適航審查，因而在系統(tǒng)集成和累積效應(yīng)等方面產(chǎn)生問題。

繼承原則的最大問題在于，其只能“防君子”，不能“防小人”，當(dāng)波音利用制度漏洞，刻意隱瞞或謊報重要系統(tǒng)信息時，F(xiàn)AA采取的機構(gòu)委托授權(quán)（ODA）方式很難及時發(fā)現(xiàn)問題。波音的737飛機平臺已經(jīng)使用了50多年，其潛能都已被開發(fā)殆盡，波音在老舊低矮的737機身上安裝LEAP發(fā)動機猶如竭澤而漁；波音可能為了追趕進度而鉆適航審查制度的空子，結(jié)果卻是玩火自焚。波音作為百年老店，型號研制歷史悠久，適航認(rèn)證實力雄厚，繼承原則將波音飛機的產(chǎn)品優(yōu)勢不斷固化和積累，并形成市場壟斷競爭優(yōu)勢；但從兩起慘烈空難造成的嚴(yán)重后果來看，繼承原則實際上已被波音過度利用，成為掩蓋其創(chuàng)新乏力問題、利潤至上發(fā)展理念的“遮羞布”，同時也嚴(yán)重?fù)p害了全球民機制造供應(yīng)鏈和航空公司的利益，阻礙了國際航空運輸業(yè)的健康發(fā)展。

三、措施與建議

1、重點核查MCAS系統(tǒng)適航認(rèn)證時的豁免、繼承情況

適航當(dāng)局應(yīng)當(dāng)重點審查MCAS系統(tǒng)適用繼承原則或豁免許可等相關(guān)情況，波音應(yīng)如實公開737 MAX機型飛控系統(tǒng)的相關(guān)功能、技術(shù)細(xì)節(jié)、軟件運行邏輯、報告等資料，供適航當(dāng)局進行深入及全面的評估、分析。

2、推動飛機產(chǎn)品衍生發(fā)展型適航審查制度改革

JATR團隊對737 MAX飛行控制系統(tǒng)認(rèn)證情況的調(diào)查結(jié)果表明，MCAS系統(tǒng)審查流程符合聯(lián)邦法規(guī)和相關(guān)適航規(guī)章要求（如《美國聯(lián)邦法規(guī)匯編》第14卷第21.19和21.101節(jié)）和相關(guān)指南（如《咨詢通告》第21.101-1B號和聯(lián)邦航空局第8110.4C和8110.48A號命令），但該流程僅對于審查離散的設(shè)計更改是有效的，沒有充分處理累積效應(yīng)、系統(tǒng)集成和人為因素問題，因此建議對飛機設(shè)計更改相關(guān)審查規(guī)則和流程進行改革。我們認(rèn)為，現(xiàn)有的飛機系統(tǒng)越發(fā)復(fù)雜，機載系統(tǒng)任何更改都可能是“牽一發(fā)而動全身”，尤其是涉及飛行控制等安全關(guān)鍵系統(tǒng)；因此，建議適航當(dāng)局一方面更加謹(jǐn)慎的思考飛機繼承原則的適用條件和范圍，從根源上加強飛機的安全設(shè)計保障；另一方面，對于適用于繼承原則的飛機衍生產(chǎn)品，也應(yīng)充分評估設(shè)計更改可能帶來的影響，改革、完善現(xiàn)有的審查流程，采用自上而下的方法，從整體飛機系統(tǒng)的角度對每項更改進行評估。

3、加強航空安全立法保護和執(zhí)法力度

為了切實保障國內(nèi)航空安全，中國應(yīng)該加強航空安全領(lǐng)域的立法、司法和行政執(zhí)法工作，嚴(yán)懲相關(guān)主體做出的故意隱瞞重大安全隱患、適航取證環(huán)節(jié)弄虛作假和誤導(dǎo)飛行訓(xùn)練等不法行為;責(zé)令相關(guān)責(zé)任主體確實做好對國內(nèi)航空公司和中國遇難者家屬的賠償工作。

來源：IPRdaily中文網(wǎng)（iprdaily.cn）

作者：陸峰 王元元

編輯：IPRdaily王穎          校對：IPRdaily縱橫君

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