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(jī)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(jī)動特性增強(qiáng)系統(tǒng)”（MCAS）故障引起的客機(jī)空中失控有關(guān)，并且MCAS在設(shè)計(jì)、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(jì)損失累計(jì)高達(dá)數(shù)十億美金。737 MAX客機(jī)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(yùn)營和全球培訓(xùn)審批的時間點(diǎn)和條件的不確定性等因素，將暫停生產(chǎn)737 MAX客機(jī)。

為何存在嚴(yán)重設(shè)計(jì)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(jìn)行分析。

一、MACS可能利用了失速保護(hù)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(jī)安裝LEAP-1B發(fā)動機(jī)后，由于其尺寸更大，所以其安裝位置必須更高、更向前、與機(jī)翼更近，造成發(fā)動機(jī)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(jī)短艙位于重心之前，還會使飛機(jī)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(jī)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(jī)襟翼收起、大攻角（氣流與機(jī)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(jī)頭下壓。《印尼獅航空難報告》顯示：失事飛機(jī)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(jī)進(jìn)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(jī)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(hù)系統(tǒng)

傳統(tǒng)失速保護(hù)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(jī)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(hù)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(hù)系統(tǒng)。

失速保護(hù)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(hù)系統(tǒng)?！备鶕?jù)該專利說明書第8段的記載：“采用失速保護(hù)系統(tǒng)的飛行器通常通過特殊狀況問題報告過程進(jìn)行認(rèn)證，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的失速要求不能被評估。一些監(jiān)管機(jī)構(gòu)（諸如FAA）可授予飛行器制造商用于安裝失速保護(hù)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(jì)法規(guī)包括以下組合：1967年B737最初獲得認(rèn)證時實(shí)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(xiàng)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(hù)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(hù)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(hù)（SAP）功能是為了避免（飛機(jī)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(jì)目的和主要功能相同。

3）CN106477055A號專利提到：監(jiān)管機(jī)構(gòu)（諸如FAA）授予失速保護(hù)系統(tǒng)的“性能免除許可”，可使飛機(jī)制造商在飛行器認(rèn)證過程期間產(chǎn)生競爭性的優(yōu)點(diǎn)，這與關(guān)于波音為了追趕空客公司競爭機(jī)型A320NEO的研制進(jìn)度，而設(shè)法縮短737 MAX適航審查進(jìn)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(jìn)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(jì)允許對飛機(jī)水平尾翼進(jìn)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(jìn)行更新，因此FAA未能重新評估該設(shè)計(jì)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(jī)的適航審查進(jìn)度，有可能將MCAS偽裝成失速保護(hù)系統(tǒng)并進(jìn)行適航審查，以便獲得失速保護(hù)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(jī)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(yàn)，但FAA在審查“自家產(chǎn)品”-737 MAX的失速保護(hù)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(jī)產(chǎn)品的衍生發(fā)生型進(jìn)行適航審查過程中，如果衍生飛機(jī)相比原飛機(jī)只進(jìn)行了少量的更改，則允許只對飛機(jī)設(shè)計(jì)的更改部分和受更改影響的部分進(jìn)行合規(guī)性評估，而不對飛機(jī)的未受影響部分進(jìn)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(jì)法規(guī)包括以下組合：1967年B737最初獲得認(rèn)證時實(shí)施的監(jiān)管修訂；波音公司申請737 MAX項(xiàng)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(xiàng)目）；附加設(shè)計(jì)要求和條件（ADRC）。

波音737型系列客機(jī)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(jī)型，飛機(jī)上的失速保護(hù)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(jìn)行全面的系統(tǒng)驗(yàn)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(jī)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(hù)系統(tǒng)完全不同。

2）MCAS與舊機(jī)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(jī)的速度增穩(wěn)系統(tǒng)，當(dāng)飛機(jī)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(jī)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(jī)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(jì)、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(jī)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(yàn)證不足，沒有對MCAS進(jìn)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(jìn)行充分地試驗(yàn)驗(yàn)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(jī)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(jī)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(jī)身上安裝LEAP發(fā)動機(jī)猶如竭澤而漁；波音可能為了追趕進(jìn)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(shí)力雄厚，繼承原則將波音飛機(jī)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(shí)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(jī)制造供應(yīng)鏈和航空公司的利益，阻礙了國際航空運(yùn)輸業(yè)的健康發(fā)展。

三、措施與建議

1、重點(diǎn)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(diǎn)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(shí)公開737 MAX機(jī)型飛控系統(tǒng)的相關(guān)功能、技術(shù)細(xì)節(jié)、軟件運(yùn)行邏輯、報告等資料，供適航當(dāng)局進(jìn)行深入及全面的評估、分析。

2、推動飛機(jī)產(chǎn)品衍生發(fā)展型適航審查制度改革

JATR團(tuán)隊(duì)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(jì)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(jī)設(shè)計(jì)更改相關(guān)審查規(guī)則和流程進(jìn)行改革。我們認(rèn)為，現(xiàn)有的飛機(jī)系統(tǒng)越發(fā)復(fù)雜，機(jī)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(jī)繼承原則的適用條件和范圍，從根源上加強(qiáng)飛機(jī)的安全設(shè)計(jì)保障；另一方面，對于適用于繼承原則的飛機(jī)衍生產(chǎn)品，也應(yīng)充分評估設(shè)計(jì)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(jī)系統(tǒng)的角度對每項(xiàng)更改進(jìn)行評估。

3、加強(qiáng)航空安全立法保護(hù)和執(zhí)法力度

為了切實(shí)保障國內(nèi)航空安全，中國應(yīng)該加強(qiáng)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(shí)做好對國內(nèi)航空公司和中國遇難者家屬的賠償工作。

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作者：陸峰 王元元

編輯：IPRdaily王穎          校對：IPRdaily縱橫君

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