Очевидная связь между фатальным самолетом авариями в Индонезии и Эфиопии центров вокруг отказа одного датчика . Я знаю, на что это похоже: несколько лет назад, когда я летал на Cessna 182-RG из Олбани, штат Нью-Йорк, в Форт-Мид, штат Мэриленд, мой индикатор воздушной скорости показал, что я летал на такой низкой скорости, что мой самолет риск больше не генерировать достаточно лифта, чтобы оставаться в воздухе.
Если бы я доверял своему датчику воздушной скорости, я бы толкнул нос самолета в попытке восстановить скорость и, возможно, слишком сильно напрягал бы корпус самолета или был бы в опасной близости от земли. Но даже небольшие самолеты заполнены датчиками: хотя я беспокоился о своей скорости полета, я заметил, что мой самолет оставался на той же высоте, двигатель вырабатывал такое же количество энергии, крылья встречали воздух под постоянным углом, и я был все еще двигаясь по земле с той же скоростью, с которой я был до того, как якобы упала воздушная скорость.
Таким образом, вместо того, чтобы перенапрягать и, возможно, разбить мой самолет, я смог починить проблемный датчик и продолжить полет без дальнейших инцидентов. В результате я начал исследовать, как компьютеры могут использовать данные от различных датчиков самолета, чтобы помочь пилотам понять, происходит ли реальная чрезвычайная ситуация или что-то намного менее серьезное.
Ответ Boeing на его сбои включал разработку обновления программного обеспечения, которое будет опираться на два датчика вместо одного . Этого может быть недостаточно.
Перекрестная проверка данных датчика
Поскольку самолет игнорирует гравитацию, аэродинамические принципы, выраженные в виде математических формул, управляют его полетом. Большинство датчиков самолета предназначено для контроля элементов этих формул, чтобы убедить пилотов, что все в порядке, или предупредить их, что что-то пошло не так.
Моя команда разработала компьютерную систему, которая просматривает информацию от многих датчиков, сравнивая их показания друг с другом и с соответствующими математическими формулами. Эта система может обнаруживать противоречивые данные, указывать, какие датчики, скорее всего, вышли из строя, и при определенных обстоятельствах использовать другие данные для оценки правильных значений, которые эти датчики должны предоставлять.
Например, моя Cessna столкнулась с проблемами, когда основной датчик воздушной скорости, называемый « трубкой Пито », замерз на холодном воздухе. Другие датчики на борту собирают соответствующую информацию: GPS-приемники измеряют, насколько быстро самолет покрывает землю. Данные о скорости ветра доступны из компьютерных моделей, которые прогнозируют погоду до полета. Бортовые компьютеры могут рассчитывать расчетную воздушную скорость, комбинируя данные GPS с информацией о скорости и направлении ветра.
Если расчетная скорость полета компьютера соответствует показаниям датчика, скорее всего, все в порядке. Если они не согласны, значит что-то не так — но что? Оказывается, что эти расчеты не совпадают по-разному , в зависимости от того, какой из GPS-приемников, данных о ветре или датчиков воздушной скорости неверен.
Тест с реальными данными
Мы проверили нашу компьютерную программу на реальных данных о крушении рейса Air France в 2009 году в 2009 году. Исследование, проведенное после катастрофы, выявило, что три разные трубки Пито замерзли, предоставив ошибочные показания воздушной скорости и вызвав цепочку событий, заканчивающихся в самолете, который врезался в самолет. Атлантический океан, погибли 228 пассажиров и членов экипажа.
Данные полета показали, что когда трубки Пито замерзли, они внезапно перестали регистрировать воздушную скорость со скоростью 480 узлов и вместо этого сообщили о том, что самолет летел со скоростью 180 узлов — настолько медленно, что автопилот выключился и предупредил пилотов-людей, что возникла проблема ,
Но бортовой GPS зафиксировал, что самолет летел по земле со скоростью 490 узлов. А компьютерные модели погоды указывали на то, что ветер шел с задней части самолета со скоростью около 10 узлов.
Когда мы подали эти данные в нашу компьютерную систему , он обнаружил, что трубки Пито вышли из строя , и оценил реальную воздушную скорость самолета в течение пяти секунд. Он также обнаружил, когда трубки Пито снова оттаивали, примерно через 40 секунд после их замерзания, и смог подтвердить, что их показания снова были достоверными.
Другой вид теста
Мы также использовали нашу систему для определения того, что произошло с рейсом 1153 Tuninter , который вылетел в Средиземное море в 2005 году по пути из Италии в Тунис, в результате чего погибли 16 из 39 человек на борту.
После аварии расследование показало, что работники техобслуживания по ошибке установили неверный указатель количества топлива на самолет, поэтому сообщили, что в баках было 2700 кг топлива, когда самолет действительно перевозил только 550 кг. Пилоты-люди не заметили ошибку, и в самолете кончилось топливо.
Однако топливо тяжелое, и его вес влияет на летные характеристики самолета. Самолет, у которого было слишком мало топлива, работал бы иначе, чем самолет с нужным количеством. Чтобы рассчитать, ведет ли самолет себя должным образом, с правильным количеством топлива на борту, мы использовали аэродинамические математические отношения между воздушной скоростью и подъемной силой . Когда самолет находится в горизонтальном полете, подъемная сила равна весу. При прочих равных условиях, более тяжелый самолет должен был лететь медленнее, чем самолет Тунинтера.
Наша программа моделирует только крейсерские фазы полета, при которых самолет находится в устойчивом, горизонтальном полете — без ускорения или изменения высоты. Но этого было бы достаточно, чтобы обнаружить, что самолет был слишком легким, и предупредить пилотов, которые могли развернуться или приземлиться в другом месте, чтобы заправиться. Добавление информации о других этапах полета может повысить точность и оперативность системы.
А как насчет сбоя Boeing 737 Max 8?
Полный спектр данных о Lion Air 610 и Ethiopian Airlines 302 еще не доступен для общественности, но ранние сообщения предполагают, что была проблема с одним из датчиков угла атаки . Моя исследовательская группа разработала метод проверки точности этого устройства на основе скорости полета самолета.
Мы использовали аэродинамику и имитатор полета, чтобы измерить, как изменения угла атаки — крутизна, с которой крылья встречают встречный воздух — изменили горизонтальную и вертикальную скорость Cessna 172. Данные соответствовали характеристикам реальной Cessna. 172 в полете. Используя нашу модель и систему, мы можем различить фактическую аварийную ситуацию — опасно высокий угол атаки — и неисправный датчик, предоставляющий ошибочные данные.
Фактические цифры для Boeing 737 Max 8, конечно, будут другими, но принцип остается тем же, используя математическое соотношение между углом атаки и воздушной скоростью, чтобы перепроверить друг друга и идентифицировать неисправные датчики.
Поскольку моя команда продолжает разрабатывать программное обеспечение для анализа полетных данных, мы также работаем над тем, чтобы предоставлять ему более качественные данные. Одним из потенциальных источников может быть предоставление самолетам возможности напрямую общаться друг с другом о погоде и ветре в определенных местах на определенных высотах. Мы также работаем над методами точного описания безопасных условий эксплуатации программного обеспечения для полета, которое основано на данных датчика .
Датчики действительно выходят из строя, но даже когда это происходит, автоматизированные системы могут быть безопаснее и эффективнее, чем пилоты-люди. Поскольку полет становится все более автоматизированным и все в большей степени зависит от датчиков , крайне важно, чтобы системы полетов перепроверяли данные от различных типов датчиков, чтобы обезопасить себя от потенциально потенциально фатальных отказов датчиков.
