引言
印度尼西亞獅航的一架波音727 Max-8型飛機，于2018年10月29日，從雅加達飛往邦加檳港。該飛機起飛后13分鐘失事，墜入距雅加達東北海岸大約15公里的海域，189名乘客和機組人員全部遇難。根據(jù)找到的黑匣子數(shù)據(jù)初步分析，原因是空速管故障導(dǎo)致。目前，具體的原因仍在分析過程中。為更清楚了解飛機的關(guān)鍵部件——空速管的工作原理、故障原因，以及如何改進、提升空速管的安全性問題，本文逐項進行簡要的論述。
一、什么是空速管？
我們在平常乘坐飛機時，往往會看到在飛機的機頭或機翼上一般都會有一根細長的且方向朝著飛機的正前方的管子，這就是空速管（也稱皮托管，由法國H.皮托發(fā)明而得名）。空速管作為飛機全靜壓系統(tǒng)中的最核心部件，其故障將對飛機的飛行安全造成嚴重的影響。
飛機要獲取飛行速度，需要依靠空速測量設(shè)備獲取數(shù)據(jù)。目前廣泛采用壓力式L型空速管（民用航空飛機大部分使用，軍用飛機考慮重量因素以及其它因素，已經(jīng)逐步取消了空速管），相對其它測量方法，其具有成本低、效率高、可靠性較好的優(yōu)勢。
空速管的工作原理是：L型空速管是一個中空的雙層套管，頭部為半球形。當(dāng)測量速度時，空速管頭部對準機頭方向。當(dāng)飛機向前飛行時，氣流沖進空速管，在管子末端安裝的傳感器就感受到氣流的沖擊壓力（動壓）。飛機飛得越快，沖擊壓力（動壓）就越大。如果將空氣靜止時的壓力即靜壓與動壓相比，就可以知道沖進來的空氣到底有多快，也就知道飛機飛行速度多大。 比較兩種壓力的傳感器是一個用上下兩片很薄的金屬片制成的表面帶波紋的空心圓形盒子，也成為膜盒。這個盒子是密封的，但是有一根管子與空速管相連。如果飛機速度越快，動壓便增大，膜盒內(nèi)壓力增大，膜盒會鼓起來。然后通過相應(yīng)杠桿、齒輪等將壓力帶來的變形轉(zhuǎn)化為速度指示。
根據(jù)測量的壓力計算出流速的原理是伯努利方程，以下圖為例，A、B是空速管中的兩個不同截面。在空速管截面Ｂ處，如果與頭部距離足夠遠，則該處的氣流可以認為未受擾動，所以從空速管外測小孔引入的壓力就是大氣靜壓。由此根據(jù)伯努利方程得到：
由上面計算原理可知，測量的空速會隨著飛機所在空域的大氣密度變化而變化，而飛機機翼獲得的升力、機身阻力、引擎進氣量都與大氣密度相關(guān)，并且這些數(shù)據(jù)都是有關(guān)聯(lián)關(guān)系及規(guī)律的。因此，飛機的空速指示可以方便得到飛行包線引擎等數(shù)據(jù)。迎角一定時，升力和阻力的大小直接取決于動壓，因此，指示空速對保證安全飛行，防止失速有重大意義，尤其是起飛和著陸階段。
二、空速管造成的事故
1974年至今，部分由于空速管故障造成的事故，如下表所示。
三、空速管的常見故障原因
空速管可以將故障原因大致概括為：
? 空速管加溫故障/堵塞
? 靜壓源誤差/堵塞
? ADM誤差/失效
? ADIRU誤差/失效
? 迎角/全溫探頭故障
? 全壓管路故障
? 異物堵塞（昆蟲、飛鳥、大雨、泥土等）
? 其他...
根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計可知，空速管堵住、空速管結(jié)冰的原因占比較高?？账俟芏氯麜?dǎo)致全壓采集滯后或不準。若空速管進口完全堵死時，全壓管內(nèi)氣壓壓力將保持不變并維持恒定的氣壓，如地面場壓，這將導(dǎo)致地面及低空飛行時指示空速接近于零。此時，很容易出現(xiàn)錯誤指示甚至安全事故。
同時，也有部分原因是屬于人員維護、操作上的問題，例如地面維修過程中忘記給空速管帶上防護罩、地面維修過程中忘記移除空速管罩等。
另外，根據(jù)我國某航空公司的空速管更換記錄可知，每年的4~8月份的更換次數(shù)較多，屬于春季末和夏季。另外，根據(jù)統(tǒng)計，該航空公司的飛機執(zhí)行華東片區(qū)的飛機更換空速管占比較高，達到64%。較大可能是與地處華東濕熱、降雨較多相關(guān)。
四、應(yīng)對措施及建議
4.1 替換傳統(tǒng)的空速管
在60年代，美國國家航空航天局為了滿足航天飛機進入大氣層時的大氣數(shù)據(jù)測量需求，提出了融于飛行器表面流線的大氣數(shù)據(jù)傳感器技術(shù)。這種技術(shù)依靠嵌入在飛行器前端或機翼的壓力傳感器陣列來測量飛行器表面的壓力分布，并由壓力分布間接獲得飛行參數(shù)的數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)，這就是嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)(Flush Air Data Sensing FADS)。
美國在60年代開始了對嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)的研究。在90年代初期，美國開始應(yīng)用于超聲速戰(zhàn)斗機的試驗研究上，當(dāng)時主要目的是解決戰(zhàn)斗機大攻角機動時的大氣數(shù)據(jù)測量問題。90年代中期時嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)應(yīng)用在了X-33上，整個系統(tǒng)算法的穩(wěn)定性基本得到解決。此后，又集中在嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)的算法執(zhí)行性、故障檢測與排除、誤差分析與校準等問題上。直到嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)的日趨成熟在F-35上的應(yīng)用。
我國的殲-20在完成早期試驗階段相關(guān)測試的大量數(shù)據(jù)收集工作后取消機頭的空速管，也由機頭側(cè)面的嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)代替。
4.2 加強飛行前的檢修管理要求
由前面的事故及原因分析可知，部分事故的原因是可以通過管理手段進行避免或者杜絕的。例如，可以通過起飛前的再次檢查確認（如交叉檢查），或者增加相應(yīng)的檢查設(shè)備進行空速管的運行狀態(tài)起飛前檢查確認等。為了進一步確保飛行安全，可適當(dāng)在檢修工作規(guī)范、流程中考慮增加相應(yīng)的檢修工作項目。
4.3 設(shè)計改進
關(guān)于如何改進空速管的設(shè)計，部分人提出了空速管進口是否可以增加膜片，以降低堵塞風(fēng)險[1]。
另一方面，當(dāng)空速管堵塞、結(jié)冰等造成失效時，往往只能依靠機組人員進行應(yīng)急判斷、處理。但是，由于空速管被堵，無法獲得飛機的飛行速度等參數(shù)，相當(dāng)于飛機處于盲飛狀態(tài)，對于機組人員來說，大大增加了處理的難度。此時，是否可以考慮增加備用檢查手段或者備用確認手段，用于提前確認空速管的飛行參數(shù)是否正?；蛘咝?，以便決策是否需要采取進一步的應(yīng)對措施。
但是，無論是采取增加膜片，還是增加備用檢查、確認手段，都需要經(jīng)過嚴格的安全評估，不能因為增加相應(yīng)的防護設(shè)備而降低飛機整機的安全性。
4.4 提升飛機設(shè)計的人因及安全分析
從上面的事故原因也可以看出，人因占據(jù)了較大的比例。同時，也反映出飛機設(shè)計本身在考慮人因、或者人參與情況下的安全問題是有可提升的空間的。為此，可以引入包括事故場景推演分析、人因可靠性分析等手段進行分析，借助相應(yīng)的專業(yè)可靠性、安全性分析工具，盡量將空速管等設(shè)備潛在的事故場景分析到位。
參考文獻：
1、 成正強，《皮托管故障引發(fā)的災(zāi)難性事故案例分析》，中國民航飛行學(xué)院學(xué)報，2018
2、 周躍飛，《淺析飛機空速管的典型故障及危害》，中國科技信息，2014