3U8633调查报告（2）｜严谨的取证分析过程

昨天，我们一起学习了川航3U8633航班调查报告的“故障原因”和“（人员）生存因素”两个部分。

一份高质量调查报告，应该是在准确、全面地呈现“事实”的基础上，进行合乎逻辑的“分析”，给出可信度高的准确“结论”和准确针对安全隐患且切实可行的“安全建议”。3U8633调查报告做到了这些。这份高质量调查报告也是中国民航从民航大国走向民航强国的一个缩影，也是民航领域文化自信制度自信的一次展现。

飞行员最关心的“（人员）生存因素”部分，也就是万一遇到特情，作为飞行员，在驾驶舱里会遇到什么环境变化。昨天的文章《3U8633调查报告｜一份经得起历史检验的高质量调查报告（1）》呈现的是分析结果。今天我们以“驾驶舱环境仿真”部分为切入点，一起看看取证分析过程，管中窥豹，感受下这份报告的严谨和专业。

再强调下，昨天的内容和今天的内容，是一份非常非常好的“人因（human factor）”教学素材。能够让每一个飞行员更深刻地理解“人体高空生理学”的相关知识，也能更好地指导各航司训练管理者改进和完善自己的相关训练。

驾驶舱环境仿真

调查组组织专家对飞机进行建模，采用CFD方法得到飞机驾驶舱内部气体参数，分析了风挡爆裂后驾驶舱内的环境。

（注：CFD——Computational fluid dynamics计算流体动力学，是一种利用计算机模拟流体的自由流动状态以及流体与物体表面之间的相互作用的仿真科学。高速超级计算机可以获得更好的解决方案。CFD方法广泛应用在飞机、飞船、导弹、船舶和汽车的设计中）

（1）建立模型

根据A319飞机外形及驾驶舱尺寸建立分析模型。模型包括机身、驾驶舱以及客舱，其中驾驶舱的右风挡单独剥离出来， 驾驶舱和客舱通过一扇门连接。

（2）计算输入

输入飞机下降过程中的真实飞行参数，包含飞机标准气压高度、座舱气压高度、表速以及地速等。以能完整描述整个下降过程的气压高度曲线为选取原则，选取10个分析状态。

（3）计算方法

采用基于非定常NS方程的CFD方法来进行分析，计算网格采用非结构网格。

 整个计算域被分为三个子域：外流场子域（即机身以外的区域）、驾驶舱子域（图中绿色区域）以及客舱子域（图中红色区域）。其中外流场子域与驾驶舱子域之间通过右风挡连接。

模拟分析分为两部分:一是对失压瞬间的模拟分析，二是对失压后驾驶舱内稳定状态的模拟分析。

失压瞬间的模拟：将右风挡边界条件设置为物面边界，即风挡保持未破碎状态，计算平飞时的外流场域；然后以上一步的结果为输入，将右风挡打开，模拟风挡破碎的过程（通道门保持关闭），监控驾驶舱内压力变化，直到驾驶舱内压力保持稳定。

失压后驾驶舱内稳定状态的模拟：以失压后驾驶舱压力稳定后的结果为初始流场，以每个状态点为输入，得到驾驶舱内气体参数的数值计算值。

对前述作为输入的第1个状态点即风挡爆裂瞬间的状态进行失压瞬间的过程模拟，然后以第1个状态点模拟的结果为初始流场，对失压后的稳定状态点即第2-10状态进行分析，得到相应的CFD分析结果。

（4）分析结果

在驾驶舱内取4个监控点，其中点1和点2分别位于右座副驾驶和左座机长的头部位置，点3和点4分别位于副驾驶和机长座位后方约0.5m处。 

下图为计算的座船压力高度与飞行数据的比较，计算的座舱压力与飞机记录的座舱压力无论数值还是随时间变化的趋势都高度吻合，证明所用CFD方法的正确性。

风挡处的空间流线，气流流经右风挡时无法进入开口的右风挡，只能从上方绕行：即尽管风挡开口，外界气流却无法大量流入。

根据'平行于对称面的风挡处截面压力云图'，驾驶舱内压力明显要高于外界气流。

根据'风挡破裂前后机头表面附近压力分布'可知，当风挡未破裂时，风挡处由于气动外形的原因存在高压区;风挡破裂之后，风挡处的气动压力（Aerodynamic pressure）与未破裂时的压力几乎一致。风挡破裂后驾驶舱内压力较高的原因是因其气动外形而导致风挡处存在高压。

驾驶舱内监测点的温度与外部大气温度对比随时间的变化，其中外部大气的实际温度来源于气象数据。外部大气的实际温度远高于同一气压高度的标准大气温度。驾驶舱内的气压远大于外部大气的气压，在下降过程中，驾驶舱内温度变化范围为:-24℃至8℃。如下图：

根据下图'4个监控点的风速随时间的变化'可知，正副驾驶位置所在的P2和P1位置，整个下降过程中气流的速度都不超过10m/s，相当于5级风；而整个驾驶舱内最大的气流速度出现在刚开始下降时，位于责任机长后方，最大风速为18m/s，相当于7级风。

（解读：按照气象专家的形象比喻，4 级风吹飞纸片，5 级小树随风摇，6 级举伞有困难，7 级迎风走不便。对于很多人的疑问，为什么机长最开始没有戴上氧气面罩，除了风的影响，最主要的原因是，任何时候飞行员最优先的任务都是控制飞机状态。当时机长遇到的情况是，左手需要手动控制飞机，而氧气面罩在左后侧方，要完成控制飞机这个最优先的任务，就没有可能戴上氧气面罩。）

（5）驾驶舱内环境分析

风挡破裂对驾驶舱气体环境的影响主要分为驾驶舱压力的影响和驾驶舱温度的影响两个部分。

驾驶舱压力的影响:根据飞行数据，A319飞机风挡破裂后， 驾驶舱失压，7时7分51秒驾驶舱内压力高度超过25000ft，随着飞机下降，驾驶舱内压力高度逐渐降低，7时9分07秒驾驶舱内压力高度降至25000ft以下。因此，驾驶舱内压力高度超过25000ft的时间为1分15秒。

驾驶舱温度的影响:根据CFD模拟数据，整个下降过程驾驶舱内温度在-24℃至8℃之间波动，其中处于-24℃的时间不超过1.5min。

（6）结论

利用非定常NS方程对A319飞机风挡爆裂过程进行模拟，得到结论如下:

驾驶舱内压力高度低于舱外气压高度，其原因是风挡处存在高压区，风挡爆裂后舱内压力与未破裂前风档处的压力一致。驾驶舱内的温度高于舱外气流的温度，其原因是驾驶舱内的压力远高于外部压力，且外部大气的实际温度远高于同一气压高度的标准大气温度（Delta ISAofTBD℃）。

整个下降过程中，机长和副驾驶座位位置风速均小于10m/s，即风力不超过5级；整个驾驶舱内最大风速不超过18m/s，相当于7级风。

（解读：在前风挡完全飞脱后，驾驶舱内压力高度低于舱外气压高度、温度高于舱外气流的温度，风速低于飞机空速——简单理解，这是一种类似冲压发动机原理的现象。英雄机长并非超人类，他没有失能是因为他的暴露时间在标准以内。他的强健体魄只是保证了他能够在标准的上限保持能力，而非赋予了他超能力。作为飞行员，千万不心存侥幸或者麻痹大意。严格执行现有程序，才能保证自己的安全。）

—报告“驾驶舱环境仿真”部分节选完毕—

-小结-

1. 除了以上“驾驶舱环境仿真”试验外，调查报告里还列举了调查组进行的“机载计算机检查、接线盒附着玻璃检查、接线盒导线检查、风挡过热区域分布、C钉接线端腐蚀产物检查、封严材料检测、电弧放电试验、130VU断口检查、和风挡脱落再现试验。”，各位可以自行脑补报告的严谨度。再次向调查组的工作表示敬意。
   

2. 业（chi）外（gua）人（qun）士（zhong）可能会被这份报告描述的失压后的情景描述所吓到，甚至产生航空旅行不安全的错觉。必须说明的是，这是一种错觉。历史安全数据表明，航空旅行是所有出行方式中最安全的方式。包括这份事故调查报告在内所展现出来的，民航人对于安全的一丝不苟、实事求是的科学和负责任态度，以及切实有效的持续改进，是航空旅行得以成为最安全出行方式的基石。

3. 还是那个观点：一份高质量的调查报告，能够通过充分客观地还原事件全貌，让从业者（组织及个人）从中吸取自己所需要的经验和教训。这不仅可以让成功的案例得到更多复制，也可以通过避免失败案例的再次发生，让失败案例从不安全历史的负资产转变为未来安全效益的正资产。

——未完待续——