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賽斯納龐巴迪

飛機的自動飛行:是朋友還是仇人?

私人飛機網 更新時間:2019-06-06 07:14:11 來源: 字號:

  近日,有人提出一個問題:自動飛行究竟是飛行員的朋友還是仇人?

  對此,不少飛行員都有自己的看法。有人認為,飛機越先進,自動化程度越高,飛行員的人工操縱能力就越弱;也有人講,自動飛行出故障后容易讓人犯暈,人工操縱合格即可,關鍵要抓不守規矩的行為;還有人說,在人工飛行時,飛行員可以提前評估與預測,能感受到偏差變化,但自動飛行只會在偏差很大時才突然交給飛行員操縱……

  筆者認為,上述說法主要源于人機界面不匹配、不熟練、不對稱,我們應該給自動飛行正名。

  自動化、智能化是發展的必然趨勢

  什么是飛行自動化?簡而言之,就是由機組選擇,將機組完成的部分任務分配給機器完成。自動飛行還包括警告與警戒系統,它代替了人的監視或擴充了人的決策(這可能不是由機組選擇的,而是預先指定的,如系統監控、飛行狀態監控、火警探測)。

  自動飛行最初的目的是通過控制空氣動力面來穩定航空器姿態。幾十年來,計算機技術得到了突飛猛進的發展,并被廣泛應用到飛機駕駛艙中,帶來了飛機的革命。計算機顯示技術的應用能顯示更多的合成及靈活信息,便于更好地模仿外部世界(地圖顯示),顯示更強大的系統狀態信息(電子監控圖),以及進行復雜的系統或機組交流。通過功能強大的飛行管理系統,機組人員可以編制部分飛行程序。軟件與電線連接逐步取代了機械連接,使飛行操縱和系統命令結構發生了革命性的變化。

  駕駛艙由各種自動化設備組成,包括自動化、自動功能、復雜的飛行員輔助系統,以及眾多的子計算機系統。自動化設備的大量使用,使飛行方式發生了重大變化,飛行員的職責從操縱為主向監控為主過渡。飛行自動化還解決了很多安全難題,如增強型近地警告(EGPWS)幫助飛行員避免了多起可控飛行撞地事故,近地飛行安全性提高了95%以上;空中交通警戒與防撞系統(TCAS)為空中防相撞、提升空間容量創造了條件;現代氣象雷達為規避危險天氣、提高全天候飛行能力開辟了空間。如果沒有衛星導航技術,我們就不可能有全球化的自由飛行;如果沒有PBN技術,四川、西藏、青海的高高原、復雜機場難以正常運行;如果沒有自動飛行系統的協助,即便能夠將一個平常航班完整地飛下來,但機組人員也可能累成“狗”。

  可以說,自動化、智能化給民用航空既帶來了效益,又提高了安全水平。這是行業發展的必然趨勢。

  自動化航空系統的局限

  既然自動飛行這么好,為什么還有人將其貶損為“仇人”呢?

  有研究機構認為,飛機駕駛艙內有60多個與自動化相關的問題,可分為情景意識、自動化自滿、自動化脅迫等九大類。排在第一位的是失去情景意識。它是在飛行員對航空器及其與周圍環境的關系缺乏認知或認知錯誤時發生的。曾經發生過這樣一起不安全事件:一架波音707飛機在紐芬蘭上空35000英尺(約10668米)飛行時,出現自動駕駛斷開并開始向下滾轉的情況,直到飛機開始失去控制,機組才發覺自動駕駛早就斷開了,機組將飛機改出,飛行高度已經掉到了6000英尺(約1828米)。

  關于自動飛行,筆者比較贊同中國民航大學劉漢輝、孫瑞山等教授的觀點。他們認為,現代自動化航空系統有三大局限。

  一是系統是人設計的“機器”,只能恰當地處理那些預想并選定的情況。快速檢查單、ECAM程序等只能處理典型的故障和不正常情況,更多時候要靠機組充分發揮主觀能動性。如川航3U8633航班面臨險情,機長劉傳健臨危不懼、果斷處置,才將整架飛機挽救回來。遇到這些帶有不確定性、需要抽象思維和分析的情況,目前還是人工操縱占上風。因此,不能指望自動飛行包攬一切,機組尤其是機長要牢牢掌握飛機運行控制的主動權。

  二是系統只在設計狀態下工作性能最好。通常,這個設計狀態與最常用、最主要的運行狀態相吻合。偏離這個狀態,工作性能就會降低;超出允許的權限,安全運行就難以保證。所以,現代航空界強調標準操作程序,這是最基本的安全要求。只有使用標準操作程序,才能保證系統參數保持在正常工作范圍內,自動飛行才能充分發揮作用。一旦使用非標準操作或超出了正常運行范圍,隨時都可能發生意想不到的情況。

  三是自動化航空系統靠人把安全關。一方面,自動設備可能出現故障,要靠人及時發現并接手飛機操縱。另一方面,飛機是設計者權衡各種矛盾的結果,會將一些“緩慢”運動留給飛行員處理。這似乎已經成為航空界的一種慣例。可見,當設計者遇到難以處理的矛盾時,常常把飛行員“設計”成最后一道安全關口。如果飛行員忽視對飛行狀態的監控,“緩慢”運動會累積成大的偏差,最后一道關口失守,就很可能釀成事故。事故調查發現,許多情況都會涉及自動飛行,自動飛行便背上了“仇人”的黑鍋。

  統籌自動飛行與人工飛行

  那么,如何處理自動飛行與人工飛行的關系?

  一是必須正視操縱能力下降的現實問題。與過去的原始飛行模式相比,現代飛行員的手控操縱能力確實有不盡人意的地方。訓練是獲取、保持和提高飛行技術的唯一途徑。在飛行員培訓上,筆者認為,應協調處理好兩對矛盾:首先要處理好常規動作與高難度技術課目的矛盾。每種機型都有相對復雜、安全相關度較高的故障項目。如果這些故障處置不好,最終很可能釀成飛行事故。因此,各公司對這類故障極為重視,在訓練大綱中都將其作為必練、必考項目,在訓練課目設置、時間分配、檢查員考試出題上對這些課目都要重點覆蓋。航班飛行不是比武打擂臺,而是眾多飛行員的日常生產行為。因此,對他們的訓練應以滿足運行需求,確保安全裕度為目的,既要照顧重點課目,又要兼顧常規課目。每年都會發生上百起飛行事故征候,但絕大多數都源自常規動作。所以,對于安全運行來說,沒有不重要的課目,樣樣都須過硬。

  其次要處理好訓練個性化與訓練整體要求的矛盾。每位飛行員的個性、心理特征不盡相同,知識能力結構、技術表現也存在一定差異,所以對飛行訓練的需求因人而異。在完成必訓課目的基礎上,要針對受訓者的實際技術需求進行個性化補差訓練。在實際操縱技術方面,通過快速存取記錄器品質監控、航線技術檢查、機組自愿報告,診斷其在技術上存在的不足,做到本人清楚,管理者心里有數。在實施訓練之前,教員應全面了解受訓者的技術情況與理論水平,有針對性地修訂教案,預先講解,上了模擬機或飛機,充分運用“示范、提示、放手”等教學手段,抓好補差訓練。檢查員應了解被考人的技術情況,對有技術缺陷的地方要設計編排考試課目,進行實際技術檢驗,確實達到大綱標準才能簽字通過。只有“飛行員本人—管理者—教員—檢查員”聯動,抓好個性化訓練,才能真正提高整體訓練效能。

  二是要積極發揮自動飛行的作用。要充分利用新設備、新技術,為安全飛行提供更大的保護裕度。不論是在正常狀態還是非正常狀態下,都要充分發揮自動化飛行的作用,充分將人解放出來,監控更高一級的飛行動態。空客系列飛機有個著名的“金科玉律”,第一條是“操縱飛機、導航和通信”。“操縱飛機”要求把桿飛行員(PF)監控并控制俯仰姿態、坡度角、空速、推力等,“監控”自然是讓飛機處于自動飛行狀態之下。“金科玉律”第二條是“任何時候都要合理使用自動化”。飛機裝備了各種級別的自動化系統以執行特定任務,機組必須根據飛行情況和需要完成的任務來確定如何合理地使用自動化系統。

  三是航班飛行首要任務是確保安全。為進一步提高航班飛行安全的可靠性,我們有必要優化飛行習慣做法。例如,航班著陸是不是都要脫開自動駕駛,改為人工操縱落地?難道實施自動著陸有違規定?當然不是每座機場、每條跑道都能實施自動著陸,但當外界天氣相對復雜、機組相對疲勞、操縱能力相對偏弱時,對于可以實施自動著陸的機場和航班架次,筆者優先推薦自動著陸方式。這樣可以人盡其才、物盡其用,將飛行安全建立在科學穩妥的基礎之上。我們不能為了獲得一次實際操縱飛機著陸的機會而拋開強大的自動飛行系統,將整個著陸過程置于危險中。

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