川航“5.14”事件调查侧记
川航“5.14”事件调查侧记——民航局“5·14”事件调查组曾繁舸 但妍 冯岩鹏 陈挺
2020年6月1日中国民航局公开发布了川航“5·14”风挡爆裂脱落事件最终调查报告，短短1天的时间“川航3U8633备降事件调查报告公布”这一话题就登上了微博热搜榜，阅读量高达1.2亿人次。此前根据川航“5·14”事件改编的电影《中国机长》，在2019年国庆节上映后取得28亿元的票房，位列中国内地电影票房总排行榜第10名。
现在“中国民航英雄机组”、“川航3U8633航班”、“刘传健机长”、“敬畏生命、敬畏职责、敬畏规章”这些词语都成了民航人熟知的名词，我们致敬英雄机组，更要致敬在幕后兢兢业业、默默付出的“真相”挖掘者，正是这样一群来自中国民航的调查员们，通过艰苦努力和辛勤付出，历时2年完成了最终调查，查明了事件原因，提出了合理的安全建议。
这次《飞行员》杂志编辑部特别邀请民航局“5·14”事件调查组撰写了一篇文章，由调查员们将川航“5·14”事件调查背后不为常人所知的故事呈现出来，以飨读者。
调查为什么会长达两年之久？
川航“5·14”事件（以下称为本次事件）被定性为运输航空严重征候，但是调查工作的难度不亚于一起事故调查，主要表现在以下五个方面：
◆◆国际参与度广◆◆
本次事件调查是根据《国际民用航空公约》附件13，由中国民航局主导，法国航空事故调查分析局（BEA）、欧洲航空安全局（EASA）、空中客车公司（AIRBUS）和法国圣戈班集团公司叙利工厂（SGS）参与的国际调查。原因分析、调查结论是全球事故调查机构、飞机制造商、风挡制造商和所有装配该型风挡的航空公司关注的问题，因此原因分析和调查结论一定要经得起科学和历史的检验。
◆◆取证困难系数大◆◆
本次事件中右风挡脱落，仅记录了一条“ANTI ICE R WINDSHIELD”故障信息，直接物证仅剩下风挡防冰系统电加温接线盒、少量导线和附着在接线盒表面的内层玻璃碎渣，以及2019年7月26日在海拔4273米高原野外找寻到的飞机脱落的130VU,这些不能为风挡玻璃的破裂顺序、起始破裂位置、导线电弧类型、水汽侵入路径等与风挡破裂原因和过程密切相关的因素确定提供直接证据支持。
◆◆可供借鉴经验少◆◆
本次事件是截止目前在世界民用运输航空史上唯一一次在巡航高度发生风挡爆裂脱落的事件，没有相同案例的调查经验可循。1990年英航5390号航班在起飞爬升到5300米时，虽也曾发生风挡脱落，但该事件是由于维护人为差错导致，并未发生风挡爆裂，不能为本次事件调查提供参考。
◆◆现实挑战性强◆◆
本次事件发生时，国内在风挡设计、验证，以及风挡失效后突然泄压的分析和试验方面的技术经验非常有限，面临调查条件有限的挑战。
飞机制造商和风挡供应商占据飞机设计、系统集成、历史统计数据等多方面的优势，在全球机队上装配有与本次事件相似设计的风挡，总飞行时间8000万小时发生过5起双层结构玻璃失效的案例，但风挡均未脱落，风挡双层结构玻璃失效模式的总发生概率在10-7以下，并且其曾开展的双层结构玻璃失效的模拟试验也未发生风挡脱落。飞机制造商和风挡供应商对风挡玻璃破裂后的承载能力有较强信心，对本次事件中风挡脱落是否仅因为风挡玻璃失效存在疑问。
◆◆涉及专业领域多◆◆
本次事件调查超出了传统的飞行、空管、适航等民航专业，涉及到化学、电学、力学、材料学、流体力学、生理学、航空医学等多个学科。
调查组采用金相分析、断口分析、CT断层扫描、能谱分析、热重分析、光谱分析等多种技术，开展了大量复杂、周期长而高技术含量的试验，例如气密封严硅胶试验，就采取连续600小时、70度温度紫外线照射来模拟硅胶老化；驾驶舱环境分析仅建立几何模型和计算流体力学模型用时2个月，然后再用高性能图形工作站、超级计算机计算了3个月，详细分析了风挡爆裂后驾驶舱环境中压力、温度、风速的变化趋势。
两年来调查组通过历史事件信息、同类风挡服役件、模拟验证、故障树分析、理论分析等手段，逐层深入，从无序到有序，最终确定了事件原因，本次事件的调查结论得到中方双方的认可。
调查中都有哪些难忘的点点滴滴？
◆◆初期现场调查◆◆
事发后，民航局立即成立了调查组，全面深入开展调查取证，完成现场勘查、证人访谈和译码分析等工作，随后和法方代表一起连续几天冒着酷暑在机坪作业，全面核查飞机损伤、分解驾驶舱风挡区域、拆下18部飞行计算机，不放过任何一个可能的疑点，形成中法双方认可的现场检查报告，为后续的技术分析和飞机的修复奠定基础。
图1 调查组副组长民航局唐伟斌安全总监检查飞机损伤
图2 对驾驶舱风挡区域进行检查和拆卸
图3 中法双方调查员合影（右边第4人为BEA授权代表Erell）
◆◆缺氧情况的调查分析◆◆
本次事件中的3名飞行机组成员在较长时间的缺氧状况下是否出现过意识丧失，一直是业内和大众关注的焦点之一。作为调查人员，第一时间通过机组访谈了解情况，结合医学检查、飞行数据和模拟试验等科学方法来综合分析。
机组访谈时，副驾驶对是否有过意识丧失其实自己也有过疑惑，但通过他能完整的回忆起事件整个过程，没有发生逆行性遗忘，另外风挡脱落导致出现爆炸性座舱失压，副驾驶瞬间被强大的外泄气流带离座位，能凭“一己之力”回到驾驶舱，都说明他当时并没有发生意识丧失，因为一个因缺氧导致意识丧失的人不可能在没有及时供氧的情况下主动恢复意识。
接下来就是从理论数据上进一步证实没有意识丧失，也就是通常所说的，缺氧应该在人的有效意识时间内，而本次事件中机长和副驾驶经历的了是3-4个不同海拔高度均未使用氧气的情况，所以“有效意识时间是否存在叠加效应”或者说“如何用有效意识时间解释高空连续缺氧”成为机组生存因素分析的关键问题。为此，我们联系了国内空军军医大学、空军航空医学研究所知名的航空生理学教授，共同讨论分析人在不同海拔高度持续缺氧的可能性，最后大家达成一致意见，有效意识时间应该以事件发生的初始暴露高度为准，因为那时候身体对缺氧还处于未代偿阶段，可能在极短时间内失去意识，即所谓的“有效意识时间”，所以初次暴露高度时间是否在有效意识时间之内是关键。之后即使人体连续暴露在缺氧环境，身体的代偿机制将迅速开始发挥作用，对缺氧的耐受能力也得到增强。事实上，机长和副驾驶在初始暴露高度停留的时间均在理论有效意识时间范围内，因此，没有丧失意识是完全有理论依据的。再加上之后机长操纵飞机快速下降高度，两人在18000ft以上暴露的时间远远小于在各高度的有效意识时间，因此两人没有发生意识丧失。
◆◆低温环境的调查分析◆◆
本次事件中，影响3名飞行机组生存的最主要的环境因素是他们经历的高空低温低压缺氧。我们需要尽可能的还原当时的环境，对机组的生存状态做出科学、客观、合理的解释。
空客A319的DAR（数字式飞机综合数据系统记录器）里有座舱高度、压力变化的连续记录，我们可以推算出空气的氧含量、人的耐受时间等重要信息。但包括空客在内的所有大型商用飞机目前都没有对于座舱温度的记录，所以如何还原事发当时的驾驶舱温度，一度是我们调查分析机组生存因素的难点。虽然我们通过机组没有冻伤这个事实，可以推测出当时驾驶舱内的温度远远高于机舱外的理论气温-49.9℃（实际译码数据SAT-42.3℃），但到底当时的实际温度是多少，我们一直没有头绪，而CFD（计算流体动力学）方法模拟飞机驾驶舱和右风挡脱落以后的驾驶舱还需要较长的时间，因此对低温环境的分析工作陷入了僵局。
在一次调查小组集体讨论会上，有名调查员突然想到既然第二机长的EFB（ipad）在整个事件中一直能正常使用，而ipad锂电池对工作环境温度是非常敏感的，尤其是低温环境，那我们何不利用这个特性去推测当时的环境温度。于是，我们立即查询了苹果公司的官方网站，上面明确标明了本次事件中同一型号的ipad的工作环境温度为0℃至35℃，非工作温度为‑20℃至0℃，于是我们推测当时驾驶舱内温度不会低于-20℃或者超过-20℃的时间非常短暂。由此我们再对照服装隔热值与人体低温受限度曲线和风冷指数理论数据，分析出机组成员在事件中耐受低温环境的可能性。之后驾驶舱CFD仿真模型数据显示：在右风挡玻璃爆裂脱落后，驾驶舱的温度变化为-24℃至8℃，其中处于-24℃的时间不超过1.5分钟，与我们之前的推测基本一致。
这件调查中的小插曲也给我们调查员一个很好的启示，就是在调查中找不到直接证据的时候，我们或者可以通过一些其他的方式找到旁证，并得到我们想要的结果。
◆◆老骥伏枥，志在千里◆◆
说到这次事件的调查员们，要特别提到66岁高龄的栗牧怀同志，凭借深厚的材料学和工程学背景，以及多次国内外事故调查经验，他作为民航局特聘顾问专家参加本次事件调查。栗牧怀同志思维敏捷、逻辑严谨，表现出的敬业精神令人钦佩，为调查组在技术分析、故障建模、失效逻辑分析等方面提供重要的技术支持，为调查工作最终完成做出了重要贡献。
图4 2020年1月8日在法国成功完成风挡脱落再现试验
（左起第3人为栗牧怀）
图5 2020年1月15日在BEA中法双方技术讨论
调查都有哪些花絮？
◆◆高原搜寻飞机脱落部件◆◆
本次事件发生后，调查组也曾试图寻找飞机丢失的部件，但一直未果。
2019年7月25日，一则新闻引起了正在北京举行川航5.14事件阶段调查工作会议的调查组高度关注。报道称位于四川省雅安市宝兴县硗碛藏族乡勒乐村的一位村民山上放牛时，在海拔4000米处的山坡上发现了一块黑色金属制品，疑似飞机部件，并配发了一段视频。
图6 调查员在高原山路行进
图7 调查员的汗水形成的背包痕迹
调查组根据视频判断该部件应为FCU(飞行控制组件)的一部分。分析事件当天川航B-6419飞机的航迹在硗碛藏族乡10公里内，B213航线从硗碛藏族乡正上方通过，P122点在其西边8公里，MIKOS点在其东边20公里，判断川航B-6419号机就是在这区域发生风挡风玻璃爆裂脱落的。
7月26日调查组派出两名高高原事故调查员驱车4小时抵达宝兴县，在宝兴县应急管理局和当地发现FCU的村民的协助下，调查员经过3小时高原野外徒步，克服高反和艰苦的自然环境影响，期间还看见了狗熊在树上留下的抓痕和金丝猴，最终在海拔4273米的硗碛藏族乡夹拉姆山上找到了2018年5月14日川航B-6419号机风挡爆裂事件中脱落的FCU右侧的130VU，发现的位置点，距离B-6419号机风挡玻璃爆裂脱落失压点地面投影距离东北方向3.17公里处。
图8 发现B-6419号机脱落的130VU
图9 发现130VU的地图示意
从地图可以看到发现130VU的地点位于风挡爆裂脱落的右后方的高原无人山区，当地牦牛都是散养，村民隔一段时间到高山上寻找牦牛喂食盐巴，若没有牦牛偶然到这里吃草，村民根本不可发现飞机脱落的部件。
◆◆电影《中国机长》中关晓彤的原型人物◆◆
下面这张图片在“5·14”事件新闻媒体报道中经常出现，照片的拍摄者叫万赑（音“必”），正是 《中国机长》电影中关晓彤扮演一名摄影爱好者的原型人物。
图10 2008年5月14日B-6419号机落地前万赑拍摄
这位拍摄者在成都航空摄影爱好者圈子挺有名，经常参与航空摄影活动，2008年 5月14日那天刚好路过机场，他恰好在flight radar24软件里面发现了设置了7700代码的飞机正在成都双流机场附近，于是拿着摄影器材就去了跑道头，等着这架飞机落地，拍摄了一组B-6419号机的照片。后来调查组通过民航的摄影爱好者联系上了他，他无偿的将照片提供给了调查组，并谈到当时因为不知道什么故障，等飞近了才发现少个风挡，没来得及推长焦照那个风挡，感觉很遗憾。
图10 风挡区域局部放大
调查组对照片进行放大处理，清晰地观察到了飞机右风挡的丢失，同时根据DAR记录的飞机落地时间，反推万赑的照相机参数，发现相机的设置时间比DAR时间大约慢了7分15秒。
◆◆风挡丢失后飞机的适航性◆◆
不少关心航空安全的人会问，飞机设计时是否考虑了风挡丢失的情况，运输类民航飞机需要证明满足相应的适航标准才允许投入运行，风挡丢失是飞机服役中可能的失效情况。现行的适航标准要求飞机在发生该情况后具备可操纵性，实现安全降落。相关的要求包括：
1．单块风挡丢失后的驾驶舱视界。CCAR 25《运输类飞机适航标准》第25.775条（e）款规定：如果丧失了其中任何一块玻璃的视界，余下的一块或几块玻璃可供一个驾驶员在其驾驶位置上继续安全飞行和着陆。
2.单块风挡丢失后的结构完整性。第25.365条（e）（3）项规定：增压舱内部和外部的任何关键结构、组件或零件，必须设计成能够承受单块风挡丢失造成的突然泄压情况。设计上通常通过驾驶舱门或泄压板打开提供泄压通道，并证明驾驶舱结构、驾驶舱隔框、舱内地板、舱内隔板等能够承受泄压载荷。
3. 单块风挡丢失后供氧装置的可用性。第25.1441条（c）（2）项规定：驾驶舱内的机组必须拥有连接至供氧接头的速戴型分氧装置，且必须当机组成员坐在自己工作位置上时可以立即取用。能用单手在五秒钟内把分氧装置从其待用位置上取下戴到脸上，正确地固定好，密封妥当并按需要供氧，不碰掉眼镜或延误执行应急任务；在戴上分氧装置时，能够完成正常的通信联络任务。
应该说从飞机的设计角度为发生单块风挡丢失时飞机的安全降落提供了基本条件，但是由于认知和技术的局限性，适航标准尚未能够充分考虑机组在面临风挡丢失形成的恶劣情况下的应激反应。
在本次事件调查中，调查员们感触最深的一点就是，除了当时的天气、飞行高度等有利因素，这起事件的成功处置，是近年来民航局推行“三基建设”的成果，也得益于机组优秀的心理素质和过硬的职业素养，包括平时良好的生活习惯练就的好的身体素质。当事机组平时的训练有素、突发情况下的沉着冷静应对、熟练的技能是本次事件成功处置的所在。
“5·14”调查工作体现了民航人的专业素质和当代民航精神，体现了民航大国的能力和担当，在中国民航调查史上留下了浓墨重彩的一笔。
——本文源自《飞行员》杂志2020年第2期 总第102期
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还得是plaaf超人，高原释压全是不利因素，能飞下来简直奇迹 “5·14”调查工作体现了民航人的专业素质和当代民航精神 感谢楼主的分享
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