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作者:陸峰 王元元
原標(biāo)題:專(zhuān)利維度試析737 MAX MCAS系統(tǒng)的適航認(rèn)證問(wèn)題
在剛剛過(guò)去的2019年里,美國(guó)波音公司可謂是時(shí)乖命蹇、危機(jī)重重:半年內(nèi)發(fā)生印尼獅航、埃塞航737 MAX兩起空難事故,導(dǎo)致346人死亡,空難調(diào)查表明這兩次空難均與新安裝的“機(jī)動(dòng)特性增強(qiáng)系統(tǒng)”(MCAS)故障引起的客機(jī)空中失控有關(guān),并且MCAS在設(shè)計(jì)、適航認(rèn)證、飛行培訓(xùn)等方面都存在重大問(wèn)題,因此波音飽受公眾、媒體和司法部門(mén)的質(zhì)疑和責(zé)難,經(jīng)濟(jì)損失累計(jì)高達(dá)數(shù)十億美金。737 MAX客機(jī)于2019年3月遭到全球停飛以來(lái),復(fù)飛預(yù)期一再推遲,12月17日,波音宣布由于美國(guó)聯(lián)邦航空局(FAA)認(rèn)證推遲到2020年、恢復(fù)運(yùn)營(yíng)和全球培訓(xùn)審批的時(shí)間點(diǎn)和條件的不確定性等因素,將暫停生產(chǎn)737 MAX客機(jī)。
為何存在嚴(yán)重設(shè)計(jì)缺陷的MCAS能夠通過(guò)FAA的適航認(rèn)證?為何737 MAX復(fù)飛遙遙無(wú)期?本文嘗試從MCAS密切相關(guān)專(zhuān)利切入,對(duì)MCAS適航審查程序中可能存在的豁免制度和“繼承原則”問(wèn)題進(jìn)行分析。
一、MACS可能利用了失速保護(hù)系統(tǒng)享有的適航審查豁免政策
1、MCAS情況概述
737 MAX系列客機(jī)安裝LEAP-1B發(fā)動(dòng)機(jī)后,由于其尺寸更大,所以其安裝位置必須更高、更向前、與機(jī)翼更近,造成發(fā)動(dòng)機(jī)短艙在大攻角飛行情況下會(huì)產(chǎn)生非線性升力,由于發(fā)動(dòng)機(jī)短艙位于重心之前,還會(huì)使飛機(jī)產(chǎn)生輕微的抬頭效應(yīng),反應(yīng)到操縱桿上的阻力也會(huì)非線性減小,這可能導(dǎo)致飛行員更容易誤操縱飛機(jī)而接近失速。根據(jù)適航規(guī)定FAR25.203“失速特性”要求,這種非線性/減小的桿力是不允許的,所以,波音引入了MCAS系統(tǒng)。
在飛機(jī)襟翼收起、大攻角(氣流與機(jī)翼弦線之間夾角)飛行和飛行員手動(dòng)駕駛時(shí),MCAS被激活并指令水平安定面偏轉(zhuǎn),使機(jī)頭下壓。《印尼獅航空難報(bào)告》顯示:失事飛機(jī)的攻角傳感器出現(xiàn)了故障,MCAS系統(tǒng)根據(jù)錯(cuò)誤的傳感器數(shù)據(jù)對(duì)飛機(jī)進(jìn)行了錯(cuò)誤的調(diào)整。由于波音公司未能向飛行員提供有關(guān)MCAS系統(tǒng)的任何信息,導(dǎo)致機(jī)組人員在危急時(shí)刻無(wú)法及時(shí)了解面臨的情況并及時(shí)采取糾正措施,最終造成空難發(fā)生。調(diào)查情況表明,埃塞航空難原因與印尼獅航空難高度相似。
2、MCAS系統(tǒng)不是傳統(tǒng)意義的失速保護(hù)系統(tǒng)
傳統(tǒng)失速保護(hù)系統(tǒng)重要包括失速告警、失速識(shí)別、系統(tǒng)狀態(tài)顯示、抖桿和自動(dòng)推桿等方面,一般不涉及水平安定面調(diào)節(jié),也沒(méi)有超越飛行員的控制權(quán)限。如上文所述,波音安裝MCAS系統(tǒng)的目的不是用于防止失速(雖然間接有助于防止失速);它的引入是用于抵消LEAP-1B發(fā)動(dòng)機(jī)短艙在大迎角下的非線性升力問(wèn)題,并在接近失速時(shí)提供穩(wěn)定的增加桿力操縱。
3、波音可能將MCAS“包裝”成失速保護(hù)系統(tǒng)
為了在適航審查時(shí)得到豁免優(yōu)惠政策,波音有可能將MCAS“包裝”成失速保護(hù)系統(tǒng)。
失速保護(hù)系統(tǒng)可以獲得適航審查豁免政策的依據(jù)為波音于2016年8月10日申請(qǐng)的CN106477055A號(hào)中國(guó)發(fā)明的說(shuō)明書(shū),該專(zhuān)利名稱(chēng)為“飛行器失速保護(hù)系統(tǒng)。”根據(jù)該專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)第8段的記載:“采用失速保護(hù)系統(tǒng)的飛行器通常通過(guò)特殊狀況問(wèn)題報(bào)告過(guò)程進(jìn)行認(rèn)證,因?yàn)閭鹘y(tǒng)的失速要求不能被評(píng)估。一些監(jiān)管機(jī)構(gòu)(諸如FAA)可授予飛行器制造商用于安裝失速保護(hù)系統(tǒng)的性能免除許可(performance relief credits)”在該專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)第48段等處也有類(lèi)似記載。
737 MAX已得到適航審查豁免的根據(jù)為2019年10月FAA發(fā)布的十國(guó)局方聯(lián)合技術(shù)審查小組(以下簡(jiǎn)稱(chēng)JATR審查小組)做出的《737 MAX飛控系統(tǒng)審查報(bào)告》。該報(bào)告指出737 MAX的設(shè)計(jì)法規(guī)包括以下組合:1967年B737最初獲得認(rèn)證時(shí)實(shí)施的監(jiān)管修訂,……特殊條件、豁免和同等水平的安全調(diào)查結(jié)果(典型的類(lèi)似認(rèn)證項(xiàng)目)等。從劃線部分可以看出737 MAX的適航審查得到了相應(yīng)豁免,其中很可能包括上文提到的對(duì)失速保護(hù)系統(tǒng)給予的“性能免除許可”。主要理由如下:
圖1 CN106477055A號(hào)專(zhuān)利附圖
1)從CN106477055A號(hào)專(zhuān)利附圖和說(shuō)明書(shū)可知,該專(zhuān)利所述失速保護(hù)系統(tǒng)包含的AOA攻角傳感器數(shù)據(jù)激活和控制邏輯,自動(dòng)指令穩(wěn)定翼(即水平安定面)偏轉(zhuǎn)功能,工作原理和超越飛行員控制權(quán)限等方面與MCAS基本一致。
2)圖1中劃紅線的失速誤用保護(hù)(SAP)功能是為了避免(飛機(jī)在失速或即將失速狀態(tài)下)因拉桿力非線性減小而導(dǎo)致飛行員出現(xiàn)誤操縱,這與MCAS設(shè)計(jì)目的和主要功能相同。
3)CN106477055A號(hào)專(zhuān)利提到:監(jiān)管機(jī)構(gòu)(諸如FAA)授予失速保護(hù)系統(tǒng)的“性能免除許可”,可使飛機(jī)制造商在飛行器認(rèn)證過(guò)程期間產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)性的優(yōu)點(diǎn),這與關(guān)于波音為了追趕空客公司競(jìng)爭(zhēng)機(jī)型A320NEO的研制進(jìn)度,而設(shè)法縮短737 MAX適航審查進(jìn)度的傳聞相吻合。
4)CN106477055A號(hào)專(zhuān)利提到的性能免除許可,是指FAA對(duì)MCAS的適航審查主要通過(guò)審核波音提交的特殊狀況問(wèn)題報(bào)告等方式來(lái)進(jìn)行,而該報(bào)告有可能正是問(wèn)題的關(guān)鍵,《獅航空難最終調(diào)查報(bào)告》指出:“波音公司MCAS設(shè)計(jì)允許對(duì)飛機(jī)水平尾翼進(jìn)行調(diào)整的角度從0.6度提高至2.5度,而這一改動(dòng)并未及時(shí)在提交給FAA的相關(guān)文件中進(jìn)行更新,因此FAA未能重新評(píng)估該設(shè)計(jì)更改的安全性?!边@些所謂的“相關(guān)文件”之中很可能就包括CN106477055A號(hào)專(zhuān)利中提到的特殊狀況問(wèn)題報(bào)告。
綜上所述,我們認(rèn)為:波音為了加快737 MAX客機(jī)的適航審查進(jìn)度,有可能將MCAS偽裝成失速保護(hù)系統(tǒng)并進(jìn)行適航審查,以便獲得失速保護(hù)系統(tǒng)可以享有的“性能免除許可”等豁免政策。國(guó)產(chǎn)ARJ21支線客機(jī)為了通過(guò)國(guó)內(nèi)適航當(dāng)局對(duì)失速狀態(tài)的適航審查和FAA的“影子審查”,經(jīng)歷了大量的高難度和高風(fēng)險(xiǎn)的試飛試驗(yàn),但FAA在審查“自家產(chǎn)品”-737 MAX的失速保護(hù)系統(tǒng)時(shí),卻可能給予了豁免照顧,如此做法有悖透明、公正和公平原則。
二、“繼承原則”可能是波音鉆制度空子的根源
適航審查中的繼承原則(或祖父原則)是指在對(duì)飛機(jī)產(chǎn)品的衍生發(fā)生型進(jìn)行適航審查過(guò)程中,如果衍生飛機(jī)相比原飛機(jī)只進(jìn)行了少量的更改,則允許只對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)的更改部分和受更改影響的部分進(jìn)行合規(guī)性評(píng)估,而不對(duì)飛機(jī)的未受影響部分進(jìn)行重新評(píng)估的規(guī)則。JATR審查小組基于上述規(guī)定,認(rèn)定737 MAX的設(shè)計(jì)法規(guī)包括以下組合:1967年B737最初獲得認(rèn)證時(shí)實(shí)施的監(jiān)管修訂;波音公司申請(qǐng)737 MAX項(xiàng)目認(rèn)證時(shí)生效的監(jiān)管修正案;在1967年原始認(rèn)證和737 MAX認(rèn)證申請(qǐng)之間生效的監(jiān)管修訂;在波音公司選擇遵守的申請(qǐng)日期之后生效的某些監(jiān)管修訂;特殊條件、豁免和同等水平的安全調(diào)查結(jié)果(典型的類(lèi)似認(rèn)證項(xiàng)目);附加設(shè)計(jì)要求和條件(ADRC)。
波音737型系列客機(jī)已經(jīng)有50多年的使用歷史,至今已發(fā)展出14個(gè)型號(hào)和4代機(jī)型,飛機(jī)上的失速保護(hù)系統(tǒng)或配平系統(tǒng)也經(jīng)歷了多次發(fā)展和變更。根據(jù)繼承原則,如果波音將MCAS系統(tǒng)謊報(bào)是舊飛控系統(tǒng)的更改,就可以不用再進(jìn)行全面的系統(tǒng)驗(yàn)證和評(píng)估,所以JATR審查小組認(rèn)定波音在737MAX上安裝MCAS系統(tǒng)遵循了更改后的產(chǎn)品規(guī)則流程,并且該流程對(duì)于處理離散的更改是有效的。
我們認(rèn)為:MCAS系統(tǒng)屬于新系統(tǒng)的安裝,不是原有機(jī)型飛控系統(tǒng)的更改,不應(yīng)適用繼承原則。主要理由如下:
1)如上文所述,MCAS系統(tǒng)與傳統(tǒng)的失速保護(hù)系統(tǒng)完全不同。
2)MCAS與舊機(jī)型安裝的速度配平系統(tǒng)存在明顯區(qū)別。所謂的速度配平系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為STS系統(tǒng))是飛機(jī)的速度增穩(wěn)系統(tǒng),當(dāng)飛機(jī)速度大于或小于配平速度時(shí),該系統(tǒng)指令安定面移動(dòng),以使飛機(jī)回到配平的速度。雖然MCAS與STS系統(tǒng)同是指令安定面移動(dòng)的飛行控制系統(tǒng),但是兩者存在明顯區(qū)別:MCAS用于737 MAX換發(fā)帶來(lái)的氣動(dòng)問(wèn)題,737 CL(經(jīng)典型)、NG等舊機(jī)型不存在類(lèi)似問(wèn)題;MCAS基于AOA攻角傳感器數(shù)據(jù)激活,在激活邏輯、傳感器和數(shù)據(jù)類(lèi)型、數(shù)據(jù)比對(duì)、信號(hào)處理及傳輸、冗余設(shè)計(jì)、控制律等方面,與STS系統(tǒng)完全不同;MCAS具有優(yōu)先于STS和飛行員手動(dòng)駕駛的控制權(quán)限;MCAS指令安定面移動(dòng)的速度和角度遠(yuǎn)高于STS;MCAS可以重復(fù)啟動(dòng);MCAS只在飛機(jī)襟翼收上的狀態(tài)啟動(dòng);MCAS的關(guān)閉方法不同于STS系統(tǒng)等。
3)JATR審查小組發(fā)現(xiàn),在提交給FAA的認(rèn)證文件中,MCAS并未作為一個(gè)完整、集成的功能獲得評(píng)估,由于缺乏統(tǒng)一的從上到下的系統(tǒng)功能開(kāi)發(fā)與評(píng)估及其安全分析,再加上廣泛、分裂的文件分類(lèi),使得JATR審查小組難以評(píng)估是否充分證明了合規(guī)情況的存在。這表明波音可能對(duì)MCAS的研究基礎(chǔ)和驗(yàn)證不足,沒(méi)有對(duì)MCAS進(jìn)行完整、集成的功能評(píng)估,這可能與波音當(dāng)時(shí)采取多種空氣動(dòng)力學(xué)措施不能有效解決737 MAX因換發(fā)而帶來(lái)的氣動(dòng) ,所以倉(cāng)促上馬MCAS的研制背景有關(guān)。
綜上所述,波音有可能利用了適航審查制度的繼承原則,使MCAS系統(tǒng)在未進(jìn)行充分地試驗(yàn)驗(yàn)證的情況下就通過(guò)了適航審查,因而在系統(tǒng)集成和累積效應(yīng)等方面產(chǎn)生問(wèn)題。
繼承原則的最大問(wèn)題在于,其只能“防君子”,不能“防小人”,當(dāng)波音利用制度漏洞,刻意隱瞞或謊報(bào)重要系統(tǒng)信息時(shí),F(xiàn)AA采取的機(jī)構(gòu)委托授權(quán)(ODA)方式很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。波音的737飛機(jī)平臺(tái)已經(jīng)使用了50多年,其潛能都已被開(kāi)發(fā)殆盡,波音在老舊低矮的737機(jī)身上安裝LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)猶如竭澤而漁;波音可能為了追趕進(jìn)度而鉆適航審查制度的空子,結(jié)果卻是玩火自焚。波音作為百年老店,型號(hào)研制歷史悠久,適航認(rèn)證實(shí)力雄厚,繼承原則將波音飛機(jī)的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)不斷固化和積累,并形成市場(chǎng)壟斷競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì);但從兩起慘烈空難造成的嚴(yán)重后果來(lái)看,繼承原則實(shí)際上已被波音過(guò)度利用,成為掩蓋其創(chuàng)新乏力問(wèn)題、利潤(rùn)至上發(fā)展理念的“遮羞布”,同時(shí)也嚴(yán)重?fù)p害了全球民機(jī)制造供應(yīng)鏈和航空公司的利益,阻礙了國(guó)際航空運(yùn)輸業(yè)的健康發(fā)展。
三、措施與建議
1、重點(diǎn)核查MCAS系統(tǒng)適航認(rèn)證時(shí)的豁免、繼承情況
適航當(dāng)局應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)審查MCAS系統(tǒng)適用繼承原則或豁免許可等相關(guān)情況,波音應(yīng)如實(shí)公開(kāi)737 MAX機(jī)型飛控系統(tǒng)的相關(guān)功能、技術(shù)細(xì)節(jié)、軟件運(yùn)行邏輯、報(bào)告等資料,供適航當(dāng)局進(jìn)行深入及全面的評(píng)估、分析。
2、推動(dòng)飛機(jī)產(chǎn)品衍生發(fā)展型適航審查制度改革
JATR團(tuán)隊(duì)對(duì)737 MAX飛行控制系統(tǒng)認(rèn)證情況的調(diào)查結(jié)果表明,MCAS系統(tǒng)審查流程符合聯(lián)邦法規(guī)和相關(guān)適航規(guī)章要求(如《美國(guó)聯(lián)邦法規(guī)匯編》第14卷第21.19和21.101節(jié))和相關(guān)指南(如《咨詢(xún)通告》第21.101-1B號(hào)和聯(lián)邦航空局第8110.4C和8110.48A號(hào)命令),但該流程僅對(duì)于審查離散的設(shè)計(jì)更改是有效的,沒(méi)有充分處理累積效應(yīng)、系統(tǒng)集成和人為因素問(wèn)題,因此建議對(duì)飛機(jī)設(shè)計(jì)更改相關(guān)審查規(guī)則和流程進(jìn)行改革。我們認(rèn)為,現(xiàn)有的飛機(jī)系統(tǒng)越發(fā)復(fù)雜,機(jī)載系統(tǒng)任何更改都可能是“牽一發(fā)而動(dòng)全身”,尤其是涉及飛行控制等安全關(guān)鍵系統(tǒng);因此,建議適航當(dāng)局一方面更加謹(jǐn)慎的思考飛機(jī)繼承原則的適用條件和范圍,從根源上加強(qiáng)飛機(jī)的安全設(shè)計(jì)保障;另一方面,對(duì)于適用于繼承原則的飛機(jī)衍生產(chǎn)品,也應(yīng)充分評(píng)估設(shè)計(jì)更改可能帶來(lái)的影響,改革、完善現(xiàn)有的審查流程,采用自上而下的方法,從整體飛機(jī)系統(tǒng)的角度對(duì)每項(xiàng)更改進(jìn)行評(píng)估。
3、加強(qiáng)航空安全立法保護(hù)和執(zhí)法力度
為了切實(shí)保障國(guó)內(nèi)航空安全,中國(guó)應(yīng)該加強(qiáng)航空安全領(lǐng)域的立法、司法和行政執(zhí)法工作,嚴(yán)懲相關(guān)主體做出的故意隱瞞重大安全隱患、適航取證環(huán)節(jié)弄虛作假和誤導(dǎo)飛行訓(xùn)練等不法行為;責(zé)令相關(guān)責(zé)任主體確實(shí)做好對(duì)國(guó)內(nèi)航空公司和中國(guó)遇難者家屬的賠償工作。
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作者:陸峰 王元元
編輯:IPRdaily王穎 校對(duì):IPRdaily縱橫君
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