АНАЛИЗ АВИАЦИОННЫХ ПРОИСШЕСТВИЙ ВЫЗВАННЫХ КОНСТРУКТИВНЫМИ ОСОБЕННОСТЯМИ ВС BOEING-737 И РЕКОМЕНДАЦИИ К ДЕЙСТВИЯМ ЭКИПАЖА ПО УСТРАНЕНИЮ ИХ ВЛИЯНИЯ НА ПОЛЕТ

Прошло полтора года с момента ростовской катастрофы, произошедшей 19 марта 2016 г., расследование которой пока не завершено. Тем не менее самолеты продолжают летать. Пусть редко, но все же возникают ситуации, связанные с попаданием экипажа в сложное пространственное положение, как за рубежом, так и в РФ, и далеко не обо всех случаях известно. Изменения в программы подготовки и тренировки пилотов, сделанные по распоряжению Росавиации после этой трагедии, дают положительный эффект. Похоже, пилоты укрепили навыки выхода из сложной ситуации, но пока ни у пилотов, ни у производителей самолетов Boeing-737 нет полного понимания, как и почему экипажи попадают в такую ситуацию. Расследования, которые проводил МАК, и, что еще хуже, расследования журналистов порой демонстрируют упрощенный подход.

Катастрофа в Перми. В числе факторов, указанных в официальном расследовании, повлекших катастрофу большой акцент делается на нетрезвое состояние экипажа, что является очень рискованным и ошибочным суждением. Такой информацией авиационному сообществу дается неверный посыл: ситуация касается только тех, кто летает с похмелья, а ко всем остальным не имеет никакого отношения.

Катастрофа в Казани. Расследование заняло небольшой промежуток времени и по его итогам вновь делается громкое заявление. Причина катастрофы заключалась в том, что командир воздушного судна в прошлом был штурманом и потому не справился с управлением. Выходит, всех тех, кто раньше штурманом не был, данная катастрофа не касается? Ошибочные выводы не позволили раскрыть реальные причины катастрофы.

Катастрофа в Ростове. Авиационное сообщество точно знает, что в авиакомпании FlyDubai высочайшая культура безопасности полетов и на это тратятся огромные деньги. Самолеты новейшие, оснащены всеми дополнительными опциями. Экипажи хорошо подготовлены и, главное, дисциплинированы. Техника работала без отказов. У пилотов и мысли не было что-то нарушить, но тем не менее произошла трагедия.

Причиной попадания в сложное пространственное положение всегда является многофакторность, и дело вовсе не в этапе ухода на второй круг, а в конструктивных особенностях ВС Boeing-737.

Сразу стоит подчеркнуть, в статье описывается не опасность самолета, а особенности, которые необходимо знать для безопасного выполнения полетов. Зачастую экипажи искренне не понимают, что происходит: они ведь старались сделать как лучше, ничего не нарушали.

Рассмотрим три основных фактора, влияющих на развитие ситуации.

1) Высокая тяговооруженность и высокая степень влияния тяги на продольную балансировку ВС является конструктивной особенностью Boeing-737 и вообще всех ВС с низкорасположенными двигателями, о чем производитель малозаметно предупреждает в разделе "Maneuvers" в FCTM. Точка приложения вектора тяги находится более чем на 1 м ниже центра тяжести всего ВС. Следовательно, если есть сила и "плечо", появляется кабрирующий момент. "Плечо" не очень большое, но очень велика тяговооруженность ВС, ведь даже с максимальной посадочной массой самолет легко уходит на второй круг с одним отказавшим двигателем. Случаев, когда резкая перебалансировка в продольном отношении влияла на безопасность полетов, было немало. Нельзя сказать, что корпорация Boeing игнорировала эту угрозу. На поздних модификациях самолета 737 при однократном нажатии кнопки TO\GA (Take-off\Go-around) двигатель больше не "выходит" на взлетный режим, а лишь обеспечивает вертикальную скорость примерно 1500 футов в минуту (7,5 м/с). Если нужен "агрессивный" уход на второй круг, нужно нажать кнопку TO\GA второй раз. При этом тянуть штурвал на себя, как это было на российской технике, не нужно — самолет сам охотно поднимает нос, а иногда его и вовсе надо придерживать.

Резкая "перебалансировка" самолета особенно неприятна на малых скоростях (при заходе на посадку с малым весом и Vref менее 125 узлов), ведь с падением скорости падает эффективность рулей, а кабрирующий момент от тяги двигателей – величина постоянная. При скорости менее 110 узлов, задних центровках и режиме работы двигателей выше номинального полной отдачи руля от себя может не хватить для предотвращения дальнейшего роста тангажа.

Вполне понятно, что пилоты, видя рост угла тангажа и потерю скорости, тут же отдают штурвал от себя (чем больше отклонение, тем энергичнее реакция пилота), и поскольку эффективность рулей низка, штурвал отдается практически полностью. Теперь пилот получает сильные давящие усилия (до 40 кг) от загрузочного механизма, препятствующего экстремальным движениям штурвалом.

Отклонив полностью штурвал от себя, борясь с давящими усилиями, пилот пытается снять нагрузку со штурвала, переставив стабилизатор на пикирование. При этом большинство пилотов не догадываются, что эти два явления абсолютно не связаны между собой. Нагрузка на штурвале будет большой при полном отклонении штурвала вне зависимости от того, сбалансирован самолет или нет. В случае крайней трагедии командир воздушного судна полностью переставил стабилизатор на пикирование, но продолжал ощущать огромные давящие усилия на кабрирование и боролся с ними до момента столкновения с землей. Точно угадать, на сколько именно надо переставить стабилизатор, чтобы самолет был сбалансирован, невозможно. Для нас важнее другое: сказать пилотам, что давящие усилия на штурвале не означают "несбалансированность" самолета. Пилоты могут иметь сильный пикирующий момент от перестановки стабилизатора на пикирование, но из-за давящих усилий на штурвале у них будет инстинктивное желание еще отработать стабилизатором "от себя".

Рисунок 1. Схема сил и моментов, действующих на самолет при увеличении режима работы двигателей, отдаче штурвала от себя и перекладке стабилизатора на пикирование 

где:    – момент тангажа, создаваемый силовой установкой;

          – момент тангажа, создаваемый крылом;

          – момент тангажа, создаваемый рулем высоты.

Чтобы убрать эти усилия, необходимо сделать следующее:

Немного переставив стабилизатор на пикирование, перебороть свой разум и, вопреки логике, поставить штурвал в нейтральное положение, даже если угол тангажа велик (это обнулит усилия загрузочного механизма), а затем вновь отклонить от себя, но уже на столько, насколько нужно.

Рисунок 2. Общий вид дисплея PFD на самолете Boeing 737NG

Рисунок 3. Индикация Flight Director на дисплее PFD

2) Также к факторам риска в такой ситуации следует отнести логику работы Flight Director при попадании в сложное пространственное положение. Разумеется, Flight Director существенно разгружает внимание пилотов в ситуации, когда одновременно, всего двумя глазами, надо смотреть на множество приборов, а также на землю при взлете и посадке. Это очень удобно, но только в нормальной ситуации, на рабочих режимах полета. Цветом magenta (фиолетовый) Boeing обозначает любой приказ к выполнению, будь то активная точка на маршруте, будь то скорость, которую надо занять, либо тангаж, который надо выдерживать. Экипаж так привыкает слушаться Flight Director, что перестает думать и анализировать ситуацию сам. Если вдруг выключить Flight Director, то "под директорами" на Attitude Director Indicator экипаж обнаружит показания тангажа и крена, непонятным образом появившиеся после отключения Flight Director. Некоторые пилоты так привыкают пользоваться обработанной Flight Control Computer информацией, что не способны без Flight Director выполнить "raw data approach" по первой категории. Flight Director помогает правильно понимать ситуацию, но лишь только в условиях нормального полета.

Особенность индикации заключается в следующем: чтобы не допускать резких движений рулями, при уходе на второй круг Flight Director показывает максимум 4º разницы с текущим значением тангажа. В Казани при снижении с тангажом -72º Flight Director показывал "рекомендуемый" тангаж – 68-69º. "Крест Flight Director" находился практически в центре, усыпляя бдительность экипажа. Пилоты могли не понимать, что как только они займут заданный Flight Director тангаж – 69º, Flight Director покажет желаемое значение – 65º и так далее, пока не выведет самолет на нормальный угол тангажа. Аналогично в Ростове, только значения тангажа были чуть меньше.

Если Airbus делает невозможным резкое маневрирование через автоматику, то Boeing обеспечивает защиту только через визуализацию.

Отсюда следует вывод, что если  преднамеренно или непреднамеренно пилот будет увеличивать тангаж до + 70º, что абсолютно точно за пределами разумного, Flight Director будут следовать за фактическим углом тангажа, создавая иллюзию правильности действий пилота. При попадании в сложное пространственное положение Flight Director совершенно напрасно успокаивают пилота, показывая, что он находится вблизи заданных параметров. Доверие пилотов Flight Director воспитывается годами, и, очевидно, оно излишне велико.

Авиакомпания United Airlines при покупке самолетов Boeing 757/767 заказывает опцию автоматического отключения Flight Director при включении автопилота. Они считают, что после этого пилот начинают видеть весь авиагоризонт.

3) Соматогравитационные иллюзии. Ситуация, когда после резкого кабрирования пилот, отдавая штурвал от себя, начинает переставлять стабилизатор на пикирование, также может привести к возникновению соматогравитационных иллюзий. Особую опасность тут представляет появление состояния невесомости, когда перегрузка равна нулю или даже отрицательной перегрузки – как это было и в Казани, и в Ростове.

Пилотам ошибочно кажется, что при помощи штурвала они управляют собой. Если пилот решил лететь влево, он крутит штурвал влево и летит влево. Если он решил лететь вверх, он тянет штурвал на себя и летит вверх, если надо вниз – штурвал от себя и вниз. Но, опять-таки, это стандартные ощущения в стандартной ситуации. В случаях в Казани и Ростове отдачей штурвала от себя и перекладкой стабилизатора на пикирование пилоты выводили ВС в область отрицательных перегрузок, и ощущения были совсем другие: тела пилотов отрывались от кресел и стремились вверх, к потолку. Когда пилоты висли на привязных ремнях, оторвавшись от кресла, у них создавалось впечатление, что они улетают вверх, и, вероятно, подсознательно отдачей штурвала от себя им хотелось вернуть себя в исходное положение.

Это мнение не бесспорно, но такая точка зрения поддерживается частью инструкторского состава. Многие специалисты пытаются найти разумное объяснение, почему в сложное пространственное положение попадают исправные ВС, с дисциплинированными экипажами, которые ничего не нарушают преднамеренно, а ошибки пилота не являются критическими.

И, наконец, недавнее авиационное проишествие в Москве, произошедшее 13 октября 2017 года с Boeing 737-500 авиакомпании Ют Эйр. Курсо-глиссадная система самолета захватила КРМ и ГРМ при включенном автопилоте и автомате тяги. Экипаж выпустил закрылки на 30 градусов, после чего самопроизвольно отключился автопилот, а автомат тяги, который остался включенным, увеличил режим работы двигателя до 95%, что вызвало кабрирующий момент, который невозможно парировать, используя только РВ. Экипаж отдав штурвал от себя и снизить режим работы двигателя при включенном автомате тяги, который все еще удерживал режим на 95%. Далее тангаж самолета увеличился до +45 градусов, скорость уменьшилась менее 100 узлов (при безопасной для данной конфигурации 114), появился правый и в последствии левый крены до 95 градусов. Далее угол тангажа уменьшился и самолет начал терять высоту. Экипаж вывел самолет в ГП на высоте 350 метров и совершил безопасную посадку. Причиной попадания в сложное пространственное положение, как и в предыдущих случаях, является резкая разбалансировка самолета в продольном направлении.

Рисунок 4. Данные бортового самописца Boeng 737-500 Utair

Рекомендации по избеганию попадания ВС данного типа в сложное пространственное положение:

1. Не допускать одновременного совпадения различный факторов, каждый из которых по отдельности требует увеличения режима работы двигателей, таких как: переход со снижения в режим горизонтального полета, начало разворота и выпуск шасси и механизации. 

2. Пересмотреть программы тренажерной подготовки с целью увеличения числа полетов с пилотированием при отключенных Flight Director (Raw data). 

3. Рассмотреть целесообразность отключения FD у одного из пилотов (Pilot Monitoring) при включенном автопилоте. 

4. Рекомендовать корпорации Boeing реализовать опцию автоматического отключения Flight Director (директоров) при попадании воздушного судна в сложное пространственное положение (Jet upset: тангаж от -10º до +25º, крен более 45º). 

5. При снижении на малых скоростях, выпущенных шасси и механизации в промежуточном положении использовать режим вертикальной скорости - V/S, не допуская установки режима работы двигателей на "малый газ". Выпуск закрылков на 30º выполнять только после входа в глиссаду, на снижении, для чего: 

6. "Поднять высоту" входа в глиссаду на всех аэродромах РФ до 1500 футов или выше (500 м и выше) – чтобы с высоты 1000 футов экипаж мог приступить к "стабилизированному заходу". Там, где это невозможно, разрешить завершение контроля по карте контрольных проверок "перед посадкой" на высоте ниже 1000 футов, но не ниже 500 футов (рекомендации FCTM – до 1000 футов завершить чтение карты "перед посадкой"). 

7. Вернуть на схемы захода на посадку букву "А", которая означает "AT or ABOVE" (не ниже) обозначенной высоты. Пилоты именно так и хотят воспринимать высоты, обозначенные на схемах, но Flight Management System - "понимает" обозначенную на схеме высоту дословно, стремится занять ее, а потом будет идти до входа в глиссаду в горизонтальном полете на повышенных режимах работы двигателей. 

8. Максимально тщательно программировать режим VNAV (режим вертикальной навигации) и использовать ее в полете. 

9. Повторно изучить раздел аэродинамики, связанный с продольной балансировкой ВС с низкорасположенным крылом при изменении режима работы двигателей с малого газа (на снижении) до взлетного режима. 

10. При проведении теоретической подготовки к факторам риска при отдаче штурвала от себя отнести риск появления отрицательной перегрузки (Full flight тренажер не способен сымитировать ощущения). 

Сегодня гражданская авиация – это самая прогрессивная и передовая отрасль в РФ. Экономисты сетуют, что производительности труда в стране в два-три раза ниже, чем на Западе, но российские пилоты работают практически по тем же правилам, как и их коллеги за рубежом, наши показатели производительности труда не хуже. 

Большая часть пассажиров сегодня перевозится на самолетах западного производства Boeing и Airbus. Вместе с импортной техникой в начале 1990-х к нам пришли лучшие мировые практики. В какой-то степени нам даже удалось сделать "микс" из всего самого хорошего, что было во времена СССР, добавив к этому передовой западный опыт. Наша нормативная база была гармонизирована с документами ICAO, поэтому ведущие авиакомпании РФ (и международные аудиты это подтверждают) соответствуют мировым стандартам. 

Помимо подготовки кадров улучшению ситуации способствовали верные управленческие решения: например, к концу 20 века стало ясно, что повышение дисциплины и исполнительности больше не дает нужного эффекта. Тогда было принято революционное решение: считать ошибку – нормой поведения. А раз ошибка – норма поведения, то наказывать за нее нецелесообразно. Разумеется, нужно продолжать работать в направлении "недопущения ошибки", но также важно уделять внимание процедурам, позволяющим вовремя распознать и локализовать ошибку. В гражданской авиации внедрена "культура ненаказания". Если пилот не боится наказания, не пытается скрыть ошибку или даже нарушение, а сразу берет курс на минимизацию риска у него гораздо больше шансов благополучно завершить полет. До завершения полета он думает о том, о чем нужно думать, а не о своей ответственности или о том, как скрыть что-то от руководителя или надзорных органов, избежать штрафа. 

Доверие – это очень хрупкая субстанция, здесь нужны очень тонкие настройки, которые могут обеспечить лишь профессионалы. Руководителям важно знать абсолютно все, что происходит на земле и в воздухе, только в этом случае мы сможем управлять процессами.

Список литературы:

1. Boeing-737 Flight Crew Training Manual
2. http://www.mak-iac.org/