作為電子設計社群的一員,對於日前波音(Boeing) 737 MAX 8型客機設計導致346人死亡的空難意外,讓我感到十分憤怒和失望。我總覺得,只要「追蹤金流」(Follow the money)來源,就可能發現導致大多數問題發生的原因。無論是急於在競爭對手之前推出產品,還是試圖在產品選項上賺更多錢,結局往往都不會太好。

從技術面來看,我們有能力開發出能夠可靠地偵測動作、指南針方向等功能的智慧型手機,也開發出令人驚嘆的MEMS技術,不僅堅固耐用還可用於改善許多創新電子系統。難道還不能開發出讓基於MEMS動作的攻角(Angle of Attack;AOA)感測器更堅固可靠的技術嗎?從現有的設計來看,其故障率仍相當高。

當然,目前的飛機設計上搭載了兩個AOA感測器,分別位於飛機兩側用於作為冗餘和比較,應該算是理想的解決方案了。然而,波音公司卻將第二個AOA感測器作為選配。當然在事故發生後,他們已經改變了這一設計。

不過,根據美國有線電視新聞網(CNN)報導,在空難發生之前,美國聯邦航空局(FAA)至少已經收到216次波音737 Max僅用單一感測器而導致故障的報告。(請參考CNN的報導:Boeing relied on single sensor for 737 Max that had been flagged 216 times to FAA.)

什麼是攻角(AoA)?

飛機中的「攻角」(Angle of Attack;AoA)定義為飛機的機翼弦線與飛行間自由流之夾角。

AOA為什麼很重要?

無論飛行速度快或慢,如果AOA太高超過了「臨界攻角」(critical angle of attack),飛機就會失速。

圖1:飛機的攻角(AOA)

例如Safe Flight Instrument Corp.提供的多種AOA解決方案

MEMS AOA感測器

迄今為止,AOA設計中的MEMS裝置似乎僅用於產生人造氣流的「風洞」(Wind Tunnels )和無人機系統(UAS)。

AOA的校準

IEEE的一篇文章——《Wind identification via Kalman filter for Aircraft Flow Angles Calibration》中介紹如何使用卡爾曼(Kalman)濾波器進行AOA校準。為了進行AOA校準,需要有一些基準資料,用於與待校準感測器的實際輸出測量值進行比較。

為了確定氣流的角度(參見圖2),必須使用慣性導航系統和氣流資料感測器的測量值,對AOA進行高精度的基準測量,同時使用校準空速測量和慣性資料以及採用MATLAB/Simulink建置的卡爾曼濾波器,對其進行分析重建。

圖2:定義氣流角度

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編譯:Susan Hong

(參考原文:Aircraft: Angle of Attack (A0A) Sensor design,by Steve Taranovich)